KR101642132B1 - 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치 - Google Patents

광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치는 광원을 발생시키는 광 발생기, 상기 광 발생기에서 발생한 광원이 입사하는 반도체 소자를 지지하며 상기 반도체 소자를 이동시키는 스캔 스테이지, 상기 반도체 소자에서 발생하는 광전류를 측정하는 광전류 측정기, 상기 반도체 소자에서 발생한 광루미네선스를 측정하는 광루미네선스 측정기, 상기 광전류 측정기와 상기 광루미네선스 측정기를 제어하는 제어 단말기를 포함할 수 있다.

Description

광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치{PHOTOCURRENT IMAGE AND PHOTOLUMINESCENCE IMAGE SIMULTANEOUS MEASUREMENT APPARATUS}
본 발명은 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치에 관한 것이다.
광전류(Photocurrent)는 반도체 소자의 밴드 갭(band gap)보다 큰 에너지의 빛이 반도체에 조사될 때 발생하는 캐리어(carrier)로 인해 발생하는 전류를 말한다. 이러한 광전류는 밴드 갭이 기울어진 영역에서 여기된 전자??홀 쌍이 분리되어 발생한다.
광루미네선스(Photoluminescence)은 반도체 소자의 밴드 갭(band gap)보다 큰 에너지를 받고 여기된 전자가 재결합을 하면서 발생하는 빛을 말하며, 이 때 밴드 갭은 기울어지지 않은 평평한 형태로 있어야 한다.
본 발명은 전술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 광전류 영상 및 광루미네선스 영상을 동시에 측정함으로써, 반도체 소자를 효과적으로 분석할 수 있는 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치는 광원을 발생시키는 광 발생기, 상기 광 발생기에서 발생한 광원이 입사하는 반도체 소자를 지지하며 상기 반도체 소자를 이동시키는 스캔 스테이지, 상기 반도체 소자에서 발생하는 광전류를 측정하는 광전류 측정기, 상기 반도체 소자에서 발생한 광루미네선스를 측정하는 광루미네선스 측정기, 상기 광전류 측정기와 상기 광루미네선스 측정기를 제어하는 제어 단말기를 포함할 수 있다.
상기 스캔 스테이지를 평면상에서 이동시키는 스테이지 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 광전류 측정기는 상기 광전류를 증폭시키는 로우 노이즈 전류 증폭기, 상기 로우 노이즈 전류 증폭기에 의해 증폭된 광전류를 다시 증폭시키는 로크인 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 광 발생기와 상기 빔 스플리터 사이의 광 경로 상에 위치하며 상기 광원의 원 주파수를 변조 주파수로 변조시키는 광학 초퍼를 더 포할 수 있다.
상기 변조 주파수를 조절하는 초퍼 제어기를 더 포함하고, 상기 초퍼 제어기는 상기 광학 초퍼의 상기 변조 주파수를 상기 로크인 증폭기에 전달하고, 상기 로크인 증폭기는 상기 변조 주파수와 동기화된 광전류를 측정할 수 있다.
상기 광루미네선스 측정기는 상기 광루미네선스를 파장에 따라 분리하는 모노크로메이터, 상기 모노크로메이터에서 파장에 따라 분리된 광의 파장 분포를 검출하는 디텍터를 포함할 수 있다.
상기 빔 스플리터와 상기 반도체 소자 사이의 광 경로에 배치되어 있는 대물 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 제어기는 광전류 영상과 광루미네선스 영상을 동시에 표시하는 영상 표시부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치는 반도체 소자의 반도체에서 부분적으로 밴드 갭이 기울어진 영역과 밴드 갭이 평평한 영역에 대해 광전류 및 광루미네선스의 공간 분리된 영상을 동시에 측정함으로써 반도체 소자의 특성을 효과적이며 종합적으로 분석할 수 있다.
또한, 광학 초퍼와 로크인 증폭기를 설치함으로써 노이즈가 적은 광전류를 측정할 수 있어 반도체 소자의 특성을 보다 정확하게 분석할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치의 컴퓨터의 화면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
그러면 본 발명의 일 실시예에 따른 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치에 대하여 도 1 및 도 2를 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치의 컴퓨터의 화면이다.
우선, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치는 광원(L)을 발생시키는 광 발생기(10), 광원(L)을 분리시키는 빔 스플리터(Beam splitter)(20), 반도체 소자(1)가 탑재되는 스캔 스테이지(scan stage)(30), 반도체 소자(1)에서 발생하는 광전류를 측정하는 광전류 측정기(40), 반도체 소자(1)에서 발생한 광루미네선스를 측정하는 광루미네선스 측정기(50), 광전류 측정기(40) 및 광루미네선스 측정기(50)에 연결되어 있는 제어 단말기(60)를 포함한다.
반도체 소자(1)에서 광전류 및 광루미네선스를 발생시키는 광원(L)은 레이저일 수 있으며, 광 발생기(10)는 레이저 발생기일 수 있다.
