KR101998138B1 - Analyzing Method of Polytypes of Crystals Using Ultraviolet Photoluminescence - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 광원으로부터 발광된 자외선이 샘플의 표면 측으로 조사되는 자외선조사단계; 상기 자외선조사단계에서 상기 자외선이 조사된 상기 샘플의 표면 측으로부터 방출되는 포토루미네선스(Photoluminescence)를 카메라장치가 입사받아서 포토루미네선스 이미지정보를 획득하는 포토루미네선스 이미지정보 획득단계; 및 상기 포토루미네선스 이미지 획득단계에서 상기 카메라장치에 획득된 상기 포토루미네선스 이미지정보가 상기 카메라장치 측으로부터 데이터처리장치 측으로 전달되고, 상기 샘플의 폴리타입(polytype)이 판단될 수 있도록, 상기 데이터처리장치가 상기 포토루미네선스 이미지정보를 소정의 색상공간 상에 나타낼 수 있는 적어도 하나 이상의 색상점(color point)으로 변환시키는 데이터처리단계; 를 포함함으로써, 실리콘카바이드와 같은 결정의 폴리타입을 빠르고 정확하게 파악할 수 있으므로 LED 또는 레이저다이오드 등을 제조함에 있어서 품질의 저하를 억제하고 나아가 생산수율을 증대시켜줄 수 있는 기술이 개시된다.The present invention relates to a method for analyzing a polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence, the method comprising: an ultraviolet ray irradiation step in which ultraviolet light emitted from a light source is irradiated onto a surface side of a sample; A photoluminescence image information acquiring step of acquiring photoluminescence image information by receiving a photoluminescence emitted from a surface side of the sample irradiated with the ultraviolet light in the ultraviolet light irradiation step; The photoluminescence image information obtained in the camera device is transferred from the camera device side to the data processing device side in the photoluminescence image acquiring step and the polytype of the sample can be determined. A data processing step of converting the photoluminescence image information into at least one or more color points that can be displayed on a predetermined color space; A polycrystalline type crystal such as silicon carbide can be grasped quickly and precisely. Thus, a technique capable of suppressing deterioration in quality in manufacturing an LED or a laser diode and further increasing production yield is disclosed.
Description
본 발명은 실리콘카바이드와 같은 결정의 폴리타입 분석방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of polytype analysis of crystals such as silicon carbide.
밀집격자구조(closed packed crystal structure)를 갖춘 실리콘카바이드(Silicon carbide (SiC))는 넓은 밴드갭(wide bandgap)을 갖춘 소재로서, 레이저 다이오드, LED 또는 전력전자소자 등에 응용될 수 있는 유망한 소재이다.Silicon carbide (SiC) with a closed packed crystal structure is a material with a wide bandgap and is a promising material that can be applied to laser diodes, LEDs, or power electronic devices.
따라서, 실리콘카바이드 성장 중에 생성되는 폴리타입(polytype)은 공통된 이슈가 되어 왔다. Thus, the polytypes generated during silicon carbide growth have been a common issue.
결정이 성장하는 동안에, 샘플 내에서의 온도 변동 때문에 실리콘카바이드의 쌓기 순서에 따라 다양한 타입이 단일샘플의 벌크(bulk) 내에서 발생될 수 있다. 그리고, 이러한 쌓기 순서의 다른 타입들은 폴리타입이라고 불린다.During crystal growth, various types can be generated in the bulk of a single sample depending on the stacking order of the silicon carbide due to temperature variations in the sample. And, these other types of stacking sequences are called polytypes.
폴리타입은 구별되는 밀집 평면들을 갖지만, 이러한 평면들에 수직인 세 축에서 쌓이는 순서가 다르다. 실리콘카바이드는 적어도 170여 종류의 폴리타입이 알려져 있으나 2H, 4H, 6H, 15R 그리고 3C 타입을 제외한 나머지 대부분은 희소하다.The polytypes have distinct dense planes, but the order of accumulation in the three axes perpendicular to these planes is different. At least 170 poly types of silicon carbide are known, but most of them are rare except for 2H, 4H, 6H, 15R and 3C types.
이러한 실리콘카바이드의 폴리타입들은 동등한 밀도와 깁스자유에너지를 갖지만 전자밴드구조는 각기 다르다. 밴드구조의 차이는 실리콘카바이드로 자외선이 입사될 때 다른 파장의 발광(luminescence)의 방출을 야기한다.These polytypes of silicon carbide have equal density and Gibbs free energy, but the electronic band structures are different. The difference in band structure causes emission of luminescence at different wavelengths when ultraviolet light is incident on silicon carbide.
실리콘카바이드는 물리기상증착(PVD), 고온화학기상증착(HT-CVD), 또는 탑시드성장 솔루션(top seeded solution growth :TSSG) 등과 같은 몇가지 결정성장기법을 통해 성장되어질 수 있다. Silicon carbide can be grown through several crystal growth techniques such as physical vapor deposition (PVD), high temperature chemical vapor deposition (HT-CVD), or top seeded solution growth (TSSG)
생산공정에서 두 종류 이상의 폴리타입 생성은 벌크(bulk) 실리콘카바이드의 결점 중 하나이다.Production of two or more polytypes in the production process is one of the drawbacks of bulk silicon carbide.
예를 들어, 4H-실리콘카바이드를 이용한 LED 템플릿의 제조에 있어서, 실리콘카바이드 웨이퍼에 6H-실리콘카바이드 또는 15R-실리콘카바이드와 같은 폴리타입이 존재하게 되고, 이러한 실리콘카바이드 웨이퍼를 이용하여 LED 또는 레이저다이오드가 제조되면 6H-SiC 또는 15R-SiC 의 격자상수와 갈륨나이트라이드(GaN)의 격자상수가 매우 다르기 때문에 LED 또는 레이저다이오드의 품질이 저하될 수 밖에 없다.For example, in the fabrication of an LED template using 4H-silicon carbide, a polytype such as 6H-silicon carbide or 15R-silicon carbide is present in a silicon carbide wafer, and using such a silicon carbide wafer, an LED or a laser diode The lattice constant of 6H-SiC or 15R-SiC is very different from the lattice constant of gallium nitride (GaN), so that the quality of the LED or the laser diode is inevitably lowered.
