TW303423B - - Google Patents

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^03423 A7 B7 if满部中央找擎局爲工;i,i费合作和印來 五、 發明説明（1 ) 1 1 本 發 明 係 有 Μ __. 種 光 激 發 半導體材料»應分析之方法及 1 1 I 配 置 其 中 Μ 一 笛 射 光 束 在 物«上雠存一霣子能量，及測 1 1 I 最 Μ 從 試 樣 發 光 為 型 式 之 該 儲存能最之鬆弛。 請 先 1 | 閱 I 測 最 技 術 的 攔 即 分 析 具高解析度固體，尤其是半導 背 1 I 1¾ | 體 中 的β合通路 目 前 無 論是Μ接觸或不接觸法都無法 之 注 1 I 辦 到 〇 意 事 項 1 1 電 或 光 電 方 法 其 各 Μ 鎖 定探測（頻囈時）或轉換盒整合 再 填 % 本 頁 裝 1 (時疇時）做 ___· 簡 單 的 調 剌 都有必須接觸的缺點。不接觸 方 法 中 發 光 的 測 Μ 是 羞- 古 老 的放胜表示法（例如 1 1 見 W . D · J 〇 h η S t on 的 A p pl • Ph y s Lett. 3 3 (JJLZ-8 )X9,9-2 ) 〇 — 1 I 調 制 激 發 確 保 了 必 須 的 測 鼉 敏感性，且藉讕制頻率的選揮 1 訂 可 達 高 解 析 度 如 J . Ha re k在 Appl. Phys Lett. 49(1986) 1 1 1732 中 的 —. 篇 文 章 所 述 〇 被 解析之發光通常是輻被調制雷 1 1 射 光 束 由 載谏子波的atm 1而產生。故亮度評估的錯 1 1 誤 性 極 高 因 此 通 常 C7 能 操 作一波繒。此外，由於簡單地 I 線 I 分 離 同 光 成 分 使 得 調 制 限 於 低頻率。 此 外 迄 今 之 不 接 觸 技 術 尚已知具jus之不同光 1 1 熱 波 譜 方 法 代 表 性 的 例 如 US-PS 4,579,463' DE4035266 1 1 及 DE4223337 、瑄些方法的問題是热波的優勢*故測得的 1 1 參 數 中 熱 材 料 特 性 的 膨 響 居 主要，且載流子壽命<l«s時 1 I 載 流 子 波 的 影 W 約 為 0 ，如此而大為緣低其在電特性方面 1 I 的 可 依 據 性 〇 1 1 本 發 明 的 g 檷 因 此 在 提 供 一種光激發半導體材料響應分 1 1 析 的 新 方 法 其 容許在廑農發^^及JL載#子、壽命下精確 1 1 本紙張尺度適用巾阈國家標苹（CNS ) ΛΊΙ見格ί 2丨〇X 297公犛） 經 濟 郎 中 央 橾 準 局 η 工 消 费 合 η 杜 印 製 Λ7 Β7 五、 發明説明（2 ) 1 1 探 測 載 流 子 波 0 1 1 本 發 明 之 另 目 禰 為 賴 半 導 體 的 光 激 發 探 測 載 流 子 復 合 1 1 的 放 射 及 不 放 射 通 路 並 各 別 加 Μ 評 估 〇 产—、 請 先 1 1 本 發 明 0 檷 播 一 光 學 激 發 半 導 髑 響 應 分 析 方 法 而 得 Μ 達 閱 背 1 成 其 藉 一 笛 射 光 束 而 在 物 體 上 脯 存 一 霣 子 能 量 並 測 最 而 之 注 1 1 Κ 從 物 艚 發 光 為 型 式 之 該 脯 存 能 ft 之卫勉 〇 本 方 法 之 特 激 意 事 項 1 1 在 於 激 發 之 雷 射 光 束 亮 度 被 調 制 該頻譜具馮分立 之綢刺 S- 4 I 率 * 由 物 體 發 出 之 光 被 Μ · 混 合 頻 率 調 制 頻 率 之 頻 率 % •本 頁 裝 1 相 加 或 頻 差 測 量 且 發 光 被 作 為 調 制 頻 率 蓮 算 工 具 之 函 •—， 1 1 數 而 分 析 〇 1 I 激 發 霤 射 光 束 有 利 地 由 兩 分 光 束 構 成 每 一 分 光 束 各 被 1 1 —. 調 制 頻 率 調 制 亮 度 0 訂 1 為 由 (解析之發光測最之）發 光 映 象 變 成 測 Μ 值 由 m 量 1 1 值 再 Μ 計 算 公 式 直 接 求 出 半 導 艚 的 參 數 m 使 激 發 霤 射 光 1 1 束 的 調 制 頻 率 在 寬 的 界 限 中 變 化 (掃頻） 但 調 制 頻 率 頻 線 差 維 持 恆 定 〇 1 | 兩 分 光 有 利 地 彼 此 垂 直 m 振 〇 此 外 兩 分 光 被 聚 焦 在 物 1 體 上 空 間 分 離 且 緊 鄰 之 到 達 點 對 載 流 子 壽 命 的 测 最 亦 為 1 1 有 利 〇 因 此 使 分 光 最 大 兩 倍 於 被 激 發 之 載流子 1 I 之 距 離 聚 焦 在 物 體 上 〇 1 I 在 激 發 笛 射 光 束 上 產 生 兩 分 立 調 制 頻 率 的 另 一 有 利 方 法 1 1 | 為 利 用 缠 當 的 振 幅 調 制 其 中 雷 射 光 被 一 戰 流 子 頻 率 1 1 f 1 =( Ω I + Ω 2) /2 及 基 本 時 鐘 脈 衝 頻 率 f Z =Ω 1 -Ω 2 調 制 9 1 1 基 本 時 鐘 脈 衡 頻 率 之 —^. 