CN113984787B

CN113984787B - 一种半导体缺陷分布成像检测装置及检测方法

Info

Publication number: CN113984787B
Application number: CN202111237891.9A
Authority: CN
Inventors: 王岩; 徐鹏飞; 罗帅; 季海铭
Original assignee: Jiangsu Huaxing Laser Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Huaxing Laser Technology Co ltd; Wuxi Huaxing Optoelectronics Research Co ltd
Priority date: 2021-10-25
Filing date: 2021-10-25
Publication date: 2023-06-09
Anticipated expiration: 2041-10-25
Also published as: CN113984787A

Abstract

本发明涉及一种半导体缺陷分布成像检测装置及检测方法，其不同之处在于：检测装置包括电流电压源、三维平移台、连续激光光源、凸透镜、分束镜、滤光片和CCD相机；电流电压源用于给半导体光电器件样品施加正向电压或正向电流，以使半导体光电器件样品表面发出光信号；连续激光光源依次经过透镜和分束镜后聚焦至半导体光电器件样品表面，用于使半导体光电器件样品内的缺陷电子态饱和；三维平移台用于调节半导体光电器件样品的位置，使连续激光光源在半导体光电器件样品表面进行完整扫描；半导体光电器件样品的光信号依次经过分束镜和滤光片后投射到CCD相机上。本发明能有效检测半导体光电器件深能级缺陷的位置分布信息。

Description

一种半导体缺陷分布成像检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于半导体材料缺陷检测技术，尤其是一种半导体缺陷分布成像检测装置及检测方法。

背景技术

电致发光成像是一种有效的表征半导体光电器件的手段，通过测量半导体光电器件表面的电致发光成像，能够很容易地检测如裂缝、电极损坏等表面损伤缺陷，比如对于半导体太阳能电池器件的检测。然而电致发光成像却无法对材料内部的深能级载流子复合缺陷直接进行检测，即无法通过电致发光成像来判断深能级复合缺陷的位置信息。

为了能够利用电致发光成像法判断半导体光电器件深能级缺陷的位置分布信息，本发明提出了一种半导体缺陷分布成像检测装置及检测方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种半导体缺陷分布成像检测装置，能有效检测半导体光电器件深能级缺陷的位置分布信息。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种半导体缺陷分布成像检测装置，其不同之处在于：其包括电流电压源、三维平移台、连续激光光源、凸透镜、分束镜、滤光片和CCD相机；所述电流电压源用于给所述半导体光电器件样品施加正向电压或正向电流，以使所述半导体光电器件样品表面发出光信号；所述连续激光光源光子能量可调，且其光子能量与所述半导体光电器件样品内的任一深能级缺陷与价带的能量间隔相同，所述连续激光光源依次经过所述透镜和分束镜后聚焦至所述半导体光电器件样品表面，用于使所述半导体光电器件样品内的缺陷电子态饱和；所述三维平移台用于调节半导体光电器件样品的位置，使所述连续激光光源在所述半导体光电器件样品表面进行完整扫描；所述半导体光电器件样品的光信号依次经过所述分束镜和滤光片后投射到所述CCD相机上。

按以上技术方案，其还包括计算机，所述计算机用于采集与处理CCD相机的成像信号。

按以上技术方案，所述三维平移台由步进电机控制。

按以上技术方案，所述连续激光光源波长范围为300nm-2000nm，光谱半高宽范围为0.01nm-10nm。

对比现有技术，本发明的有益特点为：该半导体缺陷分布成像检测装置，电流电压源用来给半导体光电器件样品施加正向电压或电流，用于使半导体光电器件样品表面产生电致发光信号，光信号经过分束镜、滤光片后被CCD相机收集；连续激光光源经过凸透镜和分束镜照射在检测的样品表面，用于使半导体样品内某一深能级缺陷电子态饱和；CCD相机与计算机相连，得到样品的表面发光分布图像，对比无连续激光光源与有连续激光光源照射样品得到的样品表面发光成像分布信号来确认半导体光电器件样品某一位置点处是否存在载流子复合缺陷，并通过三维平移台改变连续激光光源照射至样品的位置来获取半导体缺陷的分布成像，能有效检测半导体光电器件样品深能级缺陷的位置分布信息。

