KR20150043346A - 다결정 반도체 물질의 결정 구조를 분석하는 방법 - Google Patents

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로랑 롬베즈
장 프랑소와 길레모레스
아모리 들라마르
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엘렉트리씨트 드 프랑스
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Abstract

다결정 반도체 물질의 결정 구조를 분석하는 방법이 설명된다. 일 실시예에 따라, 분석 방법은 물질이 발광 신호를 방출하도록 상기 물질을 여기시키는 단계, 상기 물질의 프리셋 공간 구역 내 메쉬의 각 점에서, 상기 물질의 대역갭의 폭 이상의 폭의 주파수 대역에서 가변 편광 각도에서 발광 신호를 검출하는 단계, 상기 물질의 프리셋 공간 구역 내 상기 메쉬의 각 점에서, 상기 메쉬의 상기 점에 대해 검출된 신호로부터, 상기 편광 각도의 함수로 사인파의 합성으로 모델링된 상기 발광 신호의 변조의 데이터 특성을 추정하는 단계, 및 상기 프리셋 공간 구역 내 상기 메쉬의 모든 점에 걸쳐 특성 데이터를 나타내는 단계를 포함한다.

Description

다결정 반도체 물질의 결정 구조를 분석하는 방법{METHOD FOR ANALYSING THE CRYSTAL STRUCTURE OF A POLYCRYSTALLINE SEMICONDUCTOR}
본 발명은 다결정 반도체 물질의 결정 구조를 분석하는 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광전 셀(photovoltaic cell)에 사용되는 다결정 흡수재 물질의 구조를 특성화하는 기술에 관한 것이다.
화석 연료의 대안으로 광전 에너지의 매력은 많은 광전 셀을 사용하는 태양광 패널과 같은 제품의 개발을 야기하였다.
광전 제품 마켓의 발전은 이 분야에서 연구 및 개발을 부활시켰고, 이 연구 및 개발 노력의 일부는 기존의 제품을 개선시켜 새로운 제품 생산 방식을 열기 위해 사용되는 물질을 특성화하는 방법을 개발하는데 집중되었다. 나아가, 이들 광전 마켓의 붐(boom)은 품질 테스트 및 (특히 변환 효율 면에서) 예상된 성능에의 순응을 개선하고 대량 생산에의 요구와 호환가능하여야 하는 테스트 및 분석 성능 공정을 개발할 것을 요구하였다.
이것은 특히 결정 구조 또는 마이크로구조의 결함을 검출하는 기술이 개발된 다결정 반도체 물질에 기초한 광전 셀의 경우에 그러하다. 예를 들어, 논문 "Polarization analysis of luminescence for the characterization of silicon wafer solar cells" (M. Peloso, B. Hoex 및 A-G. Aberle 저)(Applied Physics Letters 98, 171914 (2011))은 분석된 셀에서 방출되는 전기 발광 신호의 편광을 분석하는 것에 의해 광전 셀의 결함을 분석하는 방법을 개시한다.
결함 검출과는 별도로, 다결정 물질의 구조 또는 마이크로구조를 특성화하는 기술이 더 개발되었다. 다결정 물질의 구조 또는 마이크로구조는 일반적으로 EBSD(electron backscatter diffraction)(전자 후방산란 회절) 모드에서 동작하는 스캔 전자 현미경을 사용하거나 또는 TEM(transmission electron microscope)(투과 전자 현미경)을 사용하여 특성화된다. 이들 물질을 특성화하는 도구는 대량 사용을 위한 것이나, 분석될 샘플이 준비를 요구하여서, 이는 곤란한 것이어서, 대량 생산 상황에서 품질 및 순응 테스트 요구조건과 호환가능하지 않을 수 있다. 구체적으로, 이들 기술을 사용하려면 그 표면을 연마하여 거칠거칠함(roughness)을 제거하는 것에 의해 분석될 샘플을 준비하는 것이 필요하다. 이 준비는 구현하기 곤란할 수 있고, 샘플 분석은, 예를 들어, 종종 물질 연마 단계에 의해 생성된 작업 경화(work-hardening)에 관한 문제로 인해 불가능할 수 있다.
편광된 라만 스펙트럼 맵핑(Raman spectra mapping) 기술이 다결정 물질의 구조 또는 마이크로구조를 특성화하는데 더 고려될 수 있으나, 사실상 높은 스펙트럼 품질의 레이저 및 초고해상도 분광기를 필요로 하여서 값이 비싸다.
본 발명의 일 목적은 전술된 다결정 물질을 특성화하는 기술의 단점을 해결하는 것이다.
본 발명은, 다결정 반도체 물질의 결정 구조를 분석하는 방법으로서, 물질이 발광 신호(luminescent signal)를 방출하도록 상기 물질을 여기(excite)시키는 단계; 상기 물질의 프리셋 공간 구역(preset spatial region) 내 메쉬(mesh)의 각 점에서, 상기 물질의 대역갭(bandgap)의 폭 이상의 폭의 주파수 대역에서 가변 편광 각도에서 상기 발광 신호를 검출하는 단계; 상기 물질의 상기 프리셋 공간 구역 내 상기 메쉬의 각 점에서, 상기 메쉬의 상기 점에 대해 검출된 신호로부터, 상기 편광 각도의 함수로 사인파(sine wave)의 합성으로 모델링된 상기 발광 신호의 변조의 데이터 특성을 추정하는 단계; 및 상기 프리셋 공간 구역 내 상기 메쉬의 모든 점에 걸쳐 상기 특성 데이터의 표현식(representation)을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.
제안된 방법은 전술된 기술에 비해 다결정 물질의 구조적 특성을 간단하고 신속하며 저렴하게 특성화하는 잇점을 제공한다. 특히, 제안된 방법은 비-파괴적이고(샘플을 열화시키지 않는다) 샘플의 준비를 요구하지 않는다. 그리하여 샘플이 분석된 후 샘플을 재사용하고, 제조 동안 샘플을 분석하는 것이 가능하다(예를 들어, 광전 셀에 대해, 증착을 통해 기판 상에 물질을 성장시키는 공정 동안, 성장 공정이 선험적으로 만족스러운 결과를 제공하는 것을 확인할 수 있다). 그리하여 제안된 방법은 모든 제조 단계 동안 제품을 제 자리에서 분석하고 테스트할 수 있어서 대량 생산 요구에 특히 적합하다.
본 제안된 방법은,
Figure pct00001
형태의 변조된 발광 신호의 모델로 유리하게 구현될 수 있는데, 여기서 Ilum는 발광 신호의 세기를 나타내고, Ak는 발광 신호의 진폭 파라미터이고, θ는 발광 신호의 편광의 분석 각도를 나타내고,
Figure pct00002
는 위상 기준에 대해 발광 신호의 위상 이동 파라미터이고, A0 파라미터는 발광 신호의 세기의 최소값을 나타내고, nk는 엄격히 양의 정수이고, k는 1 내지 K에 이르는 자연수의 합산 지수(summation index)이고, 추정된 특성 데이터는 진폭, 위상 이동, 주파수 및/또는 최소값 파라미터에 대응하거나 또는 이들의 조합 중 하나에 대응한다.
나아가, 카메라에 의해 발광 신호를 검출하고 프리셋 공간 구역 내 메쉬는 카메라의 센서 상의 점(point)들과 선택에 의해 대응하는 것이 가능하다.
본 방법의 제1 실시예에서, 물질이 방출하는 발광 신호를 광발광(photoluminescence)에 의해 생성하기 위하여 광 여기가 사용된다.
본 방법의 제2 실시예에서, 물질이 방출하는 발광 신호를 전기 발광(electroluminescence)에 의해 생성하기 위해 전기적 여기가 사용된다.