組 成 部 分 被 記 錄 該 基 本 時 鐘 脈 衡 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4%格（210/ 297公雜） -5 _ 經濟部中央榡準局貝工消費合作杜印聚 A7 _ B7 五、發明説明（3 ) 頻率與由載流子頻率及邊帶（hifd構成的混合頻率相位 相同，且藉將此組成部分作為干擾量轉回調制程序而銷毀 此組成都分。此激發笛射光束的雙調制亦在恆定的頻差下 而使兩調制頻率在寬廣的界限中變化（掃頻），以求取物體 的電參數。 記錄發光基本上有3種設計（與激發的方式無闞）為有意 義。一般有利的股計，尤其是對》度大的半導體物體*為 記錄物體激發俩的發光。此外為由背向激發的物體背面記 錄發光，尤其是激發雷射光束具自動良好遮蔽性時。絕對 有利的設計為由物赌激發側梢向上的任一俩面測*發光’ 如由一半導醴薄片的圓周面。 為達到擴展之目檷最好在澜最發光之外並記錄與物體相 互作用後笛射光束之光热響應，並分析與進行相闞性研究 ，而可將物體之不放射響應分離出光熱及發光響應。 響應的探測Μ —般方法進行，如DE4035266及DE4223337中 所述。 組合且同時筘錄發光及光熱響應時，空間分離测量信號 的接收為有利，其中在物體的不同厠記錄兩澜量值’由於 物體的笛射通明性常根低，故在物體的澹發側記錄光熱響 應，在物體的另一側記錄發光（如背面或側面）° 本發明之目禰使用一種光激發半導艚響應分析之Κ製’ 其中一雷射光束聚焦於一物體上而在物體上儲存一霣子能 量，且設有一發光探莫器Μ測量從物賵發出之光’藉下述 方法而得Κ達成：莆射光束亮度被調制且在其調制波错丘具 本紙悵尺度適用中國國家標苹（CNS ) Λ‘丨現格（210'〆297公釐） 6 ¢------1T------.^ (請先閱讀背而之注意事硕再填β本頁) Λ7 B7 經濟部中央標苹局負工消资合作社印製 五、 發明説明（4 ) 1 1 兩 分 立 調 制 頻 宰 發 光 探 測 器 連 接 m 頻 裝 置 f 而 只可裤 1 1 测 混 合 頻 率 部 分 調 制 頻 率 之 頻 率 相 加 或 頻 差 其 係 由 物 1 1 體 中 之 頻 率 轉 換 而 造 成 旦 發 光 探 測 器 後 接 一 信 號 處 理 裝 請 先 1 1 置 其 將 m 頻 記 錄 而 得 的 探 測 信 號 作 為 調 制 頻 率 蓮 算 工 具 閱 讀 背 1 之 函 數 而 分 析 〇 而 之 1 注 1 為 產 生 一 雙tin制之笛 射 光 束 W 使 用 一 個 具 有 一 調 制 器 單 意 畢 1 項 1 元 的 雷 射 源 為 有 利 該 調 _ 器 單 元 Μ 兩 調 制 頻 率 調 制 笛 射 再 4 % i 1 源 〇 另 __· 種 產 生 雙 調 制 之 霤 射 光 束 的 設 計 為 使 笛 射 光 束 本 頁 由 兩 分 光 束 構 成 每 一 分 光 束 被 一 調 制 頻 率 調 制 且 調 制 被 1 1 —* 調 制 器 單 元 控 制 〇 1 1 兩 分 光 束 一 方 面 可 有 利 地 由 雷 射 源 播 分 光 板 而 產 生 ， 1 1 訂 其 中 每 — 分 光 束 各 設 調 制 器 而 各 Μ ____. 調 制 頻 率 調 制 t 1 且 調 制 器 後 接 光 學 X 具 結 合 分 光 束 〇 分 光 束 設 有 m 振 之 1 1 光 學 工 具 故 兩 分 光 束 具 互 相 垂 直 之 偏 振 〇 1 1 另 一 方 面 對 分 光 束 之 產 生 亦 為 有 利 的 是 設 兩 分 離 之 雷 綉 射 源 其 中 每 —- 雷 射 源 被 一 調 制 頻 宰 控 制 〇 最 好 使 用 兩 雷 I 射 二 極 管 其餳枨光構 成 彼 此 垂 直 偏 振 的 分 光 束 〇 在 鳋 簡 1 1 單 之 情 形 下 使 如 此 產 生 之 分 光 束 平 行 投 射 向 一 共 同 的 透 鏡 1 1 並 聚 焦 在 物 體 表 面 上 ——. 點 其 中 分 光 束 被 符 合 會 集 〇 1 1 在 __. 特 殊 之 配 置 中 證 明 有 利 的 是 使 分 光 束 不 平 行 投 射 1 I 向 一 共 同 的 透 鏑 而 在 物 體 上 產 生 空 間 分 雕 之 緊 鄹 分 光 束 1 激 發 中 心 而 可 指 出SL瀨發上子 之-敗射畏肩及H姓 1 1 〇 準 備 雙 調 制 雷 射 光 束 時 若 調 制 器 單 元 設 一 控 制 裝 置 * 1 1 其 將 調 制 頻 宰 的 變 化 限 制 在 — 寬 廣 的 界 限 中 (掃頻） 但 調 1 1 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Λ4%樁（2IOX 297公雒） -7 - A7 B7 五、發明説明（5 ) 制頻率頻差保持恆定，則對物體®材料參數的計算為有利 。