CN212255140U - 一种逸出功的测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种逸出功的测量装置。逸出功的测量装置包括样品室、光源、光调节部件、样品台、光电倍增管、光路控制部件、第一电流检测部件、光电流采集部件、第二电流检测部件以及主控部件，其中，样品台、光电倍增管、光路控制部件以及光电流采集部件位于样品室内；光源、光调节部件、第一电流检测部件、第二电流检测部件以及主控部件位于样品室外。本发明实施例提供的技术方案，降低了测量成本、简化了测量过程、缩短了测量时长，并提高了测量过程的稳定性及测量结果的准确性。

Description

一种逸出功的测量装置

技术领域

本实用新型实施例涉及材料参数测量技术领域，尤其涉及一种逸出功的测量装置。

背景技术

逸出功是材料特性的一个重要指标，直接关系到制作的器件性能，因此，准确测量材料的逸出功对于材料的合成和器件的制作有着重要的指导意义。目前测量逸出功的方法通常包括以下两种：1、紫外光电子能量普法；2、循环伏安法。其中，紫外光电子能量普法采用的设备造价高、使用成本高、操作专业性要求高且测试时间长，循环伏安法需要将材料配置成溶液后进行测量，测量过程的稳定性以及测量结果的准确性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种逸出功的测量装置，以降低测量成本、简化测量过程、缩短测量时长，并提高测量过程的稳定性及测量结果的准确性。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种逸出功的测量装置，包括样品室、光源、光调节部件、样品台、光电倍增管、光路控制部件、第一电流检测部件、光电流采集部件、第一电流检测部件以及主控部件，所述样品台、所述光电倍增管、所述光路控制部件以及所述光电流采集部件位于所述样品室内；所述光源、所述光调节部件、所述第一电流检测部件、所述第二电流检测部件以及所述主控部件位于所述样品室外；所述样品室用于提供氛围可控的密闭空间；所述光源用于提供深紫外光；所述光调节部件用于将所述深紫外光调节为在预设波长范围内当前波长可控的单色光；所述样品台用于承载待测试样品；所述光电倍增管用于将光信号转换为电信号；所述光路控制部件用于控制所述单色光入射至所述样品台上的待测试样品上或所述光电倍增管内；所述第一电流检测部件与所述光电倍增管电连接，用于检测所述光电倍增管产生的电流；所述光电流采集部件用于采集待测样品中逸出电子生成的电流；所述第二电流检测部件与所述光电流采集部件电连接，用于检测所述光电流采集部件采集的电流；所述主控部件与所述光调节部件、所述第一电流检测部件以及所述第二电流检测部件连接，用于控制所述光调节部件正常工作，根据所述第一电流检测部件和所述第二电流检测部件输出的检测结果，计算获得所述待测样品的材料的逸出功。

可选的，所述光源包括氘灯和电源，所述电源与所述氘灯连接。

可选的，所述光源提供的深紫外光的波长λ取值范围为：115nm≤λ≤400nm。

可选的，所述光路控制部件为抽拉杆，所述抽拉杆与所述样品台连接。

可选的，所述第一电流检测部件为皮安表。

可选的，所述第二电流检测部件为微电流计。

可选的，所述光电流采集部件包括相对设置的第一平板电极和第二平板电极，所述第一平板电极位于所述样品台和所述待测样品之间，所述第二平板电极位于所述待测样品远离所述样品台的一侧。