본 방법의 제3 실시예에서, 물질이 방출하는 발광 신호를 열발광(상기rmoluminescence)에 의해 생성하기 위해 물질을 열로 가열하는 것이 사용된다.
또 다른 측면에 따라, 다결정 반도체 물질의 결정 구조를 분석하는 시스템으로서, 물질이 발광 신호를 방출하도록 상기 물질을 여기시키도록 배열된 상기 물질을 여기시키는 수단; 상기 물질의 프리셋 공간 구역 내 메쉬의 각 점에서, 상기 물질의 대역갭(bandgap)의 폭 이상의 폭의 주파수 대역에서 가변 편광 각도에서 상기 발광 신호를 검출하는 수단; 및 데이터 처리 유닛을 포함하고, 상기 데이터 처리 유닛은, 메모리 수단 및 입력/출력 인터페이스 모듈에 동작가능하게 연결된 컴퓨터 프로세서로서, 상기 메모리 수단은 상기 메쉬의 각 점에 대해 검출된 신호에 대응하는 데이터를 저장하도록 구성된, 상기 컴퓨터 프로세서; 및 상기 컴퓨터 프로세서에 의해 실행되는 분석기를 포함하고, 상기 분석기는, 상기 물질의 상기 프리셋 공간 구역 내 상기 메쉬의 각 점에서, 상기 메쉬의 상기 점에 대해 검출된 신호로부터, 상기 편광 각도의 함수로 사인파의 합성으로 모델링된 상기 발광 신호의 변조의 데이터 특성을 추정하는 동작; 및 상기 프리셋 공간 구역 내 상기 메쉬의 모든 점에 걸쳐 상기 특성 데이터의 표현식을 생성하는 동작을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 분석 시스템이 제공된다.
일 실시예에서, 분석 시스템의 분석기는
Figure pct00003
형태의 변조된 발광 신호의 모델의 함수로 특성 데이터를 추정하도록 더 구성되고, 여기서 Ilum는 발광 신호의 세기를 나타내고, Ak는 발광 신호의 진폭 파라미터이고, θ는 발광 신호의 편광의 분석 각도를 나타내고,
Figure pct00004
는 위상 기준에 대해 발광 신호의 위상 이동 파라미터이고, A0 파라미터는 발광 신호의 세기의 최소값을 나타내고, nk는 엄격히 양의 정수이고, k는 1 내지 K에 이르는 정수 합산 지수이고, 추정된 특성 데이터는 진폭, 위상 이동, 주파수 및/또는 최소값 파라미터에 대응하거나 또는 이들의 조합 중 하나에 대응한다.
일 실시예에 따라, 분석 시스템의 검출 수단은 카메라를 포함하고, 물질 상의 프리셋 공간 구역 메쉬는 카메라의 센서 상의 점들과 선택에 의해 대응하도록 유리하게 선택된다.
나아가, 상기 물질을 여기시키는 수단은 상기 물질이 광발광 신호를 방출하도록 광 여기 신호를 방출하도록 배열된 광원, 또는 상기 물질이 전기 발광 신호를 방출하도록 상기 물질에 놓인 다수의 전극에 걸쳐 전기 신호를 방출하도록 배열된 전원, 또는 심지어 상기 물질이 열 발광 신호를 방출하도록 상기 물질을 가열하도록 배열된 열원을 포함할 수 있다.
또 다른 측면에 따라, 프로세서와 연관된 메모리로 로딩가능한 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 프로세서에 의해 상기 프로그램을 실행할 때 제안된 방법 단계 중 적어도 일부 단계를 구현하는 코드 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램, 및 상기 컴퓨터 프로그램을 예를 들어 압축 또는 인코딩을 통해 나타내는 데이터 세트가 제공된다.
또 다른 측면은, 하나 이상의 프로그램을 나타내는 데이터 세트를 포함하는, 컴퓨터에 의해 실행가능한 프로그램을 저장하는 비-일시적인 매체로서, 상기 하나 이상의 프로그램은 다결정 반도체 물질의 결정 구조를 분석하는 명령을 포함하고, 상기 명령은, 메모리 수단 및 입력/출력 인터페이스 모듈에 동작가능하게 연결된 처리 유닛을 포함하는 컴퓨터에 의해 상기 하나 이상의 프로그램을 실행할 때, 상기 컴퓨터로 하여금 제안된 방법에 따른 추정을 수행하고 표현식을 생성할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 비-일시적인 매체에 관한 것이다.
본 발명의 다른 특징 및 잇점은 첨부된 도면을 참조하여 비-제한적인 예시적인 실시예의 이하 상세한 설명에서 보일 것이다
- 도 1은 제1 실시예에 따라 제안된 방법의 구현을 도시하는 도면;
- 도 2는 제1 실시예에 따라 제안된 방법의 다른 구현을 도시하는 도면;
- 도 3은 제2 실시예에 따라 제안된 방법의 구현을 도시하는 도면;
- 도 4는 제3 실시예에 따라 제안된 방법의 구현을 도시하는 도면;
- 도 5는 제안된 방법을 구현하는 컴퓨터 시스템을 도시하는 도면;
- 도 6a는 다결정 CIGSe 물질에 기초한 샘플에 대해 제안된 방법에 따라 획득된 위상 이동 파라미터
Figure pct00005
의 맵핑의 일례를 도시하는 도면;
- 도 6b는 모노결정 CIGSe 물질에 기초한 샘플에 대해 제안된 방법에 따라 획득된 위상 이동 파라미터
Figure pct00006
의 맵핑의 일례를 도시하는 도면.
본 발명의 실시예의 이하 상세한 설명에서는, 보다 완전히 이해를 제공하기 위하여 많은 특정 상세들이 제시된다. 그럼에도 불구하고, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 일부 실시예들이 이들 특정 상세 없이 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 다른 경우에, 잘 알려진 특성은 본 설명을 포인트 없이 복잡하게 하는 것을 회피하기 위하여 상세히 설명되지 않는다. 나아가, 하나의 동일한 기능을 구비하는 특정 성분, 디바이스, 수단 및 요소는 다수의 도면에서 동일한 참조 부호로 참조될 수 있고, 이들 성분, 디바이스, 수단 및 요소에 대한 반복적인 설명은 특정 경우에 생략되거나 축소될 수 있다.
제안된 방법은 여러 유형의 다결정 반도체 물질, 예를 들어 III-IV 족(family)으로부터 다결정 반도체 물질(예를 들어, 갈륨 비화물(GaAs), 인듐 인화물(InP) 또는 갈륨 안티몬화물(GaSb)), II-VI 족의 다결정 반도체 물질(예를 들어, 카드뮴 텔루륨화물(CdTe), 또는 카드뮴이 부분적으로 아연 또는 수은으로 대체될 수 있고 텔루륨이 부분적으로 셀레늄으로 대체될 수 있는 합금 또는 유도체 중 하나), CIGS와 같은 황동석 구조를 갖는 다결정 합금 또는 다시 다결정 실리콘과 유리하게 사용될 수 있다. CIGS란 본 명세서에서 일반적인 방식으로 CuInSe2 군(family), 또는 구리가 은(silver)으로 대체될 수 있고, 인듐이 부분적으로 알루미늄 또는 갈륨으로 대체될 수 있고(Cu(In, Ga)Se2), 및 셀레늄이 부분적으로 황 또는 텔루륨으로 대체될 수 있는 유도된 합금 중 하나인 것으로 이해된다.