그러므로 실리콘카바이드 결정을 생산함에 있어서 폴리타입을 구별해낼 수 있는 빠른 테스트방법이 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is a need for a rapid test method capable of distinguishing polytypes in producing silicon carbide crystals.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같이 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 제조된 결정의 폴리타입이 어떠한 폴리타입인지 빠르고 정확하게 판단함으로써 결정이 제대로 제조되었는지 여부를 판단할 수 있는 결정의 폴리타입 분석방법을 제공함에 있다. The object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, and it is an object of the present invention to provide a polytype analysis method of crystals capable of judging whether crystals are properly manufactured by judging quickly and accurately whether a polytype of a produced crystal is a polytype .
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법은 광원으로부터 발광된 자외선이 샘플의 표면 측으로 조사되는 자외선조사단계; 상기 자외선조사단계에서 상기 자외선이 조사된 상기 샘플의 표면 측으로부터 방출되는 포토루미네선스(Photoluminescence)를 카메라장치가 입사받아서 포토루미네선스 이미지정보를 획득하는 포토루미네선스 이미지정보 획득단계; 및 상기 포토루미네선스 이미지 획득단계에서 상기 카메라장치에 획득된 상기 포토루미네선스 이미지정보가 상기 카메라장치 측으로부터 데이터처리장치 측으로 전달되고, 상기 샘플의 폴리타입(polytype)이 판단될 수 있도록, 상기 데이터처리장치가 상기 포토루미네선스 이미지정보를 소정의 색상공간 상에 나타낼 수 있는 적어도 하나 이상의 색상점(color point)으로 변환시키는 데이터처리단계; 를 포함하는 것을 하나의 특징으로 할 수도 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for analyzing a polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence, comprising the steps of: irradiating ultraviolet light emitted from a light source onto a surface side of a sample; A photoluminescence image information acquiring step of acquiring photoluminescence image information by receiving a photoluminescence emitted from a surface side of the sample irradiated with the ultraviolet light in the ultraviolet light irradiation step; The photoluminescence image information obtained in the camera device is transferred from the camera device side to the data processing device side in the photoluminescence image acquiring step and the polytype of the sample can be determined. A data processing step of converting the photoluminescence image information into at least one or more color points that can be displayed on a predetermined color space; May be included as one feature.
여기서, 상기 샘플은 실리콘카바이드(SiC)인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Here, the sample may also be characterized by being silicon carbide (SiC).
여기서, 상기 자외선조사단계 이전에 이루어지는 단계로서, 상기 샘플에 대하여 클리닝(cleaning)시켜주는 준비단계; 를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Here, the step prior to the ultraviolet ray irradiation step may include: a preparation step of cleaning the sample; May be further included.
여기서, 상기 포토루미네선스 이미지정보 획득단계에서, 상기 포토루미네선스 이미지정보는 RGB(Red, Green, Blue) 형식(format)의 정보로서 상기 카메라장치에 저장되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Here, in the photoluminescence image information acquisition step, the photoluminescence image information may be stored in the camera device as information of RGB (Red, Green, Blue) format have.
여기서, 상기 데이터처리단계에서 변환처리된 상기 색상점을 외부에서 인식할 수 있도록 디스플레이장치가 상기 색상공간과 상기 색상점을 디스플레이하는 디스플레이단계; 를 더 포함하는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. A display step in which the display device displays the color space and the color point so that the color point converted and processed in the data processing step can be recognized from outside; May be further included.
나아가, 상기 데이터처리단계 이후에 이루어지는 단계로서, 상기 데이터처리장치가 데이터베이스에 저장되어 있는 결정의 폴리타입들에 관한 정보와 비교하여 상기 샘플의 폴리타입을 판단하는 판단단계;를 더 포함하고, 상기 디스플레이단계에서, 상기 판단단계에서 판단된 상기 샘플의 폴리타입에 대한 판단결과정보가 상기 데이터처리장치에 의해 상기 디스플레이장치로 전달되어 상기 디스플레이장치에 의해 디스플레이 되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Further comprising a determining step of determining the polytype of the sample by comparing the information on the polytypes of the determinations stored in the database with the data processing apparatus after the data processing step, In the display step, the determination result information on the polytype of the sample determined in the determination step may be transmitted to the display device by the data processing device and displayed by the display device.
여기서, 상기 데이터처리단계에서의 상기 색상공간은 CIE 1931 표준측색시스템에 따라 규정되는 색상공간인 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Here, the color space in the data processing step may be a color space defined according to the CIE 1931 standard colorimetry system.
여기서, 상기 광원과 상기 샘플 사이에 상기 자외선을 확산시켜주는 빔익스펜더(beam expender)가 위치하고, 상기 자외선조사단계에서, 상기 자외선이 상기 빔익스펜더를 지나 상기 샘플의 표면 측으로 조사되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Here, a beam expender for diffusing the ultraviolet light is located between the light source and the sample, and the ultraviolet light is irradiated to the surface side of the sample through the beam expander in the ultraviolet light irradiation step. .
여기서, 상기 자외선조사단계에서, 상기 광원 측에서 발광된 상기 자외선이 제1광학밴드패스필터(optical band pass filter)에 의해 필터링 되어 상기 샘플 측으로 조사되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Here, the ultraviolet ray emitted from the light source side may be filtered by a first optical bandpass filter and irradiated to the sample side in the ultraviolet ray irradiation step.
나아가, 상기 제1광학밴드패스필터에 의하여 필터링 되어 상기 샘플 측으로 입사되는 상기 자외선의 파장은 300nm 내지 400nm 사이에 해당되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Furthermore, the wavelength of the ultraviolet light that is filtered by the first optical band-pass filter and is incident on the sample side may be a characteristic of between 300 nm and 400 nm.
여기서, 상기 포토루미네선스 이미지정보 획득단계에서,상기 샘플 측으로부터 방출되어오는 상기 포토루미네선스가 상기 카메라장치에 입사되기 전에 제2광학밴드패스필터에 의해 필터링되는 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. In the photoluminescence image information obtaining step, the photoluminescence emitted from the sample side is filtered by the second optical band-pass filter before being incident on the camera apparatus It is possible.