可选的，所述光调节部件包括聚光镜和单色仪，所述聚光镜位于所述单色仪靠近所述光源的一侧。

可选的，所述预设波长范围为130～310nm。

可选的，所述样品室包括真空系统出口、氮气入口以及氮气出口。

本实用新型实施例提供的逸出功的测量装置中样品室用于提供氛围可控的密闭空间，光源用于提供深紫外光，光调节部件用于将深紫外光调节为在预设波长范围内当前波长可控的单色光，样品台用于承载待测试样品，光电倍增管用于将光信号转换为电信号，光路控制部件用于控制单色光入射至样品台上的待测试样品上或光电倍增管内，第一电流检测部件与光电倍增管电连接，用于检测光电倍增管产生的电流，光电流采集部件用于采集待测样品中逸出电子生成的电流，第二电流检测部件与光电流采集部件电连接，用于检测光电流采集部件采集的电流，主控部件与光调节部件、第一电流检测部件以及第二电流检测部件连接，用于控制光调节部件正常工作，根据第一电流检测部件和第二电流检测部件输出的检测结果，计算获得待测样品的材料的逸出功，使得无需分析光电子动能，因此无需采用能量分析器，也无需设置高真空，进而无需使用高成本的耗材，也无需对精密设备进行维护保养，降低了逸出功的测量装置的设备造价以及后期使用和维护成本，此外，该逸出功的测量装置采用光电子计数机制进行测量，对环境的依赖性小，稳定性好且结果准确性高，操作简单且测量时间短。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种逸出功的测量装置的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的一种逸出功的测量装置的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清除、完整地描述。

图1是本实用新型提供的一种逸出功的测量装置的结构框图。如图1所示，逸出功的测量装置包括样品室1、光源2、光调节部件3、样品台4、光电倍增管5、光路控制部件6、第一电流检测部件7、光电流采集部件8，第二电流检测部件9以及主控部件10。

其中，样品台4、光电倍增管5、光路控制部件6以及光电流采集部件8位于样品室1内，光源2、光调节部件3、第一电流检测部件7、第二电流检测部件9以及主控部件10位于样品室1外，样品室1用于提供氛围可控的密闭空间，光源2用于提供深紫外光，光调节部件3用于将深紫外光调节为在预设波长范围内当前波长可控的单色光，样品台4用于承载待测试样品，光电倍增管5用于将光信号转换为电信号，光路控制部件6用于控制单色光入射至样品台4上的待测试样品上或光电倍增管5内，第一电流检测部件7与光电倍增管5连接，用于检测光电倍增管5产生的电流，光电流采集部件8用于采集待测样品中逸出电子生成的电流，第二电流检测部件9与光电流采集部件8连接，用于检测光电流采集部件8采集的电流，主控部件10与光调节部件3、第一电流检测部件7以及第二电流检测部件9连接，用于控制光调节部件3正常工作，根据第一电流检测部件7和第二电流检测部件9输出的检测结果，计算获得待测样品的材料的逸出功。

示例性的，预设波长范围可以为130～310nm。以保证几乎全部的半导体材料均能够在光调节部件3出射的光的作用下产生光电子，进而获得对应的逸出功。

具体的，逸出功的测量装置的工作原理如下：1)测量不同波长的光的光电子数Np以及入射至待测样品后产生的光电子数Ne：光电倍增管5在不同波长的光的作用下产生光电流Ip,然后基于光电子数Np的计算公式Np＝(Ipλ)/(hcR’(Vp))计算获得不同波长的光的光电子数Np，其中，λ为光的波长，h为普朗克常量，c为光速，Vp为施加在光电倍增管上的电压，R为光电倍增管的响应，R与Vp相关，关联关系为R’(Vp)。此外，光电流采集部件8采集不同波长的光作用于待测样品后产生的光电流Ie，然后基于光电子Ne的计算公式：Ne＝Ie/e，计算获得待测样品在不同波长的光的作用下产生的光电子数Ne，其中，e为单位电荷；2)计算不同波长下的光电子产率W＝Ne/Np；3)基于不同波长下的光电子产率W拟合光电子产率随光波长的变化曲线，将光电子产率随光波长的变化曲线中光电子产率W为0时光波长对应的光能量作为待测样品材料的逸出功。