由發光亮度測悬的頻率闢係可得到半導體放射赌弛程序 之特性。 本發明配置之另-設計為|除了發光探測器外並設置一 雷射探測器，K記錄與物體交互作用後的笛射光束。本依 據DE4035266及DE4223 3 37之熱波響應探測原則而補充之配 置使被激發之載流子之發光信號被從（笛射探测器提供的） 全部信虢中分離出。此分離之基礎為使彼此相闞並在一寬 廣光學物體激發調制頻率範圃中脷量光應及猛 。結果指出半導髑中放射及不放射通路所佔的比例。 避免發光探測器中的發光信虢被激發之雷射光束誤導有 兩種方法，其特別《合於反射之發光澜量或傳_之測最。 雷射光一方面被一二向色鑲，另一方面被一吸收過濾縯分 離。兩者亦可組合使用，或者若物體足Μ遮蔽笛射放射， 則亦可不使用。 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 本發明基本構想之基礎為 > 將發光作為半導體載流子的 放射鬆弛櫬體。其在意義上亦_用在一材料中所有其他可 能之放射鬆弛程序。 發之^洒霣已知有不同之過期及非通期光物體澹發之方 法，例如EP0545523。具多個，在最簡單情形下為具兩個 頻率01及122，之激發擁有測Μ技術上之優點，即利用激 發及擗弛程序固有非線性特性由激發頻率範園將頻率轉換 成一测量技術有利之澜量頻率。發光亮度與激發亮度二次 關係之最簡單情形下，離開测量物體的發光放射中除了原 8 (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標率·（ CNS )八4坭格（2Ι〇Χ2()7公夔） 經濟部t央標準局R工消費合作社印聚 Λ7 B7 五、發明説明（6 ) 頻宰Ω 尚有頻宰相加及頻差Ω Ω2，故可以簡 簞方法在恆定之頻差Ω , - Ω 2下，利用所佔部分的探澜而 進行：l【m頻塞範麗的鬆弛分析，且可到達在測量技術 上Μ習知方法極難並會損失精確度之高及最高頻率。由被 澜量之發光亮度頻率Μ係可得到放射鬆她程序之特性*即 尤其是其時間狀態。 本發明基本思想的第一個掮展使得可Κ指出被激發之載 流子之敗射畏度及活動性：激發組合甬分光束*其中毎一 分光束被兩頻率Ω1及ΩZ中之一頻宰做亮度網制，且分光 束被光學工具引導而到達物顦上空間分離之位置。激發中 心產生之載流子濃度根據到達之分光束而被頻率Ω t或頻 率Ω 2調制。以頻差9 ,-Ω 2而調制之發光在此情形下只產 生於Κ頻率Ω，或^^ 2調制之載流子濃度重叠的空間範圃中 。若激發處彼此的距離至大達被激發載流子的敗射畏度的 兩倍時，可達到夠 強之屋蠱*因此激發笛射光束兩到達 點距離的變化可簡單地得出此空間範圃之尺度，其中在頻 差2 Ω2下發光亮度關係被Κ分光束之距離及其平均調 制頻率（Ω , + Ω 2) / 2分析。 本發明基本思想的第二攘展為組合放射栳弛（發光）之分 析與光熱響應信號之分析。 光熱澜最，尤其是對半導體，的一般問題為，被激發之 載流子會願著地影響物體的整體響應。藉分開拥最載流子 復合產生的放射可將被激發載流子放射鬆弛之信號從全部 信號中分離出。此分離之基礎為使彼此相顢並在一寬廣光 本紙張尺度遗用中國國家榡準（CNS )八4吡袼（2丨ΟΧ 297公釐） -9 - II I —II I n 訂M (請先閱讀背面之注意^項再填寫本頁) 經濟郎中央標準局員工消费合作杜印製 A7 137 五、發明説明（7 ) 激發調制頻率範園中测量光熱響應及物體的發光信虢。在 此量程序中光熱響應分析同搛K頻率轉換為基礎（光熱 外差法），如Meas. Sci. Technol. 1(1991)1088-1093所 述0 激發光束離開物體的部分含頻率轉換部分，其受不放射 及放射鬆弛程序的相互作用影響，物體發光中之頻率轉換 則只受放射程序影響。故可賴兩響應型式之相關測逢而分 離出放射程序的響應部分·並得到不放射部分。 應用本發明方法的基本設計可由1頻-泰潑及短jUT流子 ( < 1 « S >下的急屬#驰程序，W簡單方法局部及在信 號、雜訊狀態方面從Band-Band過渡範圃達到高解析度之 發光澜量。此測量即使在高測量物體溫度（半導體襯底）下 亦為可能。本發明方法的擴充設計及相醑之特殊配置使可 做載流子波之頻率分析、指出被激發載流子之散射長度及 活動性K及分離物髏放射及不放射礬應信號，Μ指出半導 體中之發光及不放射通路和不同的爾材料參數。 Μ下將根據附圈進一步說明本發明。 _丨所示為本發明基本結構之一設訐，其中在背向激發 的物體背面探測發光。 圖2所示為本發明基本結構之一設計，其中在物體的激 發俩探測發光》 _ 3所示為本發明具頻宰變換之組合發光及光熱波譜之 配置，其中激發之笛射光束由兩互相垂直之«I振分光束構 成0 本紙張尺度適用中阀阀家標笮（CNS ) Μ丨見格（2Ι()Χ2()7公难） _ 1 〇 _ (請先閱讀背而之注$項再填寫本頁) 裝· -* A7 B7 五、發明説明（8 ) 圖4所示為本發明具頻率變換之組合發光及光热波譜之 另一配置，其中在物體澹發側探測發光。 