나아가, 상기 포토루미네선스 이미지정보 획득단계에서,상기 제2광학밴드패스필터에 의하여 필터링되어 상기 카메라장치 측으로 입사되는 상기 포토루미네선스의 파장은 450nm 보다 큰 것을 또 하나의 특징으로 할 수도 있다. Further, in the photoluminescence image information acquiring step, the wavelength of the photoluminescence that is filtered by the second optical bandpass filter and is incident on the camera apparatus side may be another feature that is larger than 450 nm .
본 발명에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.은 실리콘카바이드와 같은 결정의 폴리타입을 빠르고 정확하게 파악할 수 있으므로 LED 또는 레이저다이오드 등을 제조함에 있어서 품질의 저하가 억제되고 나아가 생산수율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다. The method for analyzing the polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence according to the present invention can quickly and accurately grasp the polytype of a crystal such as silicon carbide and thus can prevent deterioration of quality in manufacturing an LED or a laser diode, There is an effect that the yield can be increased.
도 1은 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석과 포토루미네선스 분광계를 이용한 분석을 비교하여 볼 수 있도록 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법을 실시할 수 있는 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법에서 제1광학밴드패스필터의 파장에 따른 투과율 분포를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서 제2광학밴드패스필터의 파장에 따른 투과율 분포를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, CIE1931 형식(format)에 따른 색상공간을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, 색상공간에 폴리타입의 경계들과 밴드갭 경계들을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, 단색광을 색상공간 내에서의 색상점으로 변환시키는 것을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, 온도에 의존적인 가우시안 분포를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, 색상공간에서 폴리타입 선들을 결정하기 위하여 3자극(tristimuli)정규화된 스펙트럼 분포, 포토루미네선스의 가우시안분포 및 xyz 색상공간으로 변환을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, 각 폴리타입 간의 경계를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 분석방법에서, 색상공간에서 폴리타입의 라인과 경계들을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 13은 자외선 포토루미네선스 이미지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 14는 4H-SiC 및 6H-SiC가 혼합된 포토루미네선스 피크를 개략적으로 나타낸 것이다.FIG. 1 schematically shows a comparison between a polytype analysis of crystals using ultraviolet photoluminescence and an analysis using a photoluminescence spectrometer.
FIG. 2 is a schematic view of a system for analyzing a polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence capable of conducting a method for analyzing a polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart schematically illustrating a method of analyzing a polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
4 is a view schematically showing a transmittance distribution according to wavelength of a first optical bandpass filter in a method of analyzing a polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram schematically showing a transmittance distribution according to a wavelength of a second optical bandpass filter in a method of analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram schematically illustrating a color space according to a CIE 1931 format in a method of analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram schematically illustrating poly type boundaries and band gap boundaries in a color space in a method of analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram schematically illustrating conversion of monochromatic light into color points in a color space in a method of analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph schematically showing a temperature-dependent Gaussian distribution in a method of analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a graph illustrating a method of analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention. In order to determine polytype lines in a color space, a tristimuli normalized spectral distribution, a Gaussian distribution of photoluminescence And xyz color space.
FIG. 11 schematically shows the boundaries between the respective polytypes in the method of analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram of a polytype line and boundaries in a color space in a method of analyzing crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
13 schematically shows an example of an ultraviolet photoluminescence image.
14 schematically shows a photoluminescence peak in which 4H-SiC and 6H-SiC are mixed.
이하에서는 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조한 바람직한 실시 예를 들어 설명하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법에 따르면, 자외선 포토루미네선스 이미지를 이용하여 벌크(bulk) 상태의 결정 또는 웨이퍼 상태인 결정의 폴리타입을 결정할 수 있다. According to the method for analyzing the polytype of crystals using the ultraviolet photoluminescence of the present invention, it is possible to determine the bulk state or the polytype of crystals in the wafer state using an ultraviolet photoluminescence image.
본 발명의 바람직한 실시 예로서 실리콘카바이드 결정에 대한 폴리타입 판단방법을 설명하기로 하며, 설명의 편의상 벌크 또는 웨이퍼 상태를 샘플(sample)이라고 간단하게 통칭하기로 한다. As a preferred embodiment of the present invention, a polytype determination method for silicon carbide crystal will be described. For convenience of explanation, the bulk or wafer state is simply referred to as a sample.
본 발명에 관련하여 이론적 원리를 개략적으로 살펴보면 다음과 같다. A brief description of the theoretical principles related to the present invention follows.
자외선 광자가 실리콘카바이드 결정 표면에 입사될 때 광자의 에너지가 실리콘카바이드의 밴드갭에너지보다 크면 광자는 밸런스밴드대의 전자를 컨덕션밴드대(conduction band)로 여기 시켜준다. 여기된(excited) 전자는 열을 방출하여 보다 낮은 에너지 상태로 이동되거나, 입사광보다 긴 파장의 광자를 방출하면서 밸런스밴드(balance abnd)대로 이완될 수 있다.When the photon's energy is greater than the bandgap energy of silicon carbide when ultraviolet photons are incident on the silicon carbide crystal surface, the photon excites the electrons of the balanced band to the conduction band. The excited electrons can emit heat to move to a lower energy state or relax in a balance band while emitting photons of longer wavelengths than incident light.
실리콘카바이드 소재와 광자 간의 상호작용에 의해 긴 파장으로 파장 이동이 되는 현상을 포토루미네선스(photoluminescence) 라고 부른다.A phenomenon in which a wavelength shifts to a long wavelength due to the interaction between a silicon carbide material and a photon is called photoluminescence.
실리콘카바이드 폴리타입들은 서로 차이나는 밴드갭(band gap)을 갖고 있기 때문에 포토루미네선스 색에 의해 폴리타입은 식별되어질 수 있다. Since the silicon carbide polytypes have different band gaps, the polytypes can be identified by the photoluminescence color.