本发明还提供了一种基于上述任一种半导体缺陷分布成像检测装置的检测方法，其不同之处在于：其包括以下步骤：

步骤a)、用电流电压源给半导体光电器件样品施加正向电压或电流，使所述半导体光电器件样品发出光信号，此时连续激光光源不出光，并用CCD相机测量所述半导体光电器件样品的发光成像；

步骤b)、使所述连续激光光源出光，所述连续激光光源依次经过透镜和分束镜后聚焦至所述半导体光电器件样品上某一位置点处，使所述半导体光电器件样品的缺陷电子态饱和；

步骤c)、用三维平移台控制所述半导体光电器件样品在平面内移动，使所述连续激光光源在所述半导体光电器件样品表面进行完整扫描，并用CCD相机测量所述半导体光电器件样品的发光成像；

步骤d)、将步骤c)的测量结果分别与步骤a)的测量结果对比；若步骤c)中某一位置点处的光信号强度大于步骤a)中的光信号强度，则该位置点处存在载流子复合缺陷，且该缺陷与所述连续激光光源光能量对应；若步骤c)中某一位置点处的光信号强度等于步骤a)中的光信号强度，则该位置点处不存在载流子复合缺陷。

对比现有技术，本发明的有益特点为：该半导体缺陷分布成像检测方法，电流电压源用来给半导体光电器件样品施加正向电压或电流，用于使半导体光电器件样品表面产生电致发光信号，光信号经过分束镜、滤光片后被CCD相机收集；连续激光光源经过凸透镜和分束镜照射在检测的样品表面，用于使半导体样品内某一深能级缺陷电子态饱和；CCD相机与计算机相连，得到样品的表面发光分布图像，对比无连续激光光源与有连续激光光源照射样品得到的样品表面发光成像分布信号来确认半导体光电器件样品某一位置点处是否存在载流子复合缺陷，并通过三维平移台改变连续激光光源照射至样品的位置来获取半导体缺陷的分布成像，能有效检测半导体光电器件样品深能级缺陷的位置分布信息。

附图说明

图1为本发明实施例半导体缺陷分布成像检测装置的结构组成示意图；

图2为本发明实施例半导体缺陷分布成像检测装置检测原理图；

其中：1-半导体光电器件样品、2-电流电压源、3-三维平移台、4-连续激光光源、5-凸透镜、6-分束镜、7-滤光片、8-CCD相机、9-计算机。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

请参考图1和图2，本发明实施例半导体缺陷分布成像检测装置，其包括电流电压源2、三维平移台3、连续激光光源4、凸透镜5、分束镜6、滤光片7和CCD相机8。电流电压源2用于给半导体光电器件样品1施加正向电压或正向电流，以使半导体光电器件样品1表面发出光信号。连续激光光源4光子能量可调，且其光子能量与半导体光电器件样品1内的任一深能级缺陷与价带的能量间隔相同，连续激光光源4依次经过透镜至分束镜6后聚焦至半导体光电器件样品1表面，用于使半导体光电器件样品1内的缺陷电子态饱和。三维平移台3用于调节半导体光电器件样品1的位置，使连续激光光源4在半导体光电器件样品1表面进行完整扫描。半导体光电器件样品1的光信号依次经过分束镜6和滤光片7后投射到CCD相机8上。滤光片7为限光滤光片7，滤光的波长与连续激光光源4波长对应，用于滤掉连续激光光源4的光谱。CCD相机8响应波长范围覆盖半导体光电器件样品1的发光光谱范围，用于检测半导体光电器件样品1的表面发光成像。

具体地，检测装置还包括计算机9，计算机9与CCD相机8的输出相连，用于读取成像信号。

优选地，三维平移台3由步进电机控制，最小移动精度小于0.1μm。

优选地，连续激光光源4波长范围为300nm-2000nm，光谱半高宽范围为0.01nm-10nm，且光子能量可调，光子能量与半导体光电器件样品1内的任一缺陷能级与价带的能量间隔相同。

本发明实施例半导体缺陷分布成像检测装置，电流电压源2用来给半导体光电器件样品1施加正向电压或电流，用于使半导体光电器件样品1表面产生电致发光信号，光信号经过分束镜6、滤光片7后被CCD相机8收集；连续激光光源4经过凸透镜5和分束镜6照射在检测的样品表面，用于使半导体样品内某一深能级缺陷电子态饱和；CCD相机8与计算机9相连，得到样品的表面发光分布图像，对比无连续激光光源4与有连续激光光源4照射样品得到的样品表面发光成像分布信号来确认半导体光电器件样品1某一位置点处是否存在载流子复合缺陷，并通过三维平移台3改变连续激光光源4照射至样品的位置来获取半导体缺陷的分布成像，能有效检测半导体光电器件样品1深能级缺陷的位置分布信息。