圈5所示為本發明組合之發光及光熱波譫之配置，其中 激發利用一雷射光束以時鐮脈衡調_進行。 圃6所示為圈5之實_例亮度調制之時間曲線。 圓7所示為本發明兩分光束之配置，其在空間上分離的 兩個激發中心激發物體。 圈8所示為本發明兩激發分光束之另一配置，其在空間 上彼此分離。 圖9所示為本發明横向探测發光之配置。 圈〗0所示為發光波形函數F&與平均調制頻率Ω及濃剰 載流子平均壽命r之乘積的關係。 _11所示為具改變之檷準化參數的圚10發光波形函數。 本發明方法在其基本設計中包括了 ： .利用具爾親率Ω ,及£2 2的赢度JftJil蜃射 將能量_入物體。 經濟部中央標率局員工消费合作社印製 (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • K翅*崖〜相Λ ( Ω , + Ω 2 )或姐i (Ω ,-Ω 2)探測由物體4 發出之^^~光〇 • K JiL錄之、發光作氣調制規率理算工具之涵數而分析本 方法以圖1之K置而得Μ埵成。 雷射光束由霤射源〗產生，該雷射源鶊一調制器單元2而 使其亮度被兩調制頻率Ω ,ΜΩζ調制。調制頻率Ω 1及02 可是頻率範圃100Κ丨^至2><丨丨2中之任何頻率且通常極為相近

本紙張尺度適用中阀國家橾?t. ( rNS ) Λ4現格（210Χ297公筇） I~~~~I Λ7 B7 五、發明説明（9 ) (如（Ω ,-Ω 2)»l〇KH2)，此由Ω 1及Ω ζ輪入調制器簞元2的 輪入筋頭明顯示出。雷射光束被一透鏑3聚焦，然後投射 到物體4上。由物髑4背面發出之光Jg 一 5記錄 。由於發光非準直射出，故探測器臛嫌量記錄較大立體角 Μ減少信號損失。因此探測器應儘鼉接近物驩4背面。測 量信號由發光探測器5到達一植1放大I6，其被調至頻差 (Ω ,-Ω 2)旦由調制器單元2獲參考信號。其他信號由信號 處理器7處理，其接收鋇定放大器6的_出信號，並將此信 號依Ω ,及公ζ而記錄且進行評估。 在圖2之配置中雷射光束由霤射二極管1產生，該雪射二 極管藉一調制器單元2而使其亮度被兩昶*彳頻宰Ω i及Ω ζ調 制。 雷射光束經-Ί崩色箱8及透鏡3而到捶物體4。二向色 鏑8對雷射光之波畏是透明的且對發光具一較离之反射係 數。從物體4正面發出的光被透鏞3對準，反射於二向色鏑 8，再被透鏡10投射到發光探测器5上。若二向色鏡8對分 離雷射光不夠有效，則在射程中增設一片1_收1SJT箱9。 Μ漪部中央標準局Η工消费合作杜印51 (請先閱讀背面之注意事項"填寫本頁) 測最信號由發光探測器5到達鑌定放大器6。其他信號之處 理如圖1之說明。 本發明之一擴充設計使用一掃頻，其實拖無問題且探测 不需改變。諷制親率Ω 1及Ώ 2、在一寘大的頻率簕圓間變化 ，β-輿爆差ί 需保持恆定。如此而大為提昇轷估 測量值之可能性|稍後將根據理論而加Μ說明。 本發明之另一設計為組合發光記錄與笛射光束和物體4 本紙悵尺度適用中國罔家標隼（CNS ) Λ4現格（210X297公f ) I~~ι 〇 _ A7 A7 其 超濟部中央標準局貞工消費合作杜印製

I· [d'f - {iv p* t n*p} -J .Λ .. 1 - 1 J HR L 五、發明说明（1 0 ) 交互作用後雷射光束为iJlJBL之接收。兩反應遢程被同時 接收，故其各歸靥物艚4之同一部位。評估方式說明如下。 本發明頻差或基木時鏞赈衡頻率之發光響應深拥可«使 激發頻率K較大間隔，尤其是超越載流子壽命r倒數之間 隔，變化而進行戧流子波的m析。信號s代表一接收 之發光功率，可由空間整合探澜器記嬅之所有發光而得（ 記錄最好使放射進入一半球）： S = LEgP jd^rfncosln,! + v|/Jpcos(.a：t + \|/p) + n cos(n；t 4 M/n)pcos(n, + \|/p)} (1)

HK 各霣子波n (卩；t)及克^穴波p (? ; U在振幅n及P (頻帶上« tH楚 刺載流子濃度）和相位Ψη及ψρ受位置F左右。信號功率根 據⑴由發US性、褒減係齡丨，、、發_光18之平_均能量及發光通 路中的·!!_合速率J σ L· 1而得。復合速率得自1J1復合 之资獲從面及頻幣上It流子之热速度ν *並具一量婀 公式⑴三角函數之一些略微變化可如下表示信號 只由 JI Ω Ι2 = Ω ,-Ω 2 得出： S ^LF.gncos(aut]· Jd'r(npcos(M/n - ψρ)} LE B cos[n„t) · I d f 11 n - p' + n p ^ (2) 載流子波（n、P>及相位（Ψη、Ψρ)值的表示M禊數量S ce#取代。（複數共軛標示Λ *)。 可看出響應波之&祖_位訊息為不可分雕且對過剰載流子 (▼ η為事Ρ )完全消失。但爾材料參數之開方使SPL奥射D， 本紙張尺度適用中阐國家標卒（CNS ) Λ4!1格（2IOX 297公犛） 13 - I I I I I I —裝 n I 訂 錄 (請先閱讀背面之注意事項再填湾本頁) ^<^3423 A7 B7 五、發明説明（U ) 表嚴I合速垄S及過剩I流子癱可由ίϊί得出。在載流 子波（球面波）理想化之情形下可籣覃地計算出積分°設-在霤射光點半徑W所決定吸收範_中被餘存及緬制之笛射 功率ρ，可如下得出信號： S = L. P:w P.ee l {tmDf ws I ------1 p D 2lr + P*l 其如所示Μ笛射光點半徑w作為絕對澜量之長度禰準。 可看出，公式（3)中定義的盪ρ如習知代表載流子波的複數 Λ 波》，因此不應與過剰孔六的濃度混淆。 頻差發光產物之轉換效率k則由下述具量婀]之 結果量表示： (請先閱靖背而之注$項再填"本頁) (3)