예를 들어, 4H-SiC의 밴드갭은 2.44eV이고 루미네선스 색은 녹색이다. 6H-SiC의 밴드갭은 2.12eV이고 루미네선스 색은 노란색이며, 15R-SiC의 밴드갭은 1.6eV이고 루미네선스 색은 오렌지 색이다.For example, the band gap of 4H-SiC is 2.44 eV and the luminescence color is green. The band gap of 6H-SiC is 2.12 eV, the luminescence color is yellow, the band gap of 15R-SiC is 1.6 eV, and the luminescent color is orange.
이러한 특성으로 인하여 자외선 포토루미네선스를 이용하여 실리콘카바이드 샘플의 폴리타입을 분석하여 결정할 수 있다.Due to these properties, it can be determined by analyzing the polytype of the silicon carbide sample using ultraviolet photoluminescence.
그리고, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 참조될 수 있는 심볼(symbol)에 관하여 아래의 표 1에 간략히 나타내었다.Symbols which can be referred to in explaining the embodiments of the present invention are briefly shown in Table 1 below.
자외선 포토루미네선스(PL : Photoluminescence) 이미징 테스트 즉, 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석과 포토루미네선스 스펙트로미터와의 차이점에 대하여 간단히 언급하면 다음과 같다. The following is a brief description of the difference between the ultraviolet photoluminescence (PL) imaging test, that is, the polytype analysis of crystals using ultraviolet photoluminescence and the photoluminescence spectrometer.
포토루미네선스 스펙트로미터의 경우, 실리콘카바이드의 폴리타입 결정은 포토루미네선스 분광계, 라만 분광계 또는 고분해능 XRD (HR-XRD)와 같은 회절계 또는 투과전자현미경(TEM)과 같은 현미경을 사용하여 수행될 수 있다. In the case of a photoluminescence spectrometer, the polytype crystal of silicon carbide is performed using a microscope such as a diffraction system such as a photoluminescence spectrometer, a Raman spectrometer or a high resolution XRD (HR-XRD) or a transmission electron microscope (TEM) .
이러한 방법은 측정할 수 있는 추가재료 특성 이외에도 정밀하게 폴리타입을 측정 할 수 있지만 점 검출(pint detection)만 가능하고, 샘플을 준비하는 데 많은 시간과 비용이 많이 소요된다는 점에서 활용되기가 어렵다.In addition to the additional material properties that can be measured, this method can be used precisely to measure the polytype but can only be used for pint detection, and it is difficult to utilize because it takes a lot of time and cost to prepare the sample.
도 1 은 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석과 PL 분광계(PL spectrometer)를 이용한 분석을 개략적으로 나타낸 것이다. 두 방법 모두 포토루미네선스 빔이 샘플에서 방출된다는 점에서 동일하지만, 이를 분석하는 상세한 방법은 완전히 다르다.FIG. 1 schematically shows a polytype analysis of crystals using ultraviolet photoluminescence and an analysis using a PL spectrometer. Both methods are identical in that the photoluminescence beam is emitted from the sample, but the detailed method of analyzing it is completely different.
도 1(a)는 빛의 스펙트럼을 개략적으로 나타낸 것이다. Fig. 1 (a) schematically shows the spectrum of light.
실리콘카바이드 샘플로부터 임의의 파형의 파동을 방출하는 포토루미네선스 광이 방출되면, 도 1(b)에서 참조되는 바와 같이, 포토루미네선스 광을 단색광으로 분할하여 줄 수 있는 단색계(monochrometer)를 포토루미네선스 스펙트로미터로서 사용하며, 도 1(c)에서 참조되는 바와 같이 광검출기로 광의 강도를 측정함으로써 파장을 파악한다.When a photoluminescence light that emits a wave of a certain waveform is emitted from a silicon carbide sample, as shown in Fig. 1 (b), a monochromator capable of dividing the photoluminescence light into monochromatic light, Is used as a photoluminescence spectrometer, and the wavelength is determined by measuring the intensity of light with a photodetector as shown in Fig. 1 (c).
한편, 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석은 PL 스펙트로미터의 방법과 많이 다르다. On the other hand, the analysis of the polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence is very different from the method of PL spectrometer.
도 1(d)에서 참조되는 바와 같이, 인간의 눈에는 광도를 감지하는 센서라고 할 수 있는 망막이 있다. 망막은 적색, 녹색 및 청색(RGB : red, green, blue)을 각각 감지하는 3 종류의 원뿔(cones)로 구성된다고 할 수 있다. As shown in Fig. 1 (d), there is a retina in the human eye, which can be referred to as a sensor for detecting brightness. The retina consists of three cones that detect red, green, and blue (RGB: red, green, blue), respectively.
인간의 원뿔 세포(cone cells)의 RGB 색의 정규화(normalized)된 스펙트럼 감도는 도 1(e)에서 참조되는 바와 같다. 이것은 파장에 따른 원추 감도의 가중치 함수이다.The normalized spectral sensitivity of the RGB color of human cone cells is as shown in Fig. 1 (e). This is a weight function of the cone sensitivity along the wavelength.
빛이 원뿔 세포에 입사 할 때, 원뿔 세포는 전체 강도를 감지한다. 이 강도는 정규화된(normalized) 분광 감도로 가중된다.When light enters the cone cell, the cone cell senses the total intensity. This intensity is weighted with normalized spectral sensitivity.
다음의 관계식(A.1.1 ~ A.1.3)은 망막에 의해 인지되는 RGB 색의 총 강도이다. 여기서, X, Y, Z는 RGB 색상을 의미한다고 할 수 있다. 총 강도(intensity)는 450nm ~ 850nm의 파장에 대한 정규화된(normalized) 스펙트럼 밀도를 곱한 광의 강도 분포의 적분으로 나타낼 수 있다. The following relationships (A.1.1 to A.1.3) are the total intensity of RGB colors recognized by the retina. Here, X, Y, and Z mean RGB colors. The total intensity can be expressed as an integral of the intensity distribution of the light times the normalized spectral density for a wavelength of 450 nm to 850 nm.
그 후, XYZ의 전체 강도는 관계식(A.1.4 ~ A.1.6)에 따라 다시 정규화(normalized)되고 도 1(f)에서 참조되는 바와 같이 색상 점(x, y, z)는 색상공간 그려질 수 있다.Thereafter, the total intensity of XYZ is normalized again according to the relational expressions (A.1.4 to A.1.6), and the color point (x, y, z) is drawn in the color space .