나아가, 제안된 방법은 하나 이상의 다결정 반도체 물질 및 다른 물질을 포함하는 샘플을 분석하는데 유리하게 사용될 수 있다. 샘플에 포함된 여러 다결정 반도체 물질은 특히 그 결정 구조에 대해 이산 특성(distinct characteristics)을 나타낼 수 있다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 제안된 방법이 분석된 샘플에 포함된 물질들 중 단 하나에만 적용되거나, 또는 분석된 샘플에 포함된 다수의 물질에 순차적으로 적용될 수 있고, 제안된 방법에 따른 여러 분석 파라미터는 특히 분석된 물질의 여기 파장 및 발광 신호의 검출 파장을 선택하는 것에 의해 각 결정 구조를 분석하기 위해 타깃 설정된 다결정 반도체 물질에 따라 맞춰질(fitted) 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따라 제안된 방법의 구현예를 도시한다.
도 1은 분석될 다결정 반도체 물질의 샘플(1) 및 이 샘플(1)의 방향으로 광 여기 신호를 방출하도록 배열된 광원(2)을 도시한다. 이 광 여기 신호는 샘플(1)이 발광 신호를 방출하도록 적응된다. 그리하여 광원(2)은 분석된 물질의 흡수 구역에 대응하는 스펙트럼 범위를 가지게 선택된다. 광원(2)은 예를 들어 레이저 소스이거나 또는 비간섭성(incoherent) 광원일 수 있다.
소스에 의해 생성된 여기 신호는 분석될 샘플의 일부분만을 여기시킨다는 점에서 국부적이다. 이 국부적인 여기를 획득하기 위해 예를 들어 레이저 소스(2)와 분석될 샘플(1) 사이에 배치된 포커싱 렌즈(3)와 같은 레이저 소스에 의해 생성된 여기 빔을 포커싱하는 수단을 사용하는 것이 가능하다. 포커싱 렌즈의 초점 길이는 실제로 원하는 분석 해상도 및 사용되는 광원에 따라 선택된다. 예를 들어, 다결정 CIGS 물질의 샘플에 대해, 초점 길이 4 mm 및 개구수(numerical aperture) 0.8의 현미경 렌즈를 사용하여 결정의 사이즈, 즉 1 μm보다 더 적은 표면의 국부적인 여기를 획득할 수 있다. 여기 레이저 빔은 샘플(1)에 의해 흡수되고, 광 여기 신호의 에너지의 일부는 여기된 물질에 의해 자발적으로 방출된 광발광 신호의 형태로 발산된다.
이 실시예에서 여기 레이저 빔을 샘플(1)을 국부적으로 여기시키는 센티미터 내지 서브-마이크로미터 규모의 공간 해상도로 포커싱하는 경우, 대응하는 해상도에서 이 데이터 취득 위상의 요구조건에 대한 메쉬(mesh)를 한정하는 것이 가능하다. 제안된 방법은 예를 들어 마이크로결정 솔라 셀(solar cell)을 연구하기 위한 요구조건을 충족하는 높은 공간 해상도(일반적으로 0.5 내지 10 μm)를 달성할 수 있게 한다.
샘플(1)이 반도체 물질로 구성된 경우, 이 반도체 물질은 ("전도 대역(conduction band)"이라고 언급되는 에너지 대역에 대응하는) 제1 에너지 레벨 및 ("가전자 대역(valence band)"이라고 언급되는 에너지 대역에 대응하는) 제2 에너지 레벨을 구비한다. 전자(electron)의 에너지 전이는 전도 대역의 상태와 가전자 대역의 상태 사이에서 주로 이루어진다. 가전자 대역과 전도 대역은 "밴드갭(bandgap)"으로 알려진 에너지 대역과 연관된 에너지 갭(E갭)으로 분리된다. 이 에너지 갭은 대역갭 에너지이라고도 언급된다. 광원이 방출하는 광자가 이 갭(E갭) 미만의 에너지를 가지는 경우, 가전자 대역의 전자에 전달되는 에너지는 전자를 전도 대역으로 승진시키기에는 충분치 않아, 이 전자는 가전자 대역을 떠나지 못한다. 갭(E갭) 미만의 에너지로 여기된 물질은 이후 투명하다. 한편, 광원이 방출하는 광자가 에너지 갭(E갭)을 초과하는 에너지를 가지는 경우, 광자는 가전자 대역으로부터 전자-홀 쌍("홀"은 전도 대역으로 이동된 전자의 가전자 대역이 비어 있는 것을 언급한다)을 생성하는 것에 의해 전자를 전도 대역 쪽으로 승진시킬 만큼 충분한 에너지로 물질의 일부 전자를 여기시킨다. 이렇게 생성된 전자-홀 쌍은 재결합하여 광발광 현상에 따라 광자를 방출한다. 방출된 광자의 에너지는 대역갭 에너지에 근접한다.
대역갭 에너지는 샘플(1)의 물질의 특성(실리콘에 대해 1.1 eV의 값, 물질 CIGS CuInSe2에 대해 1.12 eV의 값, 및 물질 CIGS CuGaSe2에 대해 1.65 eV의 값)이다. 따라서, 광원(2)은 샘플(1)의 물질에 특정된 가전자 대역과 전도 대역 사이의 에너지 갭(E갭)을 초과하는 에너지 신호를 방출하도록 적응된다. 예를 들어, 1.12 eV의 갭을 가지는 CuInGaSe2 (CIGS) 유형의 다결정 반도체 물질을 포함하는 샘플에 대해, 2.33 eV (532 nm)의 단일-모드 레이저가 여기 소스(2)로 선택된다.
광발광에 의해 방출된 광 신호가 이후 데이터 취득 위상에서의 여러 배향과 편광 값에 대해 검출되고 저장된다.
발광 신호의 검출은 분석된 물질의 대역갭의 폭 이상의 폭의 주파수 대역에서 수행된다. 발광 신호의 검출 주파수 대역을 분석을 위해 타깃 설정된 물질의 특성 대역갭 폭으로 조절하면 분석된 물질의 결정 구조에 대한 정보를 수집할 수 있다. 이런 방식으로 분석된 물질의 결정 매트릭스의 특성인 파장의 검출을 수행하는 것이 가능하다.
광발광 신호의 검출은 예를 들어 2개의 검출 렌즈(도 1에 도시된 바와 같이, 검출 렌즈(5 및 6))로 수행될 수 있고, 샘플은 실질적으로 제1 렌즈의 물체 초점 평면(object focal plane)에 배열된다. 이런 구조의 잇점들 중 하나는 2개의 검출 렌즈(5 및 6) 사이에 편광자(4)를 놓는 가능성이 있다는 것이다. 광발광 신호는 검출기(7)에 의해 검출 광학기기(5, 6)의 출력에서 검출되고, 이 검출기는 원하는 정밀도(precision) 및 감도 레벨을 획득하기 위하여 예를 들어 광전자 증배관(photomultiplier) 유형으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같은 CIGS-유형의 샘플의 경우에, 근 적외선(1000 nm > λ > 1200 nm)에서 최적 스펙트럼 응답을 가지는 InGaAs 유형의 광전자 증배관이 검출기로 선택될 수 있다. 일 변형으로, 제안된 방법을 구현하는 분광기가 검출기(7)로 사용될 수 있는데, 이 분광기는, 발광 신호의 세기를 나타내는 데이터의 취득에 더하여, 발광 신호의 세기의 주파수 분배를 나타내는 데이터(파장)의 취득을 가능하게 한다.
데이터 취득은, 물질의 프리셋 공간 구역 내 메쉬의 각 점에서, 여러 편광 배향 값에 대해 발광 신호를 검출하는 것에 의해 수행되어, 이 신호의 여러 편광 배향 값에 대해 발광 신호를 분석할 수 있게 한다. 이하 문단은 발광 신호의 편광 분석 방법의 2개의 예를 기술한다.
