CN206862890U - 一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率lbic设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，包括连续激光器、光纤、光纤准直器、斩波器、分光镜、振镜、场镜、微透镜阵列、样品、二维压电平移台，连续激光器和光纤准直器之间通过光纤连接，光纤准直器位于斩波器的一侧，斩波器位于分光镜的一侧，连续激光器位于斩波器的一侧，分光镜位于振镜的一侧，振镜位于场镜的上方，分光镜位于场镜的一侧，光纤准直器位于场镜的上方，微透镜阵列位于样品的上方，样品位于二维压电平移台的上方，振镜位于微透镜阵列的上方。本实用新型振镜扫描结合二维压电平移台的扫描可同时做到高速、大面积和高分辨率的样品LBIC成像。

Description

一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备

技术领域

本实用新型涉及扫描设备技术领域，尤其是一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备。

背景技术

LBIC是一种对半导体材料结构和光电性能以及缺陷进行高分辨率地无损检测的方法。利用LBIC技术可以测试半导体材料的p-n结结深，载流子扩散长度，光致电流分布和材料的均匀性等。然而，目前的LBIC扫描主要有两种方法：(1)利用显微物镜和高精度步进电机，这种方法可以得到1～2微米空间分辨率的LBIC图像，但是因为每采集一个点，就要控制步进电机前进一步，因而速度很慢，通常采集速率为5Hz/s；(2)利用振镜和场镜扫描。利用这种方法可以得到极高的扫描速率，但是由于场镜的焦点10um左右，甚至更差，因而同时要做到1～2微米量级的空间分辨率几乎不可能。

因此，目前市场上的LBIC设备无法兼顾高速度和高空间分辨。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，其振镜扫描结合微透镜阵列和二维压电平移台扫描，兼顾了两者的优点，可同时做到高速和大面积扫描，同时大幅提高系统的分辨率，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，包括连续激光器、光纤准直器、一号分光镜、振镜、场镜、二维压电平移台、二号分光镜和相机，所述连续激光器的接口上插接有光纤，光纤的输出端插接在光纤准直器上；所述光纤准直器位于斩波器的一侧，斩波器的另一侧设置有一号分光镜；所述一号分光镜位于振镜的一侧，光纤准直器、斩波器和一号分光镜与振镜设置在同一条直线上，振镜设置在场镜的上方；所述场镜的下方设置有微透镜阵列，微透镜阵列位于样品的上方，样品位于二维压电平移台的上方，振镜、场镜、微透镜阵列均位于二维压电平移台的上方，并与二维压电平移台处在同一竖直轴线上；所述一号分光镜的下方垂直设置有第一能量探头，一号分光镜的上方垂直设置有二号分光镜；所述二号分光镜的一侧设置有第二能量探头，第二能量探头位于第一能量探头的上方；所述二号分光镜的上方垂直设置有成像镜头，成像镜头位于相机的下方，相机、成像镜头、二号分光镜、一号分光镜及第一能量探头位于同一竖直轴线上。