本发明实施例半导体缺陷分布成像检测装置的检测方法，其包括以下步骤：

步骤a)、利用电流电压源2给半导体光电器件样品1施加正向电压或电流，使半导体光电器件样品1发出光信号，此时连续激光光源4不出光，并用CCD相机8测量半导体光电器件样品1的发光成像。

步骤b)、使连续激光光源4出光，连续激光光源4依次经过透镜和分束镜6后聚焦至半导体光电器件样品1上，使半导体光电器件样品1某一位置点处任一缺陷电子态饱和。

步骤c)、用三维平移台3控制半导体光电器件样品1在平面内移动，移动方向如图1中箭头所示方向，使连续激光光源4在半导体光电器件样品1表面进行完整扫描，并用CCD相机8测量半导体光电器件样品1的发光成像。

步骤d)、将步骤c)的测量结果分别与步骤a)的测量结果对比。如果半导体光电器件样品1在某一位置点处存在一载流子复合缺陷，且该缺陷与连续激光光源4光能量对应，则步骤c)测量的该位置点处的光信号强度将会大于步骤a)测量的光信号强度。如果半导体光电器件样品1在某一位置点处不存在载流子复合缺陷，步骤c)测量的该位置点处的光信号强度将会等于步骤a)测量的光信号强度。将步骤c)测量的发光成像与步骤a)测量的发光成像进行相减，即可获得缺陷的分布成像。

本发明实施例半导体缺陷分布成像检测方法，能有效检测半导体光电器件深能级缺陷的位置分布信息。对于目前电致发光成像无法直接获取半导体深能级缺陷分布信息是一个很好的补充。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属的技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种半导体缺陷分布成像检测方法，利用半导体缺陷分布成像检测装置，其特征在于：所述半导体缺陷分布成像检测装置包括电流电压源、三维平移台、连续激光光源、凸透镜、分束镜、滤光片和CCD相机；所述电流电压源用于给半导体光电器件样品施加正向电压或正向电流，以使所述半导体光电器件样品表面发出光信号；所述连续激光光源光子能量可调，且其光子能量与所述半导体光电器件样品内的任一深能级缺陷与价带的能量间隔相同，所述连续激光光源依次经过所述透镜和分束镜后聚焦至所述半导体光电器件样品表面，用于使所述半导体光电器件样品内的缺陷电子态饱和；所述三维平移台用于调节半导体光电器件样品的位置，使所述连续激光光源在所述半导体光电器件样品表面进行完整扫描；所述半导体光电器件样品的光信号依次经过所述分束镜和滤光片后投射到所述CCD相机上；

所述方法包括步骤a）、用电流电压源给半导体光电器件样品施加正向电压或电流，使所述半导体光电器件样品发出光信号，此时连续激光光源不出光，并用CCD相机测量所述半导体光电器件样品的发光成像；

步骤b）、使所述连续激光光源出光，所述连续激光光源依次经过透镜和分束镜后聚焦至所述半导体光电器件样品上某一位置点处，使所述半导体光电器件样品的缺陷电子态饱和；

步骤c）、用三维平移台控制所述半导体光电器件样品在平面内移动，使所述连续激光光源在所述半导体光电器件样品表面进行完整扫描，并用CCD相机测量所述半导体光电器件样品的发光成像；

步骤d）、将步骤c）的测量结果分别与步骤a）的测量结果对比；若步骤c）中某一位置点处的光信号强度大于步骤a）中的光信号强度，则该位置点处存在载流子复合缺陷，且该缺陷与所述连续激光光源光能量对应；若步骤c）中某一位置点处的光信号强度等于步骤a）中的光信号强度，则该位置点处不存在载流子复合缺陷。

2.如权利要求1所述的半导体缺陷分布成像检测方法，其特征在于：其还包括计算机，所述计算机用于采集与处理CCD相机的成像信号。

3.如权利要求1所述的半导体缺陷分布成像检测方法，其特征在于：所述三维平移台由步进电机控制。

4.如权利要求1所述的半导体缺陷分布成像检测方法，其特征在于：所述连续激光光源波长范围为300 nm-2000 nm，光谱半高宽范围为0.01 nm-10 nm。