다음으로, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법을 수행할 수 있는 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석시스템에 대해서 설명하기로 한다. Next, with reference to FIG. 2, a description will be given of a polytype analysis system for crystals using ultraviolet photoluminescence capable of performing a method of analyzing a polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention .
실리콘카바이드 결정(10)은 다양한 기법에 따라 성장되어질 수 있다. 본 발명에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법은 다양한 성장기법에 불구하고 어떤 샘플에 대해서든 적용될 수 있다. 게다가, 샘플이 웨이퍼상태이든 인곳(ingot)상태이든 상관없이 응용될 수 있다. The
그리고, 샘플(10)의 표면에서 자외선이 산란되지 않고, 포토루미네선스 광이 디지털카메라와 같은 카메라장치(200)에 직접 입사될 수 있도록 실리콘카바이드 샘플(10)의 표면을 편평하게 연마하여 측정의 정확도를 향상시키는 것 또한 바람직하다. The surface of the
실리콘카바이드 샘플(10)이 놓이게 되는 스테이지(미도시)는 실리콘카바이드 샘플이 안정적으로 배치될 수 있도록 받쳐준다. 스테이지는 무진동(non-vibration) 상태 또는 반진동(anti-vibration) 상태의 스테이지를 이용하면, 진동에 의한 노이즈 발생이 예방될 수 있으므로 바람직하다. The stage (not shown) in which the
광원(light source, 100)은 가시광선 뿐만 아니라 자외선 광을 방출할 수 있는 것이 바람직하다. The
광원(100)에서 방출되는 자외선의 파장은 150 나노미터 내지 400 나노미터 사이에 해당되는 비가시광 영역(non-visible range) 또는 모노크로매틱(monochromatic) 범위에 해당되는 것이 바람직하다. The wavelength of the ultraviolet light emitted from the
광원(100)에서 방출되는 자외선의 강도는 600 mW/cm2 또는 그 이상의 강도인 것이 바람직하다.The intensity of the ultraviolet rays emitted from the
실리콘카바이드 샘플(10)과 광원(100) 사이의 거리는 약 10 내지 30 센티미터 정도가 되도록 배치시킬 수 있으며, 필요에 따라 달리 설정하는 것 또한 가능하다.The distance between the
광원(100)의 렌즈(미도시)는 입사되는 자외선 빔을 실리콘카바이드 샘플(10) 위에 포커싱(focusing) 하는데 이용될 수 있다. 그리고, 실리콘카바이드 샘플(10) 상에 고른 강도로 자외선 빔이 퍼져서 입사될 수 있도록 하기 위하여 렌즈의 위치 및 초점거리는 미리 선택 또는 설정되어져 있는 것이 바람직하다. A lens (not shown) of the
반사모드(reflectance mode)에서 광원(100)과 실리콘카바이드 샘플(10) 사이의 각도(0 내지 360 도) 는 자외선 광원(100)에서 발광된 빛이 카메라장치(200) 측으로 바로 입사되는 것을 예방하고 실리콘카바이드 샘플(10)에서 방출되는 포토루미네선스(photoluminescence beam)만을 카메라장치(200)이 측정할 수 있도록 배치가 이루어지는 것이 바람직하다.The angle (0 to 360 degrees) between the
전달모드(transmission mode)에서, 실리콘카바이드 샘플(10) 측에서 방출된 빔은 카메라장치(200)를 이용하여 측정될 수 있다. In the transmission mode, the beam emitted from the
광원(100)에서 방출되는 자외선 빔이 실리콘카바이드 샘플(10)의 표면적 전반에 걸쳐서 충분히 비추어줄 수 있도록 빔익스펜더(Beam expander)(110)를 이용하여 자외선을 확산시켜주는 것도 바람직하다. It is also preferable to diffuse the ultraviolet light using a
이를 위해 빔익스펜더(110)를 광원(100)과 실리콘카바이드 샘플(10) 사이의 광경로상에 위치하도록 광원(100)의 앞에 배치시킬 수 있다. The
만일 포토루미네선스 이외의 빛이 카메라장치(200) 측으로 입사되면, 측정을 방해할 수도 있다. 따라서, 자외선만을 통과시켜줄 수 있는 제1광학밴드패스필터(optical bandpass filer)(120)를 이용하는 것이 바람직하다. If light other than photoluminescence is incident on the
제1광학밴드패스필터(120)는 자외선 범위를 제외한 파장의 광을 필터링하기 위해 광원(100) 앞측에 위치하거나 빔익스펜더(110) 앞에 위치되는 것이 바람직하다. 제1광학밴드패스필터(120)의 파장에 따른 투과율 분포는 도 4에서 참조되는 바와 같이 목적으로 하는 자외선 광만을 통과시킬 수 있는 것이 바람직하다.The first optical band-
제2광학밴드패스필터(130)는 실리콘카바이드 샘플(10)으로부터 반사되는 빔을 필터링하고 실리콘카바이드 샘플(10)으로부터 방출된 포토루미네선스 빔을 투과시켜주기 위하여 카메라장치(200)와 실리콘카바이드 샘플(10) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. The second
그리고, 실리콘카바이드 샘플(10)에서 방출되는 포토루미네선스를 입사받아서 이미지정보를 획득하기 위한 카메라장치(200)로서 디지탈카메라를 이용할 수 있다. 이러한 디지탈카메라로서 좀 더 바람직하게는 CCD카메라를 이용할 수도 있다. A digital camera may be used as the
그리고, 실리콘카바이드 샘플(10)에서 방출되는 포토루미네선스를 찍을 수 있도록 바람직한 카메라조건으로 설정되는 것이 바람직하다. And, it is preferable to set the preferable camera condition so that photoluminescence emitted from the
구체적인 카메라조건의 일 예를 들자면, ISO 노출은 500±100, f수(f/#)는 f/1.8 내지 f/3.2, 노출보상은 없으며(zero), 셔터스피드는 1/30-50, 그리고 화이트밸런스는 6500K 로 할 수 있다. 이는 자외선 포토루미네선스를 위한 표준적 조건이라고 할 수도 있으며, 필요에 따라 조건을 변경시킬 수도 있다.As an example of specific camera conditions, ISO exposure is 500 ± 100, f (f / #) is f / 1.8 to f / 3.2, exposure compensation is zero, shutter speed is 1 / 30-50, The white balance can be set to 6500K. This may be referred to as a standard condition for ultraviolet photoluminescence, and may be changed as necessary.