作为本实用新型进一步的方案：所述连续激光器发射的探测激光依次通过振镜、场镜和微透镜阵列聚焦在样品表面。

作为本实用新型进一步的方案：所述连续激光器输出能量0～100mW连续可调。

作为本实用新型进一步的方案：所述二维压电平移台步进精度为纳米级，行程为百微米量级。

作为本实用新型进一步的方案：所述微透镜阵列直径小于二维压电平移台10最大行程。

作为本实用新型进一步的方案：所述微透镜阵列聚焦焦斑可达1微米。

作为本实用新型进一步的方案：所述样品表面位于微透镜阵列的焦点上。

作为本实用新型进一步的方案：所述微透镜阵列分辨率不小于50*50。

作为本实用新型进一步的方案：所述振镜扫描光束均通过微透镜阵列单个透镜的中心。

作为本实用新型进一步的方案：所述相机的光敏面和样品表面满足物像关系。

作为本实用新型进一步的方案：所述一号分光镜和二号分光镜的分光比均为1:10。

作为本实用新型进一步的方案：所述场镜聚焦在微透镜阵列的光斑尺寸小于微透镜阵列8单个透镜的直径。

与现有技术相比，本实用新型有益效果：

本基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，设备工作时，利用振镜快速扫描经过微透镜阵列各个透镜中心，同时采集相应光电流，得到分辨率较粗的LBIC子图像，然后控制二维压电平移移动1个微米，与第一幅LBIC子图像拼接，得到更高分辨率图像，依次类推，当步进电机移动的距离覆盖微透镜阵列单个透镜的直径时，可得到分辨率为1um的LBIC图像，由于该设备控制步进电机移动的步数大大缩减，所以速度大大提高，同时又能做到高分辨率，采用振镜扫描结合步进电机扫描，兼顾了两者的优点，可同时做到高速和大面积扫描，同时大幅提高系统的分辨率。

附图说明

图1为本实用新型的整体框架结构示意图。

图中：1-连续激光器、2-光纤、3-光纤准直器、4-斩波器、5-分光镜、6-振镜、7-场镜、8-微透镜阵列、9-样品、10-二维平移台、11-分光镜、12-第一能量探头、13-第二能量探头、14-成像镜头、15-相机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例中，一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，包括连续激光器1、光纤准直器3、一号分光镜5、振镜6、场镜7、二维压电平移台10、二号分光镜11和相机15，连续激光器1输出能量0～100mW连续可调，连续激光器1的接口上插接有光纤2，光纤2的输出端插接在光纤准直器3上；所述光纤准直器3位于斩波器4的一侧，斩波器4的另一侧设置有一号分光镜5；所述一号分光镜5位于振镜6的一侧，光纤准直器3、斩波器4和一号分光镜5与振镜6设置在同一条直线上，振镜6设置在场镜7的上方；场镜7的下方设置有微透镜阵列8，微透镜阵列8位于样品9的上方，样品9表面位于微透镜阵列8的焦点上，样品9位于二维压电平移台10的上方，振镜6、场镜7、微透镜阵列8均位于二维压电平移台10的上方，并与二维压电平移台10处在同一竖直轴线上，二维压电平移台10步进精度为纳米级，行程为百微米量级；连续激光器1发射的探测激光依次通过振镜6、场镜7和微透镜阵列8聚焦在样品9表面，场镜7聚焦在微透镜阵列8的光斑尺寸小于微透镜阵列8单个透镜的直径，振镜6扫描光束均通过微透镜阵列8单个透镜的中心，微透镜阵列8直径小于二维压电平移台10最大行程，微透镜阵列8分辨率不小于50*50，微透镜阵列8聚焦焦斑小于1微米；一号分光镜5的下方垂直设置有第一能量探头12，一号分光镜5的上方垂直设置有二号分光镜11，一号分光镜5和二号分光镜11的分光比均为1:10；二号分光镜11的一侧设置有第二能量探头13，第二能量探头13位于第一能量探头12的上方；二号分光镜11的上方垂直设置有成像镜头14，成像镜头14位于相机15的下方，相机15、成像镜头14、二号分光镜11、一号分光镜5及第一能量探头12位于同一竖直轴线上，相机15的光敏面和样品9表面满足物像关系。

工作原理：本基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，连续激光器1的光源可选择多个不同波长，用于照明，光纤2用于光束传输，便于波长切换，光纤准直器3用于光纤接口，斩波器4和一个锁相配合，用于信号的提取，一号分光镜5用于光源功率的监控，量子效率的反射光检测和图像处理的采集，振镜6根据扫描分辨率的要求定制，用于高速光束的扫描，场镜7根据扫描分辨率的要求定制，用于光束的整形聚焦，微透镜阵8根据分辨率的要求，提供高分辨率光斑，可大幅提高系统的分辨率，样品9为不同试样，二维压电平移台10根据不同需求选择定制，二号分光镜11用于量子效率的反射光检测和图像处理的采集，第一能量探头12用于光源功率的监控，第二能量探头13用于反射功率的检测，成像镜头14用于光斑的监控和样品9的形貌检测，相机15用于光斑的监控和样品9的形貌检测。