需要说明的是，样品室1内的氛围可控，操作人员能够根据实际需要选择合适的环境氛围进行测试，示例性的，样品室1内的氛围可以为真空、大气或氮气。具体的，可通过在样品室1中设置对应的外接气体出入口对样品室1内的氛围进行调节。

还需要说明的是，逸出功的测量装置最深可扫描至9.54ev，可在太阳能电池等多种半导体领域内应用。此外，测量一个样品一般需要6～7分钟，对于真空环境下的测试，抽真空需要大约6min，整体测量时间较短。

本实施例提供的逸出功的测量装置中样品室1用于提供氛围可控的密闭空间，光源2用于提供深紫外光，光调节部件3用于将深紫外光调节为在预设波长范围内当前波长可控的单色光，样品台4用于承载待测试样品，光电倍增管5用于将光信号转换为电信号，光路控制部件6用于控制单色光入射至样品台4上的待测试样品上或光电倍增管内5，第一电流检测部件7与光电倍增管5连接，用于检测光电倍增管5产生的电流，光电流采集部件8用于采集待测样品中逸出电子生成的电流，第二电流检测部件9与光电流采集部件8连接，用于检测光电流采集部件8采集的电流，主控部件10与光调节部件3、第一电流检测部件7以及第二电流检测部件9连接，用于控制光调节部件3正常工作，根据第一电流检测部件7和第二电流检测部件9输出的检测结果，计算获得待测样品的材料的逸出功，使得无需分析光电子动能，因此无需采用能量分析器，也无需设置高真空，进而无需使用高成本的耗材，也无需对精密设备进行维护保养，降低了逸出功的测量装置的设备造价以及后期使用和维护成本，此外，该逸出功的测量装置采用光电子计数机制进行测量，对环境的依赖性小，稳定性好且结果准确性高，操作简单且测量时间短。

图2是本实用新型实施例提供的一种逸出功的测量装置的结构示意图。可选的，如图2所示，光源2可以包括氘灯11和电源12，电源12与氘灯11连接。

其中，电源12用于为氘灯11提供正常工作所需的电能。

需要说明的是，此处仅以光源2包括氘灯11和电源12为例进行说明而非限定，在本实施例的其他实施方式中，光源2还可以根据需要设置为其他深紫外光光源。可以理解的是，若光源2包括自带电源，则无需再额外设置电源为其供电。

示例性的，光源1提供的深紫外光的波长λ取值范围可以为：115nm≤λ≤400nm。

需要说明的是，具有上述范围内波长的深紫外光可单色为常规半导体材料的激发光，进而使得待测当品在其作用下产生适量的逸出电子，实现逸出功的测量。

可以理解的是，根据待测样品的材料种类不同，在本实施例的其他实施方式中，也可以选择其他波长范围的深紫外光对应的光源。

继续参见图2，光路控制部件6可以为抽拉杆，抽拉杆与样品台4连接。

需要说明的是，本实施例中光的传播方向固定不变，光电倍增管5设置于光的传播路径上，抽拉杆在光传播方向的垂直方向上往返运动，带动样品台4在光传播方向的垂直方向上往返运动，遮挡或不遮挡光入射至光电倍增管5内。具体的，图2示意出的是样品台4遮挡光入射至光电倍增管5的情况，此时，光入射至样品台4上的待测样品22上，以激光待测样品产生逸出电子，在另一时刻，可在图2所示方位下，通过抽拉杆拉动样品台4向右运动，样品台4不再遮挡光的传播，光直接入射至光电倍增管5。

在本实施例的其他实施方式中，光路控制部件6还可以为其他结构，凡是能够实现光路控制部件6功能的结构均在本实施例的保护范围内。

如图2所示，第一电流检测部件7可以为皮安表。

可选的，第二电流检测部件9可以为微电流计。

需要说明的是，光电倍增管5产生的光生电流以及光电流采集部件8采集到的电流均较小，分别采用精度高的皮安表和微电流计作为第一电流检测部件7和第二电流检测部件9，能够更为准确的测得对应的光电流。