실리콘카바이드 샘플(10) 측으로부터 방출된 포토루미네선스로부터 카메라장치(200)는 이미지정보를 획득하게 된다. 여기서 카메라장치(200)가 획득한 포토루미네선스 이미지정보는 RGB 형식(format)인 것이 바람직하며, 카메라장치 내에 저장된다. From the photoluminescence emitted from the
그리고, 카메라장치(200)에 의해 획득된 이미지정보는 데이터처리장치(300)측으로 전달된다.Then, the image information acquired by the
데이터처리장치(300)는 카메라장치(200)로부터 포토루미네선스 이미지정보를 전달받는다. 그리고 전달받은 포토루미네선스 이미지정보를 소정의 색상공간(color space)에 나타낼 수 있도록 적어도 하나 이상의 색상점(color point)로 변환처리한다. The
그리고 데이터처리장치(300)는 소정의 색상공간과 변환처리된 색상점에 관한 정보를 디스플레이장치(400) 측으로 전달하여 외부에서 인식할 수 있도록 한다.Then, the
그리고 데이터처리장치(300)에는 결정의 다양한 폴리타입들에 관한 정보가 저장되어 있는 데이터베이스(미도시)를 구비하고 있는 것이 바람직하다. The
이러한 데이터베이스를 구비하고 있는 경우 데이터처리장치(300)는 변환처리된 색상점이 색상공간 내 어느 좌표에 해당되는지 파악하고, 데이터베이스에 저장된 다양한 폴리타입들에 관한 정보와 비교하여 실리콘카바이드샘플(10)의 폴리타입이 어떤 폴리타입에 해당되는지 판단하여 판단결과정보를 얻을 수 있다. If such a database is provided, the
데이터처리장치(300)가 얻은 판단결과정보 또한 디스플레이장치(400)측으로 전달될 수 있으며, 외부에서 판단결과정보를 인식할 수 있도록 디스플레이장치(400)가 디스플레이하게 된다.The determination result information obtained by the
디스플레이장치(400)는 데이터처리장치(300)에서 변환처리된 색상점을 외부에서 인식할 수 있도록 색상공간과 색상점을 디스플레이한다.The
그리고 좀 더 바람직하게는, 데이터처리장치(300)가 실리콘카바이드 샘플의 폴리타입에 대하여 판단한 판단결과정보 또한 데이터처리장치(300)에서 디스플레이장치(400) 측으로 전달되고, 디스플레이장치(400)는 이러한 판단결과정보 또한 디스플레이한다.More preferably, judgment result information determined by the
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법을 실시할 수 있는 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, FIG. 2 is a view schematically showing a system for analyzing a polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence capable of conducting a method of analyzing a polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention, and FIG.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart schematically illustrating a method of analyzing a polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법은 자외선조사단계, 포토루미네선스 이미지정보 획득단계 및 데이터처리단계 를 포함하여 이루어지며, 좀 더 바람직하게는 준비단계, 디스플레이단계를 더 포함하며, 더욱 바람직하게는 판단단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 2 to 3, a method for analyzing a polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence according to an embodiment of the present invention includes an ultraviolet ray irradiation step, a photoluminescence image information acquisition step, and a data processing step And more preferably includes a preparation step and a display step, and more preferably, the determination step may be further included.
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준비단계(S010)는 실리콘카바이드 샘플(10)에 자외선을 조사시켜주는 자외선조사단계 이전에 이루어지는 단계로서, 실리콘카바이드 샘플(10)에 대하여 클리닝(cleaning)을 시켜주는 단계이다. The preparing step S010 is a step prior to the ultraviolet ray irradiation step of irradiating the
실리콘카바이드 샘플(10)에 대하여 클리닝을 해줌으로써 불필요한 노이즈 등이 발생되는 것을 억제할 수 있으므로 바람직하다.Cleaning is performed on the
예를 들어, 실리콘카바이드 웨이퍼 표면에 먼지나 습기 등과 같은 이물질이 제거되도록 아세톤이나 에탄올 등과 같은 적절한 용매를 적신 깨끗한 티슈로 닦아서 클리닝을 해준다. 클리닝하면서 표면에 묻은 용매는 증발시켜준다.For example, the surface of a silicon carbide wafer is cleaned by wiping with a clean tissue moistened with an appropriate solvent such as acetone or ethanol to remove foreign matter such as dust and moisture. During the cleaning process, the solvent on the surface is evaporated.
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자외선 조사단계(S100)는 광원(light source)로부터 발광된 자외선이 실리콘카바이드 샘플(10)의 표면 측으로 조사되는 단계이다.The ultraviolet ray irradiation step (S100) is a step in which ultraviolet light emitted from a light source is irradiated to the surface side of the silicon carbide sample (10).
자외선 포토루미네선스 빔을 방해할 수 있는 다른 빛을 방지하기 위하여 어두운 곳에서 이루어지는 것이 바람직하다.It is desirable to be done in a dark place to prevent other light which may interfere with the ultraviolet photoluminescence beam.