빔 스플리터(20)는 광 발생기(10)와 반도체 소자(1) 사이에 만들어지는 광 경로에 위치한다. 빔 스플리터(20)는 광원(L)의 일부는 반사시키고, 광원(L)의 나머지 부분은 투과시켜 광원(L)을 분리하는 장치이다. 따라서, 빔 스플리터(20)에서 반사된 광원(L)은 반도체 소자(1)로 입사된다.
빔 스플리터(20)와 반도체 소자(1) 사이의 광 경로에는 대물 렌즈(70)가 위치할 수 있다. 광원(L)은 대물 렌즈(70)를 통과하며 집광되어 반도체 소자(1)에 입사된다.
스캔 스테이지(30)에는 스테이지 컨트롤러(31)가 연결되어 있으며, 스테이지 컨트롤러(31)는 스캔 스테이지(30)를 평면상에서 이동시킨다. 따라서, 스캔 스테이지(30)의 이동에 의해 스캔 스테이지(30)에 탑재된 반도체 소자(1)도 평면상에서 이동되므로 반도체 소자(1)의 모든 영역에 광원(L)을 조사시킬 수 있다. 이러한 스테이지 컨트롤러(31)는 제어 단말기(60)에 연결되어 있으며 제어 단말기(60)에 의해 제어된다.
광전류 측정기(40)는 반도체 소자(1)에서 발생한 광전류를 증폭시키는 로우 노이즈 전류 증폭기(low noise current preamplifier)(41), 로우 노이즈 전류 증폭기에 의해 증폭된 광전류를 다시 증폭시키는 로크인 증폭기(lock??in amplifier)(42)를 포함한다.
로우 노이즈 전류 증폭기(low noise current preamplifier)(41)는 노이즈(noise)의 영향을 적게 받으며 광전류를 증폭하여 측정한다. 반도체 소자(1)에서 반도체의 밴드 갭보다 큰 에너지의 광원(L)에 의해 발생하는 광전류는 소신호일 수 있다. 또한 광전류의 측정은 특정 지점에서만 측정하는 것이 아니고, 스캔 스테이지(30)에 의해 스캔하며 오랜 시간동안 측정한다. 로우 노이즈 전류 증폭기(low noise current preamplifier)(41)를 설치함으로써, 광전류를 측정하는 동안 주변 노이즈의 영향을 최소화하여 소신호의 광전류를 측정할 수 있다.
주변 노이즈의 크기는 저주파에서 크며, 고주파로 갈수록 작아진다. 따라서,광전류를 고주파수로 변조하는 것이 바람직하다. 이를 위해 광 발생기(10)와 빔 스플리터(20) 사이의 광 경로 상에는 광학 초퍼(optic chopper)(80)가 위치하고, 광학 초퍼(80)와 로크인 증폭기(42) 양쪽에 초퍼 제어기(90)가 연결되어 있다.
광학 초퍼(80)는 광원(L)의 원 주파수를 고주파의 변조 주파수로 변조시키며, 초퍼 제어기(90)는 이러한 변조 주파수를 조절한다. 이러한 초퍼 제어기(90)는 광학 초퍼(80)의 변조 주파수를 로크인 증폭기(42)에 전달하고, 로크인 증폭기(42)는 변조 주파수와 동기화된 광전류를 측정한다. 즉, 로크인 증폭기(42)는 광원(L)의 변조 주파수를 참고하여 동기화된 광전류를 측정함으로써, 노이즈가 적은 광전류를 측정할 수 있다. 이와 같이, 광학 초퍼와 로크인 증폭기를 설치함으로써 노이즈가 적은 광전류를 측정할 수 있어 반도체 소자의 특성을 보다 정확하게 분석할 수 있다.
광루미네선스 측정기(50)는 광루미네선스를 파장에 따라 분리하는 모노크로메이터(monochromator)(51), 모노크로메이터(51)에서 파장에 따라 분리된 광루미네선스의 파장 분포 즉, 스펙트럼(spectrum)를 검출하는 디텍터(detector)(52)를 포함한다.
광원(L)에 의해 반도체 소자(1)에서 발생한 광루미네선스(M)는 대물 렌즈(70)를 통과하여 빔 스플리터(20)에 입사하며, 빔 스플리터(20)에서 출사된 광루미네선스는 모노크로메이터(51)로 입사된다. 모노크로메이터(51) 내부에는 격자(grating)가 형성되어 있어 광루미네선스를 프리즘처럼 넓게 펼쳐준다.
디텍터(52)는 광루미네선스의 스펙트럼을 검출하여 제어 단말기(60)로 전달한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제어 단말기(60)는 광전류 측정기(40)와 광루미네선스 측정기(50)에서 각각 측정된 광전류 영상(61a)과 광루미네선스 영상(61b)을 동시에 표시하는 영상 표시부(61), 스테이지 컨트롤러(31)를 제어하는 스테이지 제어 표시부(62)를 포함한다. 또한, 제어 단말기(60)는 반도체 소자(1)에 인가되는 전압을 제어하는 전압 제어 표시부(63), 광전류 영상(61a)과 광루미네선스 영상(61b)을 저장하는 저장 표시부(64)를 포함한다. 이러한 제어 단말기(60)는 광전류 측정기(40), 광루미네선스 측정기(50), 그리고 스테이지 컨트롤러(31)에 연결되어 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치는 광전류 측정기(40)와 광루미네선스 측정기(50)를 모두 포함하고 있으며, 스캔 스테이지(30)를 이용하여 반도체 소자(1)의 모든 영역을 스캔하여 광전류 영상 및 광루미네선스 영상을 측정할 수 있으며, 이를 통해 반도체 소자(1)의 전 영역에서의 광전류 및 광루미네선스에 대한 공간적인 데이터를 제공할 수 있다. 따라서, 반도체 소자(1)의 특성을 효과적이며 종합적으로 분석할 수 있다.
또한, 광원(L)의 에너지가 반도체 소자(1)의 밴드 갭보다 큰 모든 반도체 소자(1)에 대하여 광전류 및 광루미네선스를 공간적으로 측정 및 분석할 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
10: 광 발생기 20: 빔 스플리터
30: 스캔 스테이지 40: 광전류 측정기
50: 광루미네선스 측정기 60: 제어 단말기