Dr K, P:w 〜（ΛωΓ))2

L F. (4) + - 經濟部中央榡隼局Μ工消費合作社印製

1 A 無置爝發Jb波形J數FcL(Ω)係由平均之綢制頻率β=( Ω t + Ω 2) /2M掃頻而求得。依據 (5) 過刺載流子壽命r由光（r 6 )及JS U ( r s )通路組成 。波形函數之不同闞係說明於圈10及11。圈10藉由平均調 制頻率Ω及過剰載流子平均壽命之乘積顧示出發光波形函 數。曲線參數是在表面復合速率S = 0下Μ雷射光點半徑w欄 準化之載流子敗射畏度le =彳（2Dr )。 圃11賴由平均調制頻率Ω及» _載流子平均_命1：之乘 積顧示出發光波形函數Fa。 、紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) Λ‘1現格（2IOX297公釐) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 A7 B7 五、發明説明（12 ) 曲線參數是在一定敗射畏度lc下Μ雷射光點半徑w及散 射度D檷準化之表面愎合速率S。在儀器技術上發光及光热 響應之組合評估有許多不同的變化。 在圏3的配置中激發之雷射光束由闱互相垂直鴒振之分 光組成，其悌由一雷射二極管21及另一雷射二極管22所產 生。雷射二極管21被調制器單元2 Μ頻率Ω t調制其亮度， 笛射二極管22ΚΩ2調制。兩分光束經一供振濾波器19而 會集，經《 —分光板12被一透鏑3聚焦於物體4上。在本Κ 置中除了由物艚4發出之光外並在雷射光束與物醱4交互作 用後探脷雪射光束。由物艚4投射出之雷射光經由透鏑3而 對準，在分光板12上反射後到達一遍當之雷射探測器13。 雷射探澜器13前設有一簸1瀘J 26*其使得由物«4射回 之兩激發光分束只有一分光束被雷射探測器13記錄。雷射 光被锔振光學過濾的成分含經由賴宰轉換之光熱響應的完全 訊息。對偏振濾鏑26做另一選擇（如選擇一傾振濾城器）可 因其他目的（如參考探測、自動對焦探測等）而利用等二笛 射光成分，而不會使探測器13上的響應信號被誤導。 由物體4背面發出的光（尤其在位置不夠時避免將發光探 測器5直接放置在物艚表面）最好被一光導11會集而導故發 光探测器5。在本實豳例中it用一光導11，因發光探测器5 (視其結構型式而定）無法蟪是被放置在物钃4背面狗逭的 地方。光導11可是一每一側皆磨光之破璃棒或一具有足夠 _入射面之玻璃纖維束。亦可用一具有足夠進入孔徑的準 直透鏡取代光導11，K接收強烈分敝的發光，若物體4對 木紙張尺度適用中國阈家橾苹（CNS ) ,\4丨尤格（210X297公犛) 一一1 (- _ I ‘裝— n 訂 財 (婧先閱讀背而之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作杜印" 本紙張尺度適用中國國家樣隼（CNS ) Λ4現格（2IOX297公f〉 A7 B7 五、發明説明（13) 激發之雷射光束的波畏具一顧著或干播之«明性時，則在 射程中增設一吸收濾縯9·其可使發光通«及吸收雷射放 射。測量信號由發光探测器5及雷射探澜器13被傳送至巳 述之鎖定放大器6及另一賴定放大器14，其Μ振幅及相位 分析由雷射探測器13送來的信號。腹1定放大器6及1 4皆 濟謂至缜差4 Ω )，並由調制器犟元2獲參考信號。其 輪出信號被傳送至信號處理器7，其對巳述之澹發頻率測 量信號做記錄及評估，並對由鎖定放大器6及14所_出測 最信虢進行相闞性分析。利用上逑«合之理論公式算法， 划. 處理器可對物體上放射及不放射鬆弛機班提供分開的訊息 。此種鹽富的信號分析信號處理器可是一微計算機系統。 在圖4的配置中笛射光束由笛射二極管1產生，其被調制 器單元2M兩調制頻率Ω ,及122調制其亮度。笛射光束通 過一公及二I色J 8，並被透鏑3投射至物體4。由 物體4再度射出之霤射光被透_3接收並平行校準，通《二 向色鏑8，反射於分光板12上後到達一遴當的笛射探測器 13。由物體4正面發出之光被透鏡3平行校準，反射於二向 色鏡8，再經透縯10到達發光探澜器5。若二向色鏑8對分 離雷射光不夠有效，則在射程中增設一吸收濾鏡9。測量 信號由發光探測器5被傅送至鎖定放大器6，由笛射探测器 13被傅送至鎖定放大器14。其他信號之處理钟«3之說明。 在圔5的K置中激發之莆射光束由笛射二禳管1產生，其 亮度被一調制器單元15調制。由於此調制器單元15而產生 之雷射光束時間亮度曲線顯示於圖6。