제1 방법에 따라, 분석될 샘플과, 회전하도록 만들어진 검출 광학기기 사이에 배치된 샘플의 발광 구역에 적응된 선형 편광자의 다수의 배향 값에 대해 발광 신호의 측정이 수행된다.
제2 방법에 따라, 편광자 앞에 놓인 파장판(λ/2 유형)을 회전시키는 것에 의해 다수의 편광 배향 값에 대해 발광 신호의 측정이 수행된다.
이에 따라 메쉬의 각 점에서, 5°정도의 단차를 두고 -90°로부터 +90°로 가면서 배향 각도 θ를 변경시키는 것에 의해 편광자 또는 파장판의 다수의 배향 값 θ에 대해 발광 신호를 검출하고 레코드하는 것을 진행하는 것이 가능하다. 물론 배향 각도 θ의 변동 간격은, 제안된 방법의 범위를 벗어남이 없이, 분석될 물질의 특성 및 요구되는 분석 정밀도에 따라, 배향 각도 θ의 변동 단차에서와 같이 상이하게 선택될 수 있다.
그리하여 분석될 샘플의 공간 구역 내 점의 메쉬는 미리 한정된다. 이 메쉬의 각 점은 발광 신호를 자발적으로 방출하기 위하여 광원(2)에 의해 국부적으로 여기된다. 이 발광 신호의 검출은 발광 신호의 여러 편광 배향 값 θ에 대해 메쉬의 각 점에 대해 수행된다.
메쉬의 각 점에서 발광 신호를 국부적으로 여기시키고 분석하기 위하여, 샘플(1)은 병진이동 테이블을 사용하여 포커싱 렌즈(5)의 초점 평면에서 이동된다. 예를 들어, CIGS 샘플의 전술된 경우에, xy 테이블로 언급된 압전 테이블을 사용하여 분석될 샘플을 이동시키는 것이 가능하다.
메쉬의 각 점에 대해, 여러 편광 배향 값에 대해 발광 신호를 검출하는 것은 원하는 해상도(예를 들어, 5°)의 함수로 선택된 단차에 따라 편광자의 각도 θ를 변경하는 것에 의해 수행된다. 이에 따라 편광자 각도의 이산 값의 세트((θi)i = Nmin...Nmax)(θi+1 = θi + Δθ)에 대해 발광 신호의 세기 값 Ilum(θ)을 검출하고 레코드하는 것이 가능하고, 이것은 메쉬의 각 점에 대해 수행된다.
검출기(7)는 검출된 데이터를 레코드하는 메모리를 구비하거나, 또는 일 변형으로 데이터를 저장할 메모리 쪽 또는 메모리(9)를 구비하는 데이터 처리 유닛(8) 쪽에 인터페이스를 구비한다.
발광 신호의 데이터의 취득 위상 다음에는 예를 들어 데이터 처리 유닛(8)에 의해 수행되는 데이터 처리 위상이 후속된다. 데이터 처리는 편광자의 각도 θ의 함수로서 발광 신호의 세기 Ilum의 변동의 사인파 모델의 하나 이상의 파라미터에 대해 검출기(7)에 의해 취득된 데이터로부터 측정을 포함한다. 제안된 방법의 바람직한 실시예에서, 사인파 모델은
Figure pct00007
유형이고, 여기서 Ilum은 발광 신호의 세기를 나타내고, Ak는 발광 신호의 진폭 파라미터이고, θ는 발광 신호의 편광의 분석 각도를 나타내고,
Figure pct00008
는 기준 위상에 대해 발광 신호의 위상 이동의 파라미터이고, nk는 엄격히 양의 정수이고, A0(오프셋)은 발광 신호의 세기의 최소값을 나타내는 파라미터이고, k는 1 내지 K에 이르는 정수 합산 지수이다. 측정된 값 Ilum은 여러 각도에서 편광을 분석하기 위하여 편광자에 의해 필터링한 후의 발광 신호의 세기를 나타낸다. 예를 들어 각도가 변하도록 만들어진 편광자에 의하여 편광 분석이 수행되는 본 실시예에서, 변수 θ는 편광자의 각도에 대응한다. 예를 들어 회전 각도가 변하도록 만들어진 편광자의 앞에 놓인 파장판에 의해 편광 분석이 수행되는 경우에, 변수 θ는 파장판의 회전 각도에 대응한다. 두 경우에 변수 θ는 발광 신호의 편광의 배향 각도에 대응한다. 파라미터 Ak,
Figure pct00009
, nk 및/또는 A0(오프셋)은 메쉬의 각 점에 대해 취득된 여러 측정된 값과 정현파 모델(sinusoidal model)을 비교하는 것에 의해 추정된다. 메쉬의 각 점에 대해 취득된 데이터를 정현파 모델에 대응하게 하는 것에 의해, 취득된 데이터에 최상으로 대응하는 이 모델의 파라미터의 값의 추정이 추출된다. 따라서, 이 데이터 처리 위상의 결과, 정현파 모델의 하나 이상의 파라미터의 추정이 획득되고, 이것은 메쉬의 각 점에 대해서도 수행된다.
제안된 방법의 범위에 있으면서, 획득된 추정을 결합하여 이들 파라미터의 조합의 추정을 획득하는 것이 가능하다.
K는, 결정 구조를 분석하기 위하여 의도되는 모델링 정밀도(accuracy)에 따라, 예를 들어, 1개 또는 2개, 또는 2개를 초과하는 것으로 선택될 수 있는 1 이상의 자연수이다.
획득된 모델이 실험 데이터와 만족스럽게 맞춰질 수 있도록 하는 K의 최소값을 한정하기 위하여 반복적으로 진행하는 것이 더 가능하다. K에 대해 최적 값을 선택하는 증분 ΔK를 이렇게 반복하는 공정은 값 K + ΔK이 이전의 K 값보다 수집된 실험 데이터에 덜 만족스럽게 맞춰진 이론적인 모델을 초래할 때까지 계속될 수 있다.
실험적으로 취득된 데이터에 선택된 이론적인 모델(설명된 예에서,
Figure pct00010
유형의 정현파 모델)을 맞추는 것("수치적인 모델링"이라는 용어도 종종 사용된다)은 의도되는 파라미터(들)의 원하는 정밀도로 추정을 추출하기 위하여 상관 방법, 예를 들어 최소자승법(least square method) 또는 메이어 맞춤법(Mayer fitting method)에 따라 수행된다. 각 점에서 데이터의 취득 해상도(특히 편광자의 각도 θ의 변동의 증분 Δθ에 대해 선택된 값)의 정밀도(fineness)는 선택된 모델의 파라미터(들)를 추정하는데 다소 신속하고 정확한 맞춤을 허용할 수 있다.
실험적으로 취득된 데이터에 대해 선택된 이론적인 모델의 맞춤 및 선택된 모델의 파라미터(들)의 추정이 물질(1)의 공간 구역 내 프리셋 메쉬의 각 점에서 수행되면, 주어진 파라미터에 대해 추정된 값의 모든 메쉬 점들에 대한 표현식, 및 그리하여 파라미터들 각각 또는 파라미터들의 조합의 공간 변동의 맵핑을 생성하는 것이 가능하다.
