CN208443765U - 半导体瞬态x射线非线性光学效应测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置，包括用于产生X射线的X射线源，其可照射到待测试的半导体材料片上，使其产生非线性光学效应；用于引入一束探针光照射到所述半导体材料片的延时模块，并在该半导体材料片表面被反射，延时模块能够对该探针光的传输光程进行调节；用于对延时模块引入的探针光进行分光的分光片，用于接收经半导体材料片反射的探针光的光谱仪A，用于接收经分光片透射的探针光的光谱仪B，通过对光谱仪A光谱仪B最终所测的光谱进行差分对比分析即可完成测试。可以快速灵敏的完成半导体材料非线性光学效应的测试，且具有较高的测试效率和测试精度，为后续试验提供参数依据，便于操作实施。

Description

半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置

技术领域

本实用新型涉及半导体材料性能测试技术领域，具体涉及一种半导体瞬态X 射线非线性光学效应测试装置。

背景技术

在等离子体相关实验与实际应用场景中，X射线是重要的诊断工具和探测对象，而有的实验关键过程持续时间仅为几十到几百皮秒，因此对X射线进行高速探测有着重要意义。在实验过程中，传统诊断仪器和设备通常是使用电信号进行诊断，即射线辐射半导体，产生相应的电信号，通过电信号的变化得出X 射线的变化进而获取相应的物态信息，诊断过程中容易受到电磁干扰，从而影响诊断结果的准确性，并且，由于以电信号为媒介，现有设备也难以实现对X 射线的高速探测。

现有技术中提出了一种新的探测方式，即利用X射线导致的半导体材料非线性光学效应，通过光信号对X射线进行超快探测，而且此效应响应速度非常快，可以进行不受电磁干扰的超快探测，但是采用这种探测方式时，需先对所用的半导体材料进行非线性光学效应测试才能知道探测效果的优劣。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置，能够快速灵敏的完成半导体材料的非线性光学效应测试，提高测试效率和精度。

为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

一种半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置，其关键在于，包括：

X射线源，其用于产生X射线，并照射到待测试的半导体材料片上，使其产生非线性光学效应；

延时模块，其用于引入一束探针光照射到所述半导体材料片上，并在该半导体材料片表面被反射，所述延时模块能够对该探针光的传输光程进行调节；

分光片，其用于对延时模块引入的探针光进行分光；

光谱仪A，其用于接收经半导体材料片反射的探针光；

光谱仪B，其用于接收经分光片透射的探针光。

采用上述结构，通过光谱的变化快速灵敏的测试出半导体材料发生的非线性光学效应，从而有利于后期进行X射线的高速探测，结构简单，便于实施。

作为优选：所述X射线和探针光照射至所述半导体材料片相对的两侧表面上，其中在X射线入射的一侧表面上镀有高反膜。采用以上结构，通过从后面反射的探针光，可以更明显的测出光学效应，光谱变化更清楚。

作为优选：所述延时模块包括底座，该底座上具有沿其长度方向设置的滑轨，该滑轨上具有与其滑动配合的滑移平台；

所述滑轨的一端架设有第一反射镜和第二反射镜，所述滑移平台上架设有第三反射镜和第四反射镜，所述第一反射镜和第三反射镜平行设置，第二反射镜与第四反射镜平行设置，所述探针光依次经第一反射镜、第三反射镜、第二反射镜和第四反射镜的反射后入射至分光片上。

采用以上方案，通过调整滑移平台的位置，即实现第一反射镜和第三反射镜距离，以及第二反射镜和第四反射镜之间距离调整，即实现光路传输行程的调节，结构简单，降低实施成本。

作为优选：所述延时模块与分光片之间设有色散玻璃。采用上述结构，探针光经过色散玻璃时可产生线性效应，从而展宽探针光，便于调整其与X射线同步入射。

为降低成本，便于实施，本申请中提出了一种简单的X射线发生装置，所述X射线源包括球形靶腔，该球形靶腔的中心处设有平面靶，所述半导体材料片位于球形靶腔内，且正对平面靶。

一种半导体瞬态X射线非线性光学效应其测试方法，其关键在于：采用上述半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置，通过延时模块引入一束探针光，该探针光一部分透过分光片后为光谱仪B所接收，另一部分经分光片反射至半导体材料片上，在半导体材料片表面发生反射后为光谱仪A所接收，在此过程中，X射线源产生X射线并与探针光同步照射至半导体材料片上，最后对光谱仪A和光谱仪B的光谱进行差分对比。