光分配器16將一部 -16 - HI In 1^1 If^l In n^i V j 0¾-3 (請先閱讀背面之洼意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局K工消費合作社印製 Λ7 B7五、發明説明（14 ) 分的雷射光東分出，並導至一光參考探测器〗7。參考探測 器17與一鎖定放大器18及調制器單元15共同構成一閉環霣 路。此閉瓖®路使得Μ參考探測器17测得的激發霤射分光 率/^暖盘__〇。此種調制方式見1^4223337。激發之雷射 光束通》镧振濾波器19及一 λ /4板20後被透鏑3投射在物 體4上。由物H4再度發出之霤射光被透鏞3接收*再經過 λ /4板20，被鵂振濾波器丨9投射到雷射探澜器13上。物體 4背面的發光被光導11脅集，而導至發光探测器5。為分離 干擾性被物體4傳送的激發霤射光分光可在射程中亦增設 一吸收濾鏡9。信號由發光探測器5及笛射探測器13被傳送 至鎖定放大器6及14，其被調至基本時鏟脈衡頻率f2 •並 由調制器單元15獲參考信號15。其他信號之處理如_3之 說明Μ信號處理器7進行。 到目前為止所示的配置中發光及與物體4交互作用後的 爾射光束皆根據申請專利範園第1項Κ頻差（Ώ i-Ω 2)分析 。此種實胞型式特別有利·因可在1定釣頻皇、距離下II兩 調制頻率Ω ,及Ω 2的且調譜.而簡單地進行1直1室JOB 的分析。但缺點是，由探測所得的發光無法得到響-應之相 。為ljS到粗位訊息霈迆行頻率相加(Ω ί + Ω 2 )之分 j。此種搡作方式之配置Μ _ 7及8所示特別有利，但本發 明不限於此種特別之配置。 在画7之配置中兩爾射光束分別由兩雷射二極管21及22 產生，其亮度被調制器單元2各Κ 一調制頻率91及22調 制。兩雷射光束皆到達透鏡3，並作為空間分離的激發分 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) /\4既格（210X 297公雄） -17- ---------装------ir------^ (請先閱讀背面之注意事項#填巧本页) 經濟部中央標準局肩工消费合作杜印裝 Λ7 B7 五、發明説明（is ) 光而投射在物體4上。到達點間的距離可利用兩滑動透鏑 23及24改變傾斜角而加以變化。由物體背面4發出之光被 發光探測器5記錄。測量信號由發光探測器5被傅送至I貞定 放大器6 *其被JI至1差、(J2 : Ω z )，並由調_器單元2獲 參考信號。其他信號Μ信號處理器7處理，其接收鑌定放 大器6的輪出信號*並將此信號依Ω t及Ω 2，以及分光$到 達點的空間距離進行記錄及評估。 亦圈本發明本質之調制頻率Ω ,及0 2頻率相加0 i + Ω 2 選頻测最值接收可在本黄胞例（M及Μ下BM之配置）中有 利地進行，其中在固定調制頻率5^1及02下，Κ激發分光 到達點彼此的距離分析發光。 在圖8的配置中兩笛射光束由兩雷射二極管21及22產生 ，其亮度各被一頻率（Ω ,及卩2)調制。亮度調制的信號由 調制器單元2製造。兩雷射光束通通偏振濾波器19及λ/4 板20·進入透箱3，而作為空間分離之瀨發分光束投射到 物體4上。到達點間的距離可利用甬滑動透鏡23及24改變 傾斜角而加Μ變化。再度離開物體的激發光束成分被透縯 3接收，再經過λ / 4柑而在偏振濾波器1 9被轉折，鞴一透 鏡25到達雷射探測器13。由物體背面發出之光被光導11接 收並到達發光深測器5。如激發雷射光之成分穿«物體4而 構成干擾，亦可在射程上增設吸收漶鏡9。測躉信號由發 光探测器5被傳送至鎖定放大器6，其被調至頻差(Ω ι-Ω ζ) ，且由調制器單元2獲參考信號。其他信號Μ信號處理器7 處理，其接收鎖定放大器6的输出信號，並Μ Ω 1及Ω 2 Μ 本紙張尺度適用中國國家標準（（'NS ) Λ4Μ>,格（2IOX 297公# ) _ ι 〇 _ --------.—^------ΐτ------.^ (請先閱讀背面之注意事項再填巧本頁) Λ7 B7 五、發明说明（16) 及分光束到埋點間的空間距離記錄、評估此信號，且如圈 3所示之實施例進行探測器5及13所提供信號之相闞性分析 圈9顯示围1所示基本配置之一變化設計。此修正之配置 用於研究側向發光成分較高且可戎該處輕易地以發光探测 器5接收發光之物體4，通常例如研究磨光之半導賵片•其 中發光之較高成分可因光導而在材料中敗開。在圖9之配 置中雷射光束由雷射二極管1產生，其亮度被調制器單元2 K兩頻率Ω 1及£22調制。雷射光束被透縯3聚焦，並投射 在物體4上。由物_4俩面發出的光被透鏡10畲集而到達發 光探測器5。測量信號由發光探測器5被傳送至賴定放大器 6，其被調至頻差且由調制器單元2獲參考信諕。其他信號 由信號處理器7處理，其接收鎖定放大器6的_出信號，並 將此信號Μ Ω ,及Ω z記錄及評估。 圖9所示物體4側面發光之探測當然亦可用於圈2至_8所 述所有本發明基本配置之變化設計。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ，1Τ 經濟部中央標苹局員工消费合作社印聚 19 木紙张.