그리고, 실리콘카바이드 샘플(10)이 놓이게 되는 스테이지(미도시)는 실리콘카바이드 샘플(10)이 안정적으로 배치될 수 있도록 받쳐준다. 스테이지는 무진동(non-vibration) 상태 또는 반진동(anti-vibration) 상태의 스테이지를 이용하면, 진동에 의한 노이즈 발생이 예방될 수 있으므로 바람직하다. The stage (not shown) where the
그리고, 카메라장치(200)인 CCD 카메라의 광축이 실리콘카바이드 샘플(10)에 일치되도록 배치하여 CCD카메라에 입사되는 자외선 포토루미네선스의 강도를 최대화시켜 줄 수 있는 것이 바람직하다.It is preferable that the optical axis of the CCD camera, which is the
광원(100)에서 발광된 자외선은 빔익스펜더(110)로 입사되어 빔이 확산되고, 이어서 자외선이 제1광학밴드패스필터(120)로 입사되어 필터링된다. 그리고 필터링 된 자외선이 실리콘카바이드 샘플(10)의 표면에 조사된다.The ultraviolet light emitted from the
여기서, 제1광학밴드패스필터(120)에 의하여 필터링되어 투과되는 자외선의 파장은 도 4에서 참조되는 바와 같이 300nm 내지 400nm 사이에 해당되는 것이 바람직하다. Here, the wavelength of ultraviolet light that is filtered and transmitted by the first optical band-
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포토루미네선스 이미지정보 획득단계(S200)는 자외선조사단계(S100)에서 자외선이 조사된 샘플(10)의 표면 측으로부터 방출되는 포토루미네선스(Photoluminescence)를 카메라장치(200)가 입사받아서 포토루미네선스 이미지정보를 획득하는 단계이다.In the photoluminescence image information acquiring step S200, the photoluminescence emitted from the surface side of the
자외선조사단계(S100)에서 실리콘카바이드 샘플(10)에 조사된 자외선에 의하여 실리콘카바이드 샘플(10)으로부터 자외선 포토루미네선스가 방출된다.Ultraviolet ray photoluminescence is emitted from the
여기서, 실리콘카바이드 샘플(10) 측으로부터 방출되어오는 포토루미네선스가 카메라장치(200)에 입사되기 전에 제2광학밴드패스필터(130)에 의해 필터링되는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the photoluminescence emitted from the
제2광학밴드패스필터(130)에 의해 실리콘카바이드 샘플(10)으로부터 반사되는 빔이 차단되고, 실리콘카바이드 샘플(10)으로부터 방출된 포토루미네선스 빔만이 카메라장치(200)인 CCD카메라(200)에 입사되므로 바람직하다는 것이다. The beam reflected from the
이처럼, 제2광학밴드패스필터(130)에 의해 필터링된 자외선 포토루미네선스만이 CCD 카메라(200)에 입사되는 것이 바람직하다는 것이다. 여기서, 제2광학밴드패스필터(130)의 파장에 따른 투과율 분포는 도 5에 도시된 바와 같다. As described above, it is preferable that only the ultraviolet photoluminescence filtered by the second optical band-
도 5에서 참조되는 바와 같이 제2광학밴드패스필터(130)에 의하여 필터링되어 CCD카메라(200) 측으로 입사되어 필터링된 포토루미네선스의 파장은 450nm 보다 큰 것이 바람직하다.As shown in FIG. 5, it is preferable that the wavelength of the filtered photoluminescence that is filtered by the second
제2광학밴드패스필터(130)를 투과한 자외선 포토루미네선스가 카메라장치(200)에 입사되면, 카메라장치는 이를 찍음으로써 자외선 포토루미네선스 이미지정보를 획득하게 된다.When the ultraviolet photoluminescence transmitted through the second
그리고, 자외선 포토루미네선스 이미지정보가 RGB(Red, Green, Blue) 형식(format)의 정보로서 CCD카메라와 같은 카메라장치(200)에 저장된다.The ultraviolet photoluminescence image information is stored in the
<< S300 >><< S300 >>
데이터처리단계(S300)는 포토루미네선스 이미지 획득단계(S200)에서 카메라장치(200)에 획득된 포토루미네선스 이미지정보가 카메라장치(200) 측으로부터 데이터처리장치(300) 측으로 전달되고, 실리콘카바이드 샘플(10)의 폴리타입(polytype)이 판단될 수 있도록, 데이터처리장치(300)가 포토루미네선스 이미지정보를 소정의 색상공간 상에 나타낼 수 있는 적어도 하나 이상의 색상점(color point)으로 변환시키는 단계이다.In the data processing step S300, the photoluminescence image information obtained in the photoluminescence image acquiring step S200 is transmitted from the
CCD카메라(200)로 찍은 자외선 포토루미네선스 이미지정보는 소정의 색상 공간으로 변환되는 것이 바람직하다. The ultraviolet photoluminescence image information taken by the
여기서 소정의 색상공간은 CIE 1931 표준측색시스템에 따라 규정되는 색상공간인 것이 바람직하다. Wherein the predetermined color space is a color space defined according to the CIE 1931 standard colorimetry system.
도 6은 CIE1931 형식(format)에 따른 색상공간을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6에서 참조되는 바와 같이, CIE1931 형식(format)에 따른 색상공간 상에 표시될 수 있도록 카메라장치에 의해 저장된 RGB 이미지가 적어도 하나 이상의 색상점으로 변환된다.6 is a diagram schematically showing a color space according to the CIE 1931 format. 6, an RGB image stored by the camera device is converted to at least one color point so that it can be displayed on the color space according to the CIE 1931 format.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같은 색상공간 상의 색상점으로 표시될 수 있으며, 색상공간 상에서의 색상점 위치에 의해 폴리타입이 판단되어 결정될 수 있다.Then, it can be displayed as a color point on the color space as shown in FIG. 6, and the polytype can be determined by the color point position on the color space and can be determined.
자외선 포토루미네선스로 얻은 이미지정보를 색상공간에 나타기위한 변환에 대해 설명한다.Explains the conversion of image information obtained by ultraviolet photoluminescence to color space.
폴리타입의 경계들(boundaries)은 도 7의 좌측 그래프에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다. 적색선은 폴리타입선을 나타낸다. 도 7의 좌측 그래프에서 검정색선은 폴리타입선 사이의 경계선이며, 주요 폴리타입(major polytypes)이 무엇인지 결정하는데 도움을 준다.The boundaries of the polytype can be represented as shown in the left graph of FIG. The red line represents the polytype line. The black line in the left graph of FIG. 7 is the boundary line between the polytype lines and helps to determine what the major polytypes are.