通过使X射线和探针光入射至半导体材料片上，使半导体材料片发生瞬态 X射线非线性光学效应，再通过两个光谱仪分别测量原始探针光光谱参数，以及经半导体材料片反射后的光谱参数，再差分对比即可完成半导体材料片光学效应的测试，从而对后期X射线的超快探测效果优劣做出判断。

作为优选：测试之前，首先利用光电探测器接收探针光和X射线的散射光，并在示波器上观察二者峰值重合情况，粗调延时模块，确定探针光和X射线同步区间，再精调延时模块，在此同步区间内进行多次测试。

采用以上方案，通过光电探测器可对延时模块进行粗调，通过峰值重合状况，估计同步误差范围之后，然后在此同步区间内，多次精调延时模块，进行多次测试，其中必有若干次测试中X射线和探针光是同步照射至半导体材料片上的，有利于节省调整同步时间，从而提高测试效率。

作为优选：该测试方法中还使用到第二分光片，所述探针光和X射线由同一主激光产生，所述主激光经过第二分光片作用，分出一束形成所述探针光，另一束形成副激光照射至平面靶上，产生X射线。采用以上方案，有利于进一步减少测试装置部件，降低装置占用空间和实施成本，同时也更容易调节使探针光和X射线同步。

作为优选：在使用光谱仪A和光谱仪B之前，先对二者进行标定。采用以上方案，有利于提高光谱仪的测量精度，确保测试效果。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

采用本实用新型提供的半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置，可以快速灵敏的完成半导体材料非线性光学效应的测试，并且具有较高的测试效率和测试精度，为后续试验以及X射线探测器的选材提供参数依据，构思巧妙，便于操作实施。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本申请的一种实施例结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示，一种半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置，其主要包括X射线源9，延时模块1、分光片3、光谱仪A5和光谱仪B8，其中X 射线源9可产生X射线，并照射到待测试的半导体材料片4上，使半导体材料片4发生瞬态X射线的非线性光学效应，延时模块1可引入一束探针光照射到待测试的半导体材料片4上，并在半导体材料片4的表面发生反射，且延时模块1可对进入探针光的传输光程进行调节。

分光片3主要用于对延时模块1引入的探针光进行分光，使其一部分经分光片3透射之后为光谱仪B8所接收，而另一部分经分光片3的反射后，射至半导体材料片4的表面发生再次反射后可为光谱仪A5所接收。

如图2所示的实施例中，以激光打靶产生X射线为例，即X射线源9包括球形靶腔90，该球形靶腔90内中心位置设有平面靶91，测试过程中，半导体材料片4位于球形靶腔90内，且正对平面靶91设置。

延时模块1主要包括底座10，底座10上具有沿其长度方向设置的滑轨7，该滑轨7上具有与其滑动配合的滑移平台6，其中滑移平台6可由计算机精准控制调节其在滑轨7上的移动步长。

滑轨7的一端架设有第一反射镜70和第二反射镜71，也可是直接架设在底座10上，滑移平台6上架设有第三反射镜72和第四反射镜73，第一反射镜70 和第三反射镜72平行设置，第二反射镜71与第四反射镜73平行设置，测试时探针光依次经第一反射镜70、第三反射镜72、第二反射镜71和第四反射镜73 的反射后入射至分光片3上，通过调整滑移平台6的位置，即调整第一反射镜 70和第三反射镜72之间距离，即能实现传输光程长短的调节。

本实施例中，为提高测试效率，故在延时模块1和分光片3之间设有色散玻璃2，延时模块1引入的探针光经色散玻璃2的作用之后再入射至分光片3上，与此同时，为提高测试效果，故在测试过程中，光路的架设需可确保X射线和探针光照射到半导体材料片4上相对的两侧表面上，而为了提高半导体材料片4 的反射效果，半导体材料片4上正对X射线入射的一侧表面镀有高反膜，高反膜的反射波段与入射探针光的波段保持一致。

利用上述半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置进行测试的测试方法：主要是通过延时模块1引入探针光，引入的探针广经分光片3作用，一部分透过分光片3后为光谱仪B8所接收，另一部分经分光片3的反射作用，可照射至半导体材料片4上，同时利用X射线源9发出X射线，并调整光路和延时模块1使探针光和X射线同步照射至半导体材料片1上，入射到半导体材料片 4上的探针光经过其反射后再为光谱仪A5接收，最后对在光谱仪B8和光谱仪 A5上形成的光谱进行差分对比即可。