尺度適爪中阈國家榡苹（CNS ) /\«1叱格（210ΧΜ7公銻） Λ7 B7 辦濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（17 ) 1 I 使用檷示表 1 1 I 1 雷 射 源 1 1 1 2 調 制 器 覃 元 請 先 1 1 3 m 鏡 閲 % 1 I 4 物 骽 丹 面 之 注 I 1 5 發 光 探 測 器 1 項 1 6 鎖 定 放 大 器 再 填 7 信 號 處 理 器 寫 本 頁 漱 1 8 —- 向 色 鏡 1 1 9 吸 收 濾 鏑 1 J 10 透 鏡 1 訂 11 光 導 1 1 13 雷 射 探 測 器 1 1 14 鎖 定 放 大 器 I 1 1 5 調 制 器 單 元 1 16 光 分 配 器 ! | 17 參 考 探 測 器 1 1 * 19 偏 振 m 波 器 1 1 20 λ /4板 1 1 2 1,22 雷 射 二 極 管 1 I 23,24 滑 動 透 鏡 1 1 1 25 透 鏡 1 1 26 鵂 振 濾 器 1 1 D 敗 射 度 1 1 本紙張尺度適用中國國家橾隼（CNS ) Λ4規格（210 Χ2Φ7公釐） 2 〇 經濟部中央榡準局員工消費合作社印裝 R7 五、發明説明（18)

FcL 發 光 波 形 函 數 1 c 敗 射 畏 度 S 表 面 m 合 速 率 W 雷 射 光 點 半 徑 Γ 壽 命 Ω 調 制 頻 率 的 運算工具 Ω 1 , Ω z 調 制 頻 率 (Ω Ω 2) 頻 率 相 加 (Ω 1[- Ω 2 ) 頻 差 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 2

Claims (1)

1. 經满部中央標準局Π工消费合作社印製 303423 b8s C8D8々、申請專利範圍 1 . 一種發半導姐材料響鹰分析之:，其M 一置射 $，在物體上馘存一里子J麄，並測量以從該物臞1薄為 型式之該醏存能最之I弛，其鼓撤在於 -3L發苗射龙束被亮度鼸刺，其中盟連、坡臌.具爵分立之 調制頻率（Ω , ·· Ώ 2) —Μ調制頻率（Ω , ; Ω 2 >之屋拳（Ω ! - Ω 2) I置從物體 _⑷發出、之潑光 -將JL光作為錮制頻率（Ω , Ώ 2 )之埋算工具之函啟而 I祈。 2.如申請専利範圃舅1_項之方法，其中笛射光束之兩調 制頻率（Ω!; Ω2)藉由凰分、光良構成之！射光、束組成而產 生，每一分光束各被一調制頻率（Qt; Ωζ)調制亮度。 3 .如申謫專利範園第J項之方法，其中檄發笛射光束的 調制頻率（Ω , ; Ω 2 )在寬廣的界限中變化，但ϋ i率 (J」；Ω z)的辨皇保持恆定。 4.如申誚專利範園第_2_頂之方法，其中兩分光束被互相 垂直鋦振。 5 .如申請專利範圃之方法*其中兩分光束聚焦於 物體⑷上空間分離之緊鄹到達點上。 6 .如申請專利範圍JL五頂之方法，其中使分來最太U 倚於被灌發之載流子敗射長度之距雄聚焦在物體（4)上。 7 .如申請專利範圍戈UL頃之方法·其中在激發霤射光束 上產生兩調制頻率（Ω,; Ω2)，該雷射光束被一載流子頻 率（ft)及一時鐘脈衡頻率（h)調制振幅’載流子頻率（fi) (请先閱讀背面之注f項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國罔家標準（CNS ) Λ4現栳（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消费合作社印！^ A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 及時鐘鼷衡頻率（f2)被依規定 f 1 = (Ω I + Ω 2)/2 f 2 = Ω I ~ Ω 2 而調螫，基本時鼓I腹頻率（f 2)之一 ifl成部分被記錄，該 基本時鐘腰衡頻率與由UUIL子頻率（f i )及邊薄（f t 土 f 2 )清 成的混合頻率相位相同，且賴將此姐成部分作為干播最轉 回調制程序而銷毀此、組成部分。 8.如申辅專利範_ H填之方法，其中在恆定頻差下使 兩綢剌頻率（Ω , ; Ω 2 )在寬廣的界限中變化。 —十 9. 一種光激發半導艚材料響應分析之方法，其Μ —笛射\1 光束在物體上黼存一電子能量，並測量Μ從該物體發光為 型式之該儲存能量之鬆弛，其特激在於 -激發雷射光束農亮度鼸刺，其中頻率波鱺具兩分立之 調斛|率（Ω 1 ; S2 ζ ) -M jft制麗-率（Ω , ; Ω 2)之邇率祖加（Ω , ♦ Ω |)測量從 物體W發出之發光 一將發光作為諷制頦率（Ω ! ; Ω 2 )之理算工具U6戲而Hr。 10.如申請專利範圍t|S 9¾之方法，其中在固定之諏制頻 率Ω ,及Ω 2下及使用眉聚、焦在物艚（4)上空間分雕之緊鄹到 達點的，以激發分光束到達點間的距離分析發光。 1 1 .如申請專利範圈g 1項之方法，其中在物體（4)被雷射 光束J«LS側观、最1董_應〇 <r.-------- 1 2 .