Claims (8)

  1. 광원을 발생시키는 광 발생기,
    상기 광원을 분리시키는 빔 스플리터,
    상기 광 발생기에서 발생한 광원이 입사하는 반도체 소자를 지지하며 상기 반도체 소자를 이동시키는 스캔 스테이지,
    상기 반도체 소자에서 발생하는 광전류를 측정하는 광전류 측정기,
    상기 반도체 소자에서 발생한 광루미네선스를 측정하는 광루미네선스 측정기,
    상기 광전류 측정기와 상기 광루미네선스 측정기를 제어하는 제어 단말기,
    상기 광 발생기와 상기 빔 스플리터 사이의 광 경로 상에 위치하며 상기 광원의 원 주파수를 변조 주파수로 변조시키는 광학 초퍼
    를 포함하는 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 스캔 스테이지를 평면상에서 이동시키는 스테이지 컨트롤러를 더 포함하는 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 광전류 측정기는
    상기 광전류를 증폭시키는 로우 노이즈 전류 증폭기,
    상기 로우 노이즈 전류 증폭기에 의해 증폭된 광전류를 다시 증폭시키는 로크인 증폭기
    를 포함하는 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 제3항에서,
    상기 변조 주파수를 조절하는 초퍼 제어기를 더 포함하고,
    상기 초퍼 제어기는 상기 광학 초퍼의 상기 변조 주파수를 상기 로크인 증폭기에 전달하고, 상기 로크인 증폭기는 상기 변조 주파수와 동기화된 광전류를 측정하는 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치.
  6. 제3항에서,
    상기 광루미네선스 측정기는
    상기 광루미네선스를 파장에 따라 분리하는 모노크로메이터,
    상기 모노크로메이터에서 파장에 따라 분리된 광의 파장 분포를 검출하는 디텍터
    를 포함하는 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 빔 스플리터와 상기 반도체 소자 사이의 광 경로에 배치되어 있는 대물 렌즈를 더 포함하는 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 제어 단말기는 광전류 영상과 광루미네선스 영상을 동시에 표시하는 영상 표시부를 포함하는 광전류 영상 및 광루미네선스 영상의 동시 측정 장치.
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