其具体测试及原理如下，本实施例中采用一束主激光1a来产生探针光和X 射线，如图所示，利用第二分光片11对主激光1a进行分光，主激光1a一部分透过第二分光片11后形成副激光12，入射至球形靶腔90内，并打到平面靶91 上，使其产生X射线照射至半导体材料片4的后表面上。

而主激光1a的另一部分经第二分光片11的反射作用即形成探针光13，探针光13经延时模块1传输至分光片3上，在进入分光片3之前，还受到色散玻璃3的作用，可以对探针光13起到展宽作用，便于后期调整其与X射线的同步入射。

探针光13照射到分光片3之后，经分光片3的作用，部分直接穿透分光片 3后，利用光谱仪B8可接收该部分探针光13，并进行光谱分析，另一部分受到分光片3的反射作用后，入射到半导体材料片4的前表面，而本实施例中，因为在半导体材料片4的后表面镀有高反膜，故入射至半导体材料片4的探针光13可穿透至半导体材料片4的后表面发生反射作用，即同时在半导体材料片4 的前后两侧表面均发生反射作用，同时发出反射光，两条反射光发生干涉后照射至光谱仪A5处，为其接收测量，光谱仪B8相当于是测量的基准的探针光13的光谱，而半导体材料片4在受到X射线作用后，其内部发生非线性光学效应，故探针光13在其表面发生反射后，光谱仪A5所测到的探针光13的光谱已经发生变化，此时再对光谱仪A5和光谱仪B8进行差分对比即可。

需要注意的是，本装置测试的是瞬态X射线对半导体材料片4作用，故在测试时需调节探针光13和X射线同步照射到半导体材料片4上，即当探针光 13和X射线入射时，需先通过光电探测器接收探针光13和X射线两种可见光的散射光，然后粗调延时模块1，并在与光电探测器相连的示波器上观察，可看到两种光的峰值有重合阶段即表示可行，这样即确定了一个二者同步的误差范围，然后再通过计算机对滑移平台6的移动步长进行多次精准调整，其调整范围在之前同步误差范围之内，相应进行多次试验，在多次试验过程中，则必有若干次试验中的探针光13和X射线是同步入射至半导体材料片4上的。

通常因为入射的X射线不强时，半导体材料片4产生的非线性光学效应不大，这样入射的探针光13的强度盖板不大，而如果直接采用光电探测器来测试其反射效果时，结果不理想，然后探针光13的光谱变化却较为明显，故本申请中采用测量光谱的方式，可大大提高测试灵敏度，采用光谱仪A5和光谱仪B8 进行分别测量，最后进行差分对比做信号分析即可，当然为确保测试结果的可靠性，故在使用光谱仪A5和光谱仪B8之前，需对二者进行常规标定。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置，其特征在于，包括：

X射线源(9)，其用于产生X射线，并照射到待测试的半导体材料片(4)上，使其产生非线性光学效应；

延时模块(1)，其用于引入一束探针光照射到所述半导体材料片(4)上，并在该半导体材料片(4)表面被反射，所述延时模块(1)能够对该探针光的传输光程进行调节；

分光片(3)，其用于对延时模块(1)引入的探针光进行分光；

光谱仪A(5)，其用于接收经半导体材料片(4)反射的探针光；

光谱仪B(8)，其用于接收经分光片(3)透射的探针光。

2.根据权利要求1所述的半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置，其特征在于：所述X射线和探针光照射至所述半导体材料片(4)相对的两侧表面上，其中在X射线入射的一侧表面上镀有高反膜。

3.根据权利要求1或2所述的半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置，其特征在于：所述延时模块(1)包括底座(10)，该底座(10)上具有沿其长度方向设置的滑轨(7)，该滑轨(7)上具有与其滑动配合的滑移平台(6)；

所述滑轨(7)的一端架设有第一反射镜(70)和第二反射镜(71)，所述滑移平台(6)上架设有第三反射镜(72)和第四反射镜(73)，所述第一反射镜(70)和第三反射镜(72)平行设置，第二反射镜(71)与第四反射镜(73)平行设置，所述探针光依次经第一反射镜(70)、第三反射镜(72)、第二反射镜(71)和第四反射镜(73)的反射后入射至分光片(3)上。

4.根据权利要求3所述的半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置，其特征在于：所述延时模块(1)与分光片(3)之间设有色散玻璃(2)。

5.根据权利要求1所述的半导体瞬态X射线非线性光学效应测试装置，其特征在于：所述X射线源(9)包括球形靶腔(90)，该球形靶腔(90)的中心处设有平面靶(91)，所述半导体材料片(4)位于球形靶腔(90)内，且正对平面靶(91)。