如申請專利範圜第1項之方法，其中在物體⑷被雷射 (請先《讀背面之注$項再填寫本頁) 本紙張尺度j|用中國國家梯準（CNS ) Λ4規格（210X297公f > 2 A8 B8 C8 D8 丨-年u 'Wl 六、申請專利範圍 光束激發側的背面測ft發光響應。 13. 如申請專利範園第1項之方法，其中在物體⑷激發側 之任一梢向側面測量發光。 14. 如申講專利範_第1項之方法，其中除了測量發光外 並記錄與在物髓⑷交互作用後雷射光束的光熱響應，並進 行兩《應程序之相闞分析，而分饑出物體⑷之不放射響應 15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中在物體⑷的不 同側進行兩測量程序。 16. —種光激發半導體響應分析之配置，其雷射光束聚 焦於一物體上而在物艟上儲存一 m子能量，且設有一發光 探測器Μ澜量從物«發出之光，其特徴在於 -雷射光束亮度被調制且在其調制波譜上具兩分立調制 頻率（Ω t ; Ω ζ) -發光探測器©連接一選頻裝置（6)，而只可探測發光放 射中調制頻率（Ω^ Ω2)之頻差（ΏΛ-Ωζ)所佔部分，其 係由物體中之頻率轉換而造成 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) —發光探測器（5)後接一信號處理裝置，其將遘頻記錄而 得的探測信號作為調制頻率Ωζ)運算工具之函數而 分析。 17. 如申請專利範園第16項之配置，其中為產生一雙調 制之雷射光束設一雷射源⑴，其具一調製器單元⑵而Μ兩 調制頻率（Ω , ; Ω 2)調制雷射源⑴。 18. 如申請專利範園第16項之配置，其中雷射光束由兩 分光束構成，每一分光束被一調制頻率（Ω:; Ώ2)調制且 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 3 - 修正頁 Λ8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 調制被一調制器單元⑵控制。 19.如申請專利範圍第αι頌之配置，其中設一雷射源⑴ ，其接一 光+板κ產生兩分光束，每一分光束各設一邏制 而各以一調制頻率（ω^ ω2)調制，且調制器後接光學 工具Μ結合分光束。 2 〇.如申請專利範圃頃之配置，其中分光束設有 之光學工具，故兩分光束互相垂直偏振。 2 1 .如申請專利範圃第」之配置，其中設兩分離雷射 源（2 1 ; 2 2 )，其與一調制器單元⑵連接，每一雷射源（2 1 ;2 2 )各被一調制頻率（U t ; Ω 2 )調制。 2 2 .如申請專利範圈第項之配置，其中ϋ源（2 1 ; 2 2 ) 為兩雷射二極管，其被調整使得其偏振光構成互相垂直之 偏振分光束。 2 3 .如申請專利範圍第22項之配置，其中分光束平行投 射向一共同的透鏡，並聚焦在物點表面上一點。 2 4 .如申請專利範圍墓之配置，其中分光束被符合 會集。 經濟部中央標攀局員工消费合作社印製 2 5 .如申請專利範圍頃之配置，其中分光束不平行 投射向一共同的透鏡，而在物體⑷上產生空間分離之緊郞 分光束到達點。 2 6 .如申請專利範圍第2 5項之配置，其中到達點間的距 離最大為被潲發載流子1 4L屋度之既。 2 7 .如申請專利範圍第之配置，其中(6)可 調整|使探測發光放射之頻差（Ω , - Ω 2 )時只可測得調制 4 (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Λ4規格（2I0X297公釐） 8 8 8 8 ABCD 經滴部中央標準局工消=&合作社印製 六、申請專利範圍 頻率（Ω t ; Ω 2 )頻率相加（Ω i + Ω 2 )部分，其係由物體⑷ 中之頻率轉換而造成。 2 8 .如申請專利範圍第1 6項之配置，其中設一 ，將調制頻率（Ω > ; Ω z )的變化限制在一寬廣的界限中’ 該控制裝置與調制器單元⑵迪接，且ϋ制頻_率（Ω t ; Ω 2 ) 之差i挂I—定。 2 9 .如申調專利範圃第1 6項之配置，其中除了發光探測 器（5)外並設一雷射探測器（1 3 )，以記錄與物體⑷交互作用 後的雷射光束。 3 0 .如申請專利範園第2 9項之配置，其中發光探测器© 及雷射探測器U 3 )之輸出端各連接一雜室放古器（6 ; 1 4 ) ，作為選頻裝置之兩鎖定放大器（6 ; 1 4 )被調至調制頻率 (Ω ! ; Ώ 2 )之頻差（Ώ j - Ω 2 )，並因輸入參考信號而與調 制器簞元⑵連接，信號處理裝置是一信號處理器⑺*其記 錄、評估及相關性分析兩鎖定放大器（6 ; 1 4 )之輸出信號 ，並提供有關物體⑷中lit及H射-鬆弛程序之汶置激息。 3 1 .如申請專利範圍第1 6項之配置，其中設一二向色鏡 ⑻K將雷射光分離出發光放射。 3 2 .如申請專利範圍第】6項之配置，其中設一_1肢1_ ⑼，Μ在到達發光探測器⑸前將干擾的雷射光分離出發光 放射。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· '1Τ 本纸張X度適川中阈阈家標华（CMS ) Λ4現格（210Χ2ι)7公釐） 5