CN2791639Y - 检测半导体材料内部缺陷的红外装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种检测装置，主要用于禁带宽度大于1.12eV的半导体材料内部缺陷的检测。其主要技术方案是：由光学显微镜、红外CCD摄像头、视频电缆、模拟图像监视器、数字图像采集卡、计算机、分析处理和显示软件，组成一个完整的检测半导体材料内部缺陷的装置。本实用新型通过试用证明：完全克服了使用原检测仪器存在的价格昂贵、检测操作复杂、检测结果不直观的缺点。它可成为一种常用评价半导体材料质量的手段，服务于科研和生产。

Description

检测半导体材料内部缺陷的红外装置

一、技术领域

本实用新型属于一种检测装置，主要用于禁带宽度大于1.12eV的半导体材料内部缺陷的检测。

二、背景技术

对半导体材料内部缺陷的检测，是半导体工艺质量控制的常规手段，也是衡量和评价半导体质量的重要标准之一。其内部缺陷主要指内部的杂质、包裹体等。检测半导体材料内部缺陷的方法和手段较多，但普遍存在成本高、操作复杂，推广应用困难等问题。主要是使用国外生产的红外显微镜系统，如日本OLYMPUS BX2M-IR系列红外显微镜、美国热电Nicolet公司的Continuμm红外显微镜等。它们大致由专用红外光源及光路、显微镜、复杂的机械和光学扫描装置、碲镉汞或锑化铟等红外传感器、低温系统、信号采集卡、计算机、软件等组成。其工作原理是：红外光源通过专用光路校正后，从底部照射到样品，透过的红外光信号经过显微镜放大或处理后进入红外传感器，转换为电信号，再进入信号采集卡，经过计算机和软件处理，得到红外光谱信息。配合机械和光学装置的扫描，可以得到光谱线或光谱图。从获取的光谱线和光谱图最后来判定样品是否有缺陷、疵病，以及材料质量是否合格。

这些红外显微镜存在着以下缺点：

1.因为所配备的传感器制备工艺复杂、难度大、成本高(通常采用单元或列阵型传感器)，所以价格昂贵，普通用户难以承受；

2.整机的结构复杂，特别是采用与红外传感器匹配的特殊红外光源、机械及光学扫描装置后，光路复杂，操作、装配以及维护困难；

3.分辨率低，由于通常采用单元或列阵型传感器，获取的是红外光谱线或光谱图，所以观察到的材料内部缺陷、疵病不直观、不全面。

三、实用新型内容

本实用新型的主要技术任务是：根据现有红外显微镜系统检测半导体材料内部缺陷存在的不足，研制一个新的装置或仪器，以取代红外显微镜，从根本上降低对半导体材料的检测成本，并全面客观地测出材料的质量指标，更加有效地服务于科研和生产。

本实用新型的主要技术方案是：由一个光学显微镜，在接口处配合安装一个红外CCD摄像头，通过视频电缆同时与模拟图像监视器、数字图像采集卡、计算机、分析处理和显示软件连接，组成一个完整的检测半导体材料内部缺陷和疵病的装置。

本实用新型通过试用证明：

1.完全达到研制目的，该装置的价格仅为红外显微镜的十分之一以下；

2.完全能够检测禁带宽度大于1.12eV的半导体材料，如：碲锌镉、碲化镉、砷化镓、磷化镓、氮化镓、硫化镉、硫化锌等。而这些材料又是占整个半导体材料中相当数量的，是常用的和用于高新技术的；

3.用已检测的结果与其它相关检测结果对照，基本吻合，完全可以作为常规检测手段来评价材料性能和质量；

4.组装、调试简单，检测操作易掌握；

5.检测效果可直接以图像的形式观察到材料内部的缺陷和疵病，而红外显微镜则是以透过材料的红外信号的光谱线或光谱图的变化来分析得出是否有缺陷的结果。

四、附图说明

附图是本实用新型的装置结构图，也是布局图。

五、具体实施方式

下面结合附图及操作步骤实施例，对本实用新型进行详细描述。

参照附图，本实用新型由一个光学显微镜1，在接口处配合安装一个红外CCD摄像头2，通过视频电缆3同时与模拟图像监视器4、数字图像采集卡5、计算机6、分析处理和显示软件7连接，组成一个完整的检测半导体材料内部缺陷和疵病的装置。

所述的光学显微镜1，是采用一般普通的光学显微镜；

所述的红外CCD摄像头2，是采用对近红外光有光谱响应的CCD，其有效灵敏响应波长达到0.7～1.2μm，水平扫描分辨率超过400线，可调增益或带有自动增益控制，通常采用普通硅材料为基底制备的CCD摄像头。该产品在市场可以购置。

所述的模拟图像监视器4，是采用能够兼容CCD摄像头2的输出信号并进行显示的各类显示器，此类产品在市场可购置。

所述的数字图像采集卡5，是采用实时图像采集卡(采集速度达到25帧/秒以上，兼容红外CCD摄像头2输出的视频信号)，市场可购置。

所述的光源A，是采用采用普通的卤素灯，通常功率为20～200W，市场可购置。

所述的计算机6，是采用普通的兼容PC机，市场可购置。

所述的分析处理和显示软件7，是指安装在计算机6中，能驱动数字图像采集卡5工作，对红外CCD摄像头2输出的视频信号进行采集、分析、处理和显示的控制软件。可以在市场上与数字图像采集卡5配套购置或自行开发。

参照附图，本实用新型的工作原理：透射光源A从被检样品B底部以平行光方式照射到样品，透过的近红外信号通过光学显微镜1的物镜进入显微镜内部进行光学放大，最后经接口达到红外CCD摄像头2，并转换为电信号，通过视频电缆3再进入模拟监视器4直接显示或进入图像采集系统(5、6、7)，转换为数字信号后进行分析处理和显示。

参照附图，本实用新型主要用于禁带宽度大于1.12eV的半导体材料，原因是该装置采用以硅为基底制备的CCD摄像头，只对禁带宽度大于1.12eV以上的材料透过的光谱有响应。

进行检测的方法步骤：

1.将待检样品B放置于光学显微镜的载物台上；

2.将红外CCD摄像头2的增益调至最大；

3.开启所述设备和附件的电源；

4.将物镜调至接近样品B的最低点；

5.打开红外CCD摄像头2的光路；

6.观察模拟监视器4或计算机6显示的图像，同时调节显微镜的聚焦装置和透射光源的强度，使图像清晰，对比度和亮度适当；

7.根据不同要求的半导体材料的技术标准，来判定样品B是否存在缺陷以及质量是否合格。

以上所描述的装置、工作原理及操作步骤，是本实用新型的基本实施例，也是最佳实施例。

Claims (3)

1.一种检测半导体材料内部缺陷的红外装置，含有光学显微镜(1)，计算机(6)，其特征在于：由一个光学显微镜(1)，在接口处配合安装一个红外CCD摄像头(2)，通过视频电缆(3)通时与模拟图像监视器(4)、数字图像采集卡(5)、计算机(6)、分析处理和显示软件(7)连接，组成一个完整的检测半导体材料内部缺陷的装置。

2.根据权利要求1所述的检测半导体材料内部缺陷的红外装置，其特征在于：红外CCD摄像头(2)，是采用对近红外光有光谱响应的CCD，其有效灵敏响应波长达到0.7～1.2μm。

3.根据权利要求1所述的检测半导体材料内部缺陷的红外装置，其特征在于：数字图像采集卡(5)，是采用采集速度达到25帧/秒以上的实时采集卡。