设备工作时，利用振镜6快速扫描经过微透镜阵列8各个透镜中心，同时采集相应光电流，得到分辨率较粗的LBIC子图像，然后控制二维压电平移10移动1个微米(根据设定步长)，与第一幅LBIC子图像拼接，得到更高分辨率图像，依次类推，当步进电机移动的距离覆盖微透镜阵列8单个透镜的直径时，可得到分辨率为1um的LBIC图像，由于该设备控制步进电机移动的步数大大缩减，所以速度大大提高，同时又能做到高分辨率，本基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，振镜6扫描结合步进电机扫描，兼顾了两者的优点，可同时做到高速和大面积扫描，同时大幅提高系统的分辨率。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (12)

1.一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，包括连续激光器(1)、光纤准直器(3)、一号分光镜(5)、振镜(6)、场镜(7)、二维压电平移台(10)、二号分光镜(11)和相机(15)，其特征在于：所述连续激光器(1)的接口上插接有光纤(2)，光纤(2)的输出端插接在光纤准直器(3)上；所述光纤准直器(3)位于斩波器(4)的一侧，斩波器(4)的另一侧设置有一号分光镜(5)；所述一号分光镜(5)位于振镜(6)的一侧，光纤准直器(3)、斩波器(4)和一号分光镜(5)与振镜(6)设置在同一条直线上，振镜(6)设置在场镜(7)的上方；所述场镜(7)的下方设置有微透镜阵列(8)，微透镜阵列(8)位于样品(9)的上方，样品(9)位于二维压电平移台(10)的上方，振镜(6)、场镜(7)、微透镜阵列(8)均位于二维压电平移台(10)的上方，并与二维压电平移台(10)处在同一竖直轴线上；所述一号分光镜(5)的下方垂直设置有第一能量探头(12)，一号分光镜(5)的上方垂直设置有二号分光镜(11)；所述二号分光镜(11)的一侧设置有第二能量探头(13)，第二能量探头(13)位于第一能量探头(12)的上方；所述二号分光镜(11)的上方垂直设置有成像镜头(14)，成像镜头(14)位于相机(15)的下方，相机(15)、成像镜头(14)、二号分光镜(11)、一号分光镜(5)及第一能量探头(12)位于同一竖直轴线上。

2.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，其特征在于：所述连续激光器(1)发射的探测激光依次通过振镜(6)、场镜(7)和微透镜阵列(8)聚焦在样品(9)表面。

3.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，其特征在于：所述连续激光器(1)输出能量0～100mW连续可调。

4.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，其特征在于：所述二维压电平移台(10)步进精度为纳米级，行程为百微米量级。

5.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，其特征在于：所述微透镜阵列(8)直径小于二维压电平移台(10)最大行程。

6.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，其特征在于：所述微透镜阵列(8)聚焦焦斑可达1微米。

7.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，其特征在于：所述样品(9)表面位于微透镜阵列(8)的焦点上。

8.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，其特征在于：所述微透镜阵列(8)分辨率不小于50*50。

9.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，其特征在于：所述振镜(6)扫描光束均通过微透镜阵列(8)单个透镜的中心。

10.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，其特征在于：所述相机(15)的光敏面和样品(9)表面满足物像共轭关系。

11.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，其特征在于：所述一号分光镜(5)和二号分光镜(11)的分光比均为1:10。

12.根据权利要求1所述的一种基于微透镜阵列和振镜扫描的高速高分辨率LBIC设备，其特征在于：所述场镜(7)聚焦在微透镜阵列(8)的光斑尺寸小于微透镜阵列(8)单个透镜的直径。