参见图2，光电流采集部件8可以包括相对设置的第一平板电极82和第二平板电极81，第一平板电极82位于样品台4和待测样品22之间，第二平板电极81位于待测样品22远离样品台4的一侧。

需要说明的是，上述光电流采集部件8的结构简单，且安装方便。具体的，为避免第一平板电极82阻挡光传输至待测样品22上，在第一平板电极82中位于光传输路径上的部分结构去除，对应光传输路径形成通孔或狭缝，该通孔或狭缝在保证光穿过的前提下，做到面积最小，以保证其能收集到几乎全部分的待测样品22在光照作用下产生的光电子。

继续参见图2，光调节部件3可以包括聚光镜13和单色仪14，聚光镜位于单色仪14靠近光源2的一侧。

其中，聚光镜13用于对光源2出射的深紫外光进行聚焦，单色仪14用于将光调节为波长可变的单色光。具体的，单色仪在t1～t2时间内，出射波长为a1的单色光，在t2～t3时间内，出射波长为a2的单色光，在t3～t4时间内，出射波长为a3的单色光，a1、a2和a3均在预设波长范围内。

示例性的，参见图2，光调节部件3还包括氮气入口15和氮气出口16，以为光调节部件3提供氮气氛围，保护光路。

可选的，如图2所示，样品室1包括真空系统出口17、氮气入口18以及氮气出口19。

需要说明的是，真空系统出口17为样品室1抽真空的气体出口，使得样品室1能够与外部抽真空装置连接，形成真空氛围。氮气入口18和氮气出口19为样品室内氮气的出入口，以在样品室1内形成氮气氛围或通过释放氮气形成大气氛围

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种逸出功的测量装置，其特征在于，包括：

样品室、光源、光调节部件、样品台、光电倍增管、光路控制部件、第一电流检测部件、光电流采集部件、第二电流检测部件以及主控部件；

其中，所述样品台、所述光电倍增管、所述光路控制部件以及所述光电流采集部件位于所述样品室内；所述光源、所述光调节部件、所述第一电流检测部件、所述第二电流检测部件以及所述主控部件位于所述样品室外；

所述样品室用于提供氛围可控的密闭空间；

所述光源用于提供深紫外光；

所述光调节部件用于将所述深紫外光调节为在预设波长范围内当前波长可控的单色光；

所述样品台用于承载待测试样品；

所述光电倍增管用于将光信号转换为电信号；

所述光路控制部件用于控制所述单色光入射至所述样品台上的待测试样品上或所述光电倍增管内；

所述第一电流检测部件与所述光电倍增管电连接，用于检测所述光电倍增管产生的电流；

所述光电流采集部件用于采集待测样品中逸出电子生成的电流；

所述第二电流检测部件与所述光电流采集部件电连接，用于检测所述光电流采集部件采集的电流；

所述主控部件与所述光调节部件、所述第一电流检测部件以及所述第二电流检测部件连接，用于控制所述光调节部件正常工作，根据所述第一电流检测部件和所述第二电流检测部件输出的检测结果，计算获得所述待测样品的材料的逸出功。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光源包括氘灯和电源，所述电源与所述氘灯连接。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光源提供的深紫外光的波长λ取值范围为：115nm≤λ≤400nm。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光路控制部件为抽拉杆，所述抽拉杆与所述样品台连接。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第一电流检测部件为皮安表。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，第二电流检测部件为微电流计。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光电流采集部件包括相对设置的第一平板电极和第二平板电极，所述第一平板电极位于所述样品台和所述待测样品之间，所述第二平板电极位于所述待测样品远离所述样品台的一侧。

8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述光调节部件包括聚光镜和单色仪，所述聚光镜位于所述单色仪靠近所述光源的一侧。

9.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述预设波长范围为130～310nm。

10.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述样品室包括真空系统出口、氮气入口以及氮气出口。

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