Figure pct00011
유형의 정현파 모델이 고려된 예에서 데이터 처리는 진폭 파라미터(Ak)의 값, 위상 이동 파라미터(
Figure pct00012
)의 값, 주파수 파라미터(nk)의 값, 및/또는 최소값 파라미터(A0)(오프셋)의 값 또는 다수의 이들 파라미터의 조합을 추정할 수 있게 하고 이것은 메쉬의 각 점에 대해서도 수행될 수 있어서, 진폭 파라미터(Ak)의 맵핑, 위상 이동 파라미터(
Figure pct00013
)의 맵핑, 주파수 파라미터(nk)의 맵핑 및/또는 최소값 파라미터(A0)(오프셋)의 맵핑 또는 다수의 이들 파라미터의 조합을 끌어내는 것을 가능하게 한다.
보다 구체적으로, 예로서 제안된 모델
Figure pct00014
에서, 다결정 CIGS 물질에 대해 파라미터
Figure pct00015
및 Ak와 결정 구조의 국부적 배향 특성 사이에 상관성이 있다는 것을 관찰할 수 있다.
각 파라미터에 대해 편광자의 각도의 함수로서 발광 신호의 변동의 공간 분배의 이들 표현식을 통해, 표현되는 파라미터의 함수로서, 분석된 물질의 여러 구조적 특성을 분리할 수 있다. 예를 들어, 진폭 Ak 및 위상 이동
Figure pct00016
은 분석된 물질의 결정 축의 배향과 상관성이 있을 수 있다. 이들 파라미터는 연구되는 물질의 결정 결함이 존재하는 것과도 연관될 수 있다.
나아가, 물질의 결정 축의 절대적 배향을 얻기 위하여, 실험 디바이스에 교정이 이루어질 수 있다. 이것을 수행하기 위하여, X-선 회절과 같은 분석 방법에 의해 미리 한정된 결정 배향을 갖는 모노결정 샘플을 사용하는 것이 가능하다. 분석 파라미터는 교정 물질의 상기? 결정 배향과 연관될 수 있다.
마이크로결정 CIGS 샘플의 경우에, 결정 배향과 명백한 상관성이 없는 광발광 세기에서 공간 디스패리티(spatial disparity)가 관찰된다. 그러나,
Figure pct00017
파라미터를 맵핑하면, 예를 들어, 분석된 물질의 그레인(grain)의 사이즈인 수 ㎛2의 공간 구역에 대응하는 모자익 분산(mosaicity)이 드러난다. 나아가, 모노결정 CIGS 샘플에 대해서는 맞춤 파라미터의 공간 변동이 관찰되지 않는다. 이것을 통해 여기서 제안된 방법은 다른 것들 중에서 특히 물질의 다결정 특성이 드러나게 하고 결정이 식별될 수 있게 한다는 것이 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 6a는 샘플의 결정 구조에 대응하는 공간 구역이 분별될 수 있는 다결정 물질 CuIn1-xGaxSe2 (CIGSe)에 기초한 샘플에 제안된 방법에 따라 획득된 위상 이동 파라미터
Figure pct00018
의 맵핑의 일례를 도시한다. 도 6b에 도시된 맵핑과는 대조적인 것이 명백하며, 도 6b는 모노결정 CIGSe 물질에 기초한 샘플에 제안된 방법에 따라 획득된 위상 이동 파라미터
Figure pct00019
의 맵핑의 일례를 도시한다. 분석된 샘플의 모노결정 구조는 도 6b에서 위상 이동 파라미터의 맵핑의 균일성이 드러나는데, 이 균일성은 도 6a의 맵핑에서는 드러나지 않는다.
국부적 여기에 따른 광발광에 의한 이러한 분석 방법은 더 큰 해상도, 예를 들어 밀리미터, 또는 일반적으로 100 ㎛2 정도의 물질에 대한 분석 표면에 대응하는 공간 해상도에서 작업하는 것을 금함이 없이, 일반적으로 1 ㎛ 미만의 매우 정밀한 공간 해상도를 달성할 수 있게 한다. 다결정 CIGS에서 그레인의 크기가 예를 들어 일반적으로 ㎛ 정도이면, 액세스가능한 해상도는 붐의 중간에 있는 박막 필름 광전 마켓에서 CIGS와 같은 마이크로결정 물질을 분석할 수 있는 새로운 가능성을 열어 준다. 나아가, 이것은, 마이크로미터 크기를 갖는 결정 구조를 그 표면에 나타낼 수 있는 (반드시 항상 그런 것은 아니다), 두께가 일반적으로 3 ㎛ 미만이고 광전 제품에 사용되는 물질의 박막 필름을 (고려되는 응용에 따라 물질을 특성화하기 위한 것이든지 또는 결함을 검출하기 위한 것이든지 상관없이) 분석하는데 적절하다. 이에 따라, 예를 들어, 결정 구조의 원하는 배향 특성을 가지게 필름의 성장이 달성되는 것을 보장하기 위해 필름 성장 공정 동안 광전 셀의 박막 필름을 큰 정밀도로 특성화하는 것이 가능하다.
데이터 처리 유닛(8)은 컴퓨터, 컴퓨터 네트워크, 또는 프로세서, 메모리, 데이터 저장 유닛(9), 및 네트워크 인터페이스 및 이동식 저장 매체(도면에 미도시)를 판독하고 이에 기록하는 매체 리더(medium reader)와 같은 다른 연관된 하드웨어 유닛을 포함하는 다른 장치일 수 있다. 이동식 저장 매체는, 예를 들어, 콤팩트 디스크(CD), 디지털 비디오/다목적 디스크(DVD), 플래시 드라이브 등일 수 있다. 이동식 저장 매체는, 데이터 처리 유닛(8)에 의해 실행될 때, 데이터 처리 유닛(8)이 본 문서에 설명된 제안된 방법의 구현 예의 데이터 취득을 수행하거나 및/또는 위상을 처리하게 하는 명령을 포함한다. 이동식 저장 매체는 데이터 처리 위상을 수행하도록 구성된 분석 엔진(또는 분석기)을 구현하고 실행하는 명령을 포함할 수 있다. 분석 엔진의 특정 부분은, 프로세서에 의해 실행되기 위한 메모리에 로딩되기 위하여 이동식 저장 매체, 이동식 디바이스 또는 국부 데이터 저장매체(9)의 주어진 인스턴스에 대한 명령으로 저장될 수 있다. 구체적으로 실시예를 수행하기 위해 컴퓨터에 의해 판독가능한 소프트웨어 명령 또는 프로그램 코드는 비-일시적인 컴퓨터-판독가능한 매체, 예를 들어, 콤팩트 디스크(CD), 국부 또는 원격 저장 디바이스, 국부 또는 원격 메모리, 플로피 디스크 또는 임의의 다른 컴퓨터-판독가능한 저장 디바이스에 전체적으로 또는 부분적으로, 일시적으로 또는 영구적으로, 저장될 수 있다.
분석 엔진은 메모리에 상주하는 프로그램의 형태로 설명되지만, 분석 엔진은 하드웨어 형태로, 응용 특정 집적 회로(ASIC)로 또는 하드웨어 및 소프트웨어 요소의 조합의 형태로 구현될 수 있다.
도 2는 다이크로익 미러(dichroic mirror)가 사용된 제1 실시예에 따른 제안된 방법의 변형 구현예를 도시한다.
분석될 다결정 반도체 물질의 샘플(1)은, 광원(20)(예를 들어 횡방향 모노모드 레이저)에 의해 방출되고 포커싱 렌즈(30)에 의해 분석 지점으로 포커싱된 여기 신호에 의해 여기된다. 이러한 광 여기 신호는 샘플(1)이 발광 신호를 방출할 수 있도록 적응된다. 이 여기 신호는 발광 신호와 포커싱 렌즈(30) 사이에 배치된 다이크로익 미러(50)를 횡단하도록 더 적응된다. 광원(20)은 예를 들어 레이저 소스 또는 비간섭성 광원일 수 있다.
광발광 신호는 광학기기(30, 50 및 60)를 검출하는 수단에 의해 검출기(7) 쪽으로 향한다. 특히, 다이크로익 미러(50)는 여기 신호로부터 광발광 신호를 분리하도록 적응되고 위치된다. 편광자(40)는 편광자의 여러 배향 값 θ에 대해 광발광 신호를 분석할 수 있기 위하여 미러(50)와 제2 검출 렌즈(60) 사이에 배치된다.
나아가 다이크로익 미러를 사용하는 제안된 방법의 이러한 변형 실시예는 전술된 것과는 달리 국부적으로 여기시켜 메쉬의 각 점에서 발광 신호를 분석하는 방법을 사용할 수 있게 한다. 구체적으로, 병진이동 테이블을 사용하는 대안으로, 검출/여기 광학기기와 포커싱 렌즈(30) 사이에 배치된 배향가능한 미러(예를 들어 압전 유형)를 사용하여 레이저 여기 빔을 이동시키는 것이 가능하다.
도 3은 제2 실시예에 따른 제안된 방법의 구현예를 도시한다.
도 3은 분석될 다결정 반도체 물질의 샘플(100), 및 이 샘플(100)의 방향으로 광 여기 신호를 방출하도록 배열된 광원(200)을 도시한다. 이러한 광 여기 신호는 샘플(100)이 발광 신호를 방출하도록 적응된다. 광원(200)은 분석된 물질의 흡수 구역에 대응하는 스펙트럼 범위로 선택된다. 광원(200)은 예를 들어 레이저 소스 또는 비간섭성 광원일 수 있다.
소스에 의해 생성된 여기 신호는 분석될 구역의 거의 모든 표면을 여기시킨다는 점에서 전체적이다. 그리하여 이 실시예의 제안된 방법에서는 분석될 물질의 표면의 주어진 구역만을 국부적으로 여기시키기 위해 여기 신호를 포커싱하는 수단이 전혀 사용되지 않는다. 전술된 실시예에서와 같이, 광원(200)은 샘플 물질(100)에 특정된 가전자 대역과 전도 대역 사이의 에너지 갭(E갭)을 초과하는 에너지 신호를 방출하도록 적응된다.
따라서, 이 실시예에서, 샘플은 전체적으로 여기되고 발광 이미지는 카메라(700), 바람직하게는 디지털 카메라에 의해 레코딩된다.
광발광 신호의 검출은 예를 들어 광발광 신호를 반사하도록 적응되고 위치된 다이크로익 미러(500)를 두는 것에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 수행될 수 있다. 카메라가 편광자(400)에 의해 필터링된 광발광 신호를 검출할 수 있음은 물론 편광자(400)의 상이한 배향에 대해서도 이 신호를 검출할 수 있도록 배향이 변동되는 편광자(400)가 카메라(700) 앞에 배치된다. 광발광 신호는 이후 카메라(700)에 의해 검출되고, 이 카메라는 예를 들어 CCD 유형인 것으로 선택될 수 있다. 다른 유형의 카메라, 예를 들어, InGaAs 기술을 사용하는 적외선(IR) 검출 카메라 또는 CMOS 검출기 카메라가 제안된 방법의 이 실시예를 구현하는데 사용될 수도 있다.
카메라(700)는 분석된 물질의 대역갭의 폭 이상의 폭의 주파수 대역에서 발광 신호를 검출하거나 이 검출을 수행하도록 구성되도록 선택된다. 이 실시예에서, 분석된 물질의 결정 매트릭스의 특성인 파장이 카메라에 의해 검출된다.
전술된 실시예와 동일한 방식으로, 이 예시적인 실시예에서 메쉬가 카메라(700)의 센서 상의 점들에 대응하도록 유리하게 선택될 수 있다는 점만 다른 상태에서, 물질의 프리셋 공간 구역 내 메쉬의 각 점에서, 여러 편광 배향 값에 대해 발광 신호를 검출하는 것에 의해 데이터 취득이 수행된다.
이런 방식으로, 카메라(700)에 의해 센싱된 이미지가 (메쉬의 각 점에서) 검출되고 레코드되는데, 5°정도의 증분에 따라 -90°로부터 +90°로 가면서 배향 각도 θ를 변경하는 것에 의해 편광자(400)의 다수의 배향 값 θ에 대해 발광 신호를 검출하는 것에 의해 이미지가 생성된다. 물론 편광자의 배향 각도 θ의 변동 간격은, 제안된 방법의 범위를 벗어남이 없이 분석된 물질의 특성 및 원하는 분석 정밀도에 따라 배향 각도 θ의 변동 증분과 같이 상이하게 선택될 수 있다.
전술된 발광 신호의 편광 분석 방법(선형 편광자의 배향 변동 또는 편광자 앞에 놓인 파장판의 배향의 변동)의 일례는 제안된 방법의 본 실시예에 적용가능한 것으로 이해된다.
그리하여 메쉬의 각 점에 대해, 여러 편광 배향 값에 대해 발광 신호의 검출은, 예를 들어, 원하는 해상도(예를 들어 5°)에 따라 선택된 증분을 통해 편광자의 각도 θ를 변경하는 것에 의해 수행된다. 이에 따라, 편광자 각도의 N개의 이산 값의 세트((θi)i=Nmin...Nmax )(여기서 θi+1 = θi + Δθ)에 대해 발광 신호에 대응하는 이미지 세트를 검출하고 레코드하는 것이 가능하다.
이 제2 실시예에 따른 제안된 방법의 구현예의 일 실시예에서, 발광 신호의 세기를 나타내는 데이터에 더하여, 발광 신호의 세기의 주파수 분배를 나타내는 데이터를 취득하기 위하여 하이퍼스펙트럼 이미저(hyperspectral imager)가 카메라(700) 앞에 놓인다.
취득된 데이터는 편광 배향 값 θi에 대해 물질을 분석하는 프리셋 구역에 걸쳐 분석된 물질이 방출하는 광발광 신호에 각각 대응하는 N개의 이미지 세트 (Imi)i=1...N 형태를 취한다.
카메라(700)는 검출된 이미지를 레코드하는 메모리를 구비하고, 데이터 저장을 위한 메모리(900)를 더 구비하는 데이터 처리 유닛(800)과 데이터 교환 인터페이스에 의해 연결된다.
발광 신호 데이터의 취득 위상 다음에는 예를 들어 편광 배향 θ의 함수로서 발광 신호의 세기 Ilum의 변동의 정현파 모델의 하나 이상의 파라미터의 취득된 데이터에 대한 측정을 포함하는 데이터 처리 유닛(800)에 의해 수행되는 데이터 처리 위상이 후속된다. 데이터 처리 유닛(800)에 의해 수행되는 데이터 처리는 제1 실시예에 따라 제안된 방법을 구현하는 상황에서 전술된 것에 대응한다.
전체 여기에 따른 광발광에 의한 이러한 분석 방법은 실행 속도, 구현의 간단성 및 분석의 정밀도 사이에 유리한 절충을 구성한다. 전체 여기는 국부 여기를 통해 달성된 것만큼 정밀한 해상도를 달성할 수는 없으나, 이 전체 여기는 속도 및 구현의 간단성을 제공하여 대량 생산 공정에서 이를 구현하는데 특히 적합하게 한다. 나아가, 전술된 방법과 같이, 전체 여기에 따른 광발광에 의한 이러한 분석 방법은 예를 들어 광전 제품의 필름 성장 위상에서 제조하는 동안 구현될 수 있어, 이에 의해 개선된 제조 단계에서, 특정 결함이 정정가능하거나 검출될 수 있어서 이에 따라 상당한 제조 비용을 회피할 수 있다.
도 4는 제3 실시예에 따른 제안된 방법의 구현예를 도시한다.
도 4는 분석될 다결정 반도체 물질을 포함하는 광전 셀(101)의 샘플 및 이 셀(101)의 전극(101a; 101b)에 전기적으로 연결된 출력(201a; 201b)을 갖는 전기 전류 생성기(201)를 도시한다. 생성기(201)로 전달되는 전기 신호는 광전 셀(101)이 전기 발광 신호를 방출하도록 적응된다.
전기 여기 신호는 셀(101)의 다결정 반도체 물질이 여기되어 여기된 물질의 전체 표면에 걸쳐 전기 발광 신호를 자발적으로 방출하도록 적응된다. 특히, 전원(201)은 분석될 셀(101)의 다결정 반도체 물질에 특정된 가전자 대역과 전도 대역 사이에 에너지 갭(E갭)을 초과하는 에너지의 전기 여기 신호를 생성하도록 적응된다.
광 신호에 의해 여기되는 상황에서는 전술된 제안된 방법(및 그 변형예)의 이후 단계가 전기 발광 신호를 생성하는 것을 제공하는 본 실시예에 적용가능하다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 카메라(701), 바람직하게는 디지털 카메라에 의해 물질이 방출하는 전기 발광 신호를 레코드하는 것이 가능하다. 나아가 전술된 바와 같이 카메라(701)가 여러 편광 배향에 대해 전기 발광 신호를 검출하도록 배향이 변경되는 편광자(401)를 카메라(701) 앞에 놓는 것이 가능하다. 전기 발광 신호는 예를 들어 CCD 유형인 것으로 선택될 수 있는 카메라(701)에 의해 검출된다. 다른 유형의 카메라, 예를 들어, InGaAs 기술을 사용하는 적외선 검출 카메라(IR) 또는 CMOS 검출기 카메라가 제안된 방법의 이 실시예를 구현하는데 사용될 수도 있다.
여기서 다시, 카메라(701)는 분석된 물질의 대역갭의 폭 이상의 폭의 주파수 대역에서 발광 신호를 검출하거나 이 검출을 수행하도록 구성되도록 선택된다. 이 실시예에서 분석된 물질의 결정 매트릭스의 특성인 파장이 카메라에 의해 검출된다.
전기 발광 신호의 검출, 전기 발광 신호 데이터의 취득 및 취득된 데이터의 처리는 광발광 신호에 대해 전술된 실시예들 중 하나의 실시예의 대응하는 단계에 따라 수행될 수 있다. 전기 발광에 의한 이러한 분석 방법은 특히 제조 품질 및 예상된 성능에의 순응을 측정하는 테스트 상황에서 일단 제조된 광전 셀을 분석하는데 특히 적합하다.
다결정 반도체 물질의 결정 구조의 분석을 수행하는 모드는, 적어도 부분적으로, 사용되는 플랫폼과 독립적으로 사실상 임의의 유형의 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 4에 도시된 데이터 처리 유닛(8, 800) 및 메모리(9, 900)에 대응하거나 또는 이들 요소에 동작가능하게 연결될 수 있는 컴퓨터 시스템(600)은, 하나 이상의 프로세서(602), 예를 들어, 중앙 유닛(CPU) 또는 다른 하드웨어 프로세서, 연관된 메모리(603)(예를 들어, 라이브 메모리(RAM), 캐시 메모리, 플래시 메모리 등), 저장 디바이스(604)(예를 들어, 하드 디스크, 광 디스크, 예를 들어, CD 또는 DVD, 플래시 메모리 키 등), 및 현재 컴퓨터(미도시)의 많은 다른 일반적인 요소 및 기능을 포함하는 데이터 처리 유닛(601)을 포함한다.
데이터 처리 유닛(601)은 시스템(600)의 유닛(601)과 입력/출력 수단 사이에 상이한 인터페이스를 제어하는 입력/출력 인터페이스 모듈(605)을 더 포함한다. 시스템(600)은 실제로는 입력 수단, 예를 들어, 키보드(606), 마우스(607) 또는 마이크(미도시)를 더 포함할 수 있다. 나아가, 컴퓨터(600)는 출력 수단, 예를 들어, 모니터(608)(예를 들어, 액정 디스플레이(LCD) 모니터, 플라즈마 디스플레이 모니터 또는 음극선관(CRT) 모니터)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(600)은 네트워크 연결 인터페이스(미도시)에 의해 네트워크(609)(예를 들어, 근거리 네트워크(LAN), 광역 네트워크(WAN), 예를 들어, 인터넷 또는 임의의 다른 유사한 유형의 네트워크)에 연결될 수 있다. 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 많은 상이한 종류의 컴퓨터 시스템(예를 들어, 컴퓨터에 의해 판독가능한 명령을 실행할 수 있는 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 또는 임의의 다른 컴퓨터 시스템)이 있을 수 있고, 전술된 입력과 출력 수단은 현재 알려져 있거나 이후 개발된 다른 형태를 취할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
일반적으로, 컴퓨터 시스템(600)은 제안된 분석 방법의 하나 이상의 실시예를 실시하는데 필요한 입력 및/또는 출력을 처리하는 적어도 최소 수단을 포함한다. 예를 들어, 프로세서(602)는 제안된 분석 방법의 여러 실시예에 따라 발광 신호의 변조의 하나 이상의 특성 데이터를 추정하고 특성 데이터의 표현식을 생성하도록 구성된 분석기를 구현하는 코드 부분을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 실행하도록 구성될 수 있다. 선택된 저장 디바이스(604)는 바람직하게는 메쉬의 각 점에 대해 검출된 신호에 대응하는 데이터를 저장할 수 있다.
표현식을 추정하고 생성하도록 구성된 분석기는 소프트웨어 패키지 형태로 설명되었으나, 이 분석기는 하드웨어 형태 또는 하드웨어와 소프트웨어 명령의 조합의 형태로 구현될 수 있다.
컴퓨터 시스템(600)은 더 유리하게는 컴퓨터 시스템(600)에 의해 제공된 분석 방법에 따라 이들 데이터를 처리하기 위하여 취득된 데이터를 메모리에 저장하기 위하여 발광 신호 검출기에 동작가능하게 연결된다. 일 변형예로서, 발광 신호를 검출하는데 사용된 검출기와 컴퓨터 시스템(600) 사이에 직접 연결을 반드시 의미하는 것은 아닌 임의의 알려진 수단에 의해 처리될 데이터를 메모리(604)에 저장하는 수단이 더 제공될 수 있다.
나아가, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 전술된 컴퓨터 시스템(600)의 하나 이상의 요소가 원격 위치에서 발견될 수 있고 네트워크에 있는 다른 요소에 연결될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 나아가, 하나 이상의 실시예는 다수의 노드를 포함하는 분배된 시스템에서 구현될 수 있고, 여기서 구현의 각 부분(예를 들어, 2-영역 분석 도구의 여러 성분)은 분배된 시스템 내 상이한 노드에 위치될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 노드는 컴퓨터 시스템에 대응한다. 일 변형예로서, 이 노드는 연관된 물리적 메모리를 갖는 프로세서에 대응할 수 있다. 이 노드는 파티션된 메모리 및/또는 파티션된 자원을 갖는 프로세서에 더 대응할 수 있다. 나아가, 하나 이상의 실시예를 수행하는 소프트웨어 명령은 콤팩트 디스크(CD), 플로피 디스크, 테이프 또는 임의의 다른 컴퓨터-판독가능한 저장 디바이스와 같은 컴퓨터-판독가능한 매체에 저장될 수 있다.
선택된 실시예에 따라, 본 문서에 설명된 각 방법의 특정 동작, 액션, 이벤트 또는 기능은 설명된 것과 상이한 순서로 수행되거나 일어날 수 있고, 또는 추가되거나 조합될 수 있고 또는 상황에 따라 수행되지 않거나 일어나지 않을 수 있다. 나아가, 특정 실시예에서, 특정 동작, 액션 또는 이벤트는 동시에 및 비 순차적으로 수행되거나 일어날 수 있다.
다결정 반도체 물질의 결정 구조의 분석은 제한된 개수의 실시예에 대해 설명되었으나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 다른 실시예들이 본 문서에서 설명된 다결정 반도체 물질의 결정 구조의 분석 정의를 벗어남이 없이 고려될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 다결정 반도체 물질의 결정 구조의 분석 정의는 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims (15)

  1. 다결정 반도체 물질의 결정 구조를 분석하는 방법으로서,
    - 물질이 발광 신호(luminescent signal)를 방출하도록 상기 물질을 여기시키는 단계;
    - 상기 물질의 프리셋 공간 구역(preset spatial region) 내 메쉬(mesh)의 각 점에서, 상기 물질의 대역갭(bandgap)의 폭 이상의 폭의 주파수 대역에서 가변 편광 각도에서 상기 발광 신호를 검출하는 단계;
    - 상기 물질의 상기 프리셋 공간 구역 내 상기 메쉬의 각 점에서, 상기 메쉬의 상기 점에 대해 검출된 신호로부터, 상기 편광 각도의 함수로 사인파(sine wave)의 합성으로 모델링된 상기 발광 신호의 변조의 데이터 특성을 추정하는 단계; 및
    - 상기 프리셋 공간 구역 내 상기 메쉬의 모든 점에 걸쳐 상기 특성 데이터의 표현식(representation)을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변조된 발광 신호의 모델은
    Figure pct00020
    형태이고, 여기서 Ilum는 상기 발광 신호의 세기를 나타내고, Ak는 상기 발광 신호의 진폭 파라미터이고, θ는 상기 발광 신호의 편광의 분석 각도를 나타내고,
    Figure pct00021
    는 위상 기준에 대해 상기 발광 신호의 위상 이동의 파라미터이고, A0 파라미터는 상기 발광 신호의 세기의 최소값을 나타내고, nk는 엄격히 양의 정수이고, k는 1 내지 K에 이르는 자연수의 합산 지수(summation index)이고, 추정된 특성 데이터는 상기 진폭, 위상 이동, 주파수 및/또는 최소값 파라미터에 대응하거나 또는 이들의 조합 중 하나에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발광 신호는 카메라에 의해 검출되고, 상기 물질 상의 상기 프리셋 공간 구역 메쉬는 상기 카메라의 센서 상의 점들과 선택에 의해 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물질을 여기시키는 단계는 상기 물질이 광발광 신호를 방출하도록 광원으로 상기 물질을 광으로 여기시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물질을 여기시키는 단계는 상기 물질이 전기 발광 신호를 방출하도록 상기 물질 상에 놓인 다수의 전극에 걸쳐 전원으로 상기 물질을 전기적으로 여기시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물질을 여기시키는 단계는 상기 물질이 열 발광 신호를 방출하도록 열원으로 상기 물질을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 다결정 반도체 물질의 결정 구조를 분석하는 시스템으로서,
    - 물질이 발광 신호를 방출하도록 상기 물질을 여기시키도록 배열된 상기 물질을 여기시키는 수단;
    - 상기 물질의 프리셋 공간 구역 내 메쉬의 각 점에서, 상기 물질의 대역갭의 폭 이상의 폭의 주파수 대역에서 가변 편광 각도에서 상기 발광 신호를 검출하는 수단; 및
    - 데이터 처리 유닛을 포함하고, 상기 데이터 처리 유닛은,
    - 메모리 수단 및 입력/출력 인터페이스 모듈에 동작가능하게 연결된 컴퓨터 프로세서로서, 상기 메모리 수단은 상기 메쉬의 각 점에 대해 검출된 신호에 대응하는 데이터를 저장하도록 구성된, 상기 컴퓨터 프로세서; 및
    - 상기 컴퓨터 프로세서에 의해 실행되는 분석기를 포함하고, 상기 분석기는,
    상기 물질의 상기 프리셋 공간 구역 내 상기 메쉬의 각 점에서, 상기 메쉬의 상기 점에 대해 검출된 신호로부터, 상기 편광 각도의 함수로 사인파의 합성으로 모델링된 상기 발광 신호의 변조의 데이터 특성을 추정하는 동작; 및
    상기 프리셋 공간 구역 내 상기 메쉬의 모든 점에 걸쳐 상기 특성 데이터의 표현식을 생성하는 동작을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 분석 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분석기는
    Figure pct00022
    형태의 변조된 발광 신호의 모델의 함수로 특성 데이터를 추정하도록 더 구성되고, 여기서 Ilum는 상기 발광 신호의 세기를 나타내고, Ak는 상기 발광 신호의 진폭 파라미터이고, θ는 상기 발광 신호의 편광의 분석 각도를 나타내고,
    Figure pct00023
    는 위상 기준에 대해 상기 발광 신호의 위상 이동의 파라미터이고, A0 파라미터는 상기 발광 신호의 세기의 최소값을 나타내고, nk는 엄격히 양의 정수이고, k는 1 내지 K에 이르는 정수 합산 지수이고, 상기 추정된 특성 데이터는 상기 진폭, 위상 이동, 주파수 및/또는 최소값 파라미터에 대응하거나 또는 이들의 조합 중 하나에 대응하는 것을 특징으로 하는 분석 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 검출 수단은 카메라를 포함하고, 상기 물질 상의 상기 프리셋 공간 구역 메쉬는 상기 카메라의 상기 센서 상의 점들과 선택에 의해 대응하는 것을 특징으로 하는 분석 시스템.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물질을 여기시키는 수단은 상기 물질이 광발광 신호를 방출하도록 광 여기 신호를 방출하도록 배열된 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 시스템.
  11. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물질을 여기시키는 수단은 상기 물질이 전기 발광 신호를 방출하도록 상기 물질에 놓인 다수의 전극에 걸쳐 전기 신호를 방출하도록 배열된 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 시스템.
  12. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물질을 여기시키는 수단은 상기 물질이 열 발광 신호를 방출하도록 상기 물질을 가열하도록 배열된 열원을 포함하는 것을 특징으로 하는 분석 시스템.
  13. 프로세서와 연관된 메모리로 로딩가능한 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 프로세서에 의해 상기 프로그램을 실행할 때 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법 단계 중 적어도 특정 단계를 구현하는 코드 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
  14. 제13항에 따른 컴퓨터 프로그램을 예를 들어 압축 또는 인코딩을 통해 나타내는 데이터 세트.
  15. 하나 이상의 프로그램을 나타내는 데이터 세트를 포함하는, 컴퓨터에 의해 실행가능한 프로그램을 저장하는 비-일시적인 매체로서, 상기 하나 이상의 프로그램은 다결정 반도체 물질의 결정 구조를 분석하는 명령을 포함하고, 상기 명령은, 메모리 수단 및 입력/출력 인터페이스 모듈에 동작가능하게 연결된 처리 유닛을 포함하는 컴퓨터에 의해 상기 하나 이상의 프로그램을 실행할 때, 상기 컴퓨터로 하여금 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법에 따른 추정을 수행하고 표현식을 생성할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 비-일시적인 매체.
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