도 7의 우측 그래프에서는 밴드갭 경계들을 나타내었다. 색상공간의 가장자리에 표시된 파장은 그것의 밴드갭을 의미한다. 따라서 샘플의 밴드갭이 알려져있지 않은 경우 이 그래프를 이용하여 밴드갭을 예측할 수 있다. The bandgap boundaries are shown in the right graph of FIG. The wavelength displayed at the edge of the color space means its bandgap. Therefore, if the band gap of the sample is not known, the bandgap can be predicted using this graph.
자외선 포토루미네선스 이미지정보는 실리콘카바이드의 폴리타입 식별을 위해 폴리타입 경계가 있는 CIE1931 색상 공간으로 변환되는 것이 바람직하다.The ultraviolet photoluminescence image information is preferably converted to a CIE 1931 color space with a polytype boundary for poly type identification of silicon carbide.
각각의 폴리타입은 상이한 밴드 갭 에너지를 가지며, 이는 각각의 폴리 타입이 상이한 색상을 갖는다는 것을 나타낸다. Each poly type has a different band gap energy, indicating that each poly type has a different color.
따라서 자외선 포토루미네선스 이미지가 CIE1931 색상공간으로 변환될 때 각 폴리타입은 색상 공간에서 다른 위치를 갖게 된다. Thus, when an ultraviolet photoluminescence image is converted to a CIE 1931 color space, each poly type has a different position in the color space.
0켈빈(zero kelvin)에서 색상공간 내 각 폴리타입들의 좌표에 관하여 설명하면 다음과 같다. The coordinates of each polytype in the color space in 0 kelvin are described below.
각각의 폴리타입은 고유한 밴드갭을 갖고 있으므로, 자외선이 조사될 때 0켈빈에서 단색광 포토루미네선스 빔을 방출한다. 폴리타입의 밴드갭에너지는 폴리타입 결정을 위한 기준이 될 수 있도록 서로 다르다.Each poly type has a unique bandgap, so it emits a monochromatic photoluminescence beam at 0 Kelvin when irradiated with ultraviolet light. The band gap energy of the polytype is different from that of the polytype so that it can be a reference for the polytype determination.
표 2 는 포토루미네선스 스펙트로미터에 의해 측정된 폴리타입의 파장과 플랑크의 관계식(A.1.7)에 의해 계산된 밴드갭에너지를 나타낸다.Table 2 shows the band gap energy calculated by the relation between the wavelength of the polytype measured by the photoluminescence spectrometer and Planck's relation (A.1.7).
이러한 밴드갭 또는 파장은 앞서 언급한 바와 같이 색 공간 내에서 하나의 색 점으로 변환될 수 있다.Such a band gap or wavelength can be converted into one color point in the color space as mentioned above.
도 8는 단색광을 색상공간 내에서의 색상점으로 변환시키는 것을 개략적으로 보여준다.Figure 8 schematically shows the conversion of monochromatic light into color points in the color space.
도 8(a)는 CIE 1931에 정의 된 3자극(tri-stimuli)에 따라 표준화된 스펙트럼 밀도 분포이며, 도 8(b)는 표 2의 마지막 최저점에 표시된 각 폴리타입의 단색 광도 분포(the monochromatic light intensity distribution)이며, 델타 함수의 모양을 갖추고 있다.8 (a) is a spectral density distribution normalized according to the tri-stimuli defined in CIE 1931, and FIG. 8 (b) shows the monochromatic distribution of each polytype shown at the last lowest point of Table 2 light intensity distribution, and has the shape of a delta function.
XYZ는 도 8(a), (b)의 두 분포의 곱셈과 다음의 식 (A.1.1 ~ A.1.3)에서와 같이 파장에 대한 적분에 의해 계산 될 수 있다. XYZ의 강도는 도 8(c)에 개략적으로 나타내었다. XYZ can be calculated by multiplying the two distributions of Figs. 8 (a) and (b) and integrating the wavelength as in the following equations (A.1.1 to A.1.3). The intensity of XYZ is schematically shown in Fig. 8 (c).
그리고, 정규화된 xyz는 다음의 방정식(A.1.4~A.1.6) 과 같이 계산되어지며, 도 6과 같이 도시될 수 있다.Then, the normalized xyz is calculated as the following equations (A.1.4 to A.1.6), and can be shown as in Fig.
도 6에서 참조되는 바와 같이, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC 및 3C-SiC는 색 공간의 가장자리에서 검은 점으로 표시된다.As shown in FIG. 6, 4H-SiC, 6H-SiC, 15R-SiC and 3C-SiC are indicated by black dots at the edge of the color space.
그리고, 단색광은 항상 색상 공간의 가장자리에 배치된다. 흰색의 RGB의 경우에는 좌표가 (1/3, 1/3, 1/3)이기 때문에 중앙의 검정색 점은 흰색 점을 나타낸다. 15R-SiC와 3C-SiC의 단색 파장은 770nm와 780nm에 너무 가깝기 때문에 색 공간으로 변환할 때 변환된 점은 그림 도 6에서 참조되는 바와 같이 중첩된다.The monochromatic light is always arranged at the edge of the color space. In the case of white RGB, since the coordinates are (1/3, 1/3, 1/3), the center black dot indicates a white point. Since the monochromatic wavelengths of 15R-SiC and 3C-SiC are too close to 770nm and 780nm, the converted points are superimposed as shown in Fig.
이와 같이 데이터처리단계(S300)에서 포토루미네선스 이미지정보를 색상공간 상에 나타낼 수 있는 적어도 하나 이상의 색상점으로 변환시켜준다. In this manner, the data processing step S300 converts the photoluminescence image information into at least one color point that can be represented in the color space.
그리고 데이터처리단계(S300)에서 변환처리된 색상점을 외부에서 인식할 수 있도록 디스플레이장치(400)가 색상공간과 색상점을 디스플레이 해주게 된다.Then, the
따라서, 데이터처리단계(S300) 다음에 디스플레이단계(S400)으로 진행하는 것 또한 바람직하지만, 판단단계(S310)을 거친 후에 디스플레이단계(S400)로 진행되는 것 또한 바람직하다.Accordingly, it is also preferable to proceed to the display step S400 after the data processing step S300, but it is also preferable that the display step S400 is performed after the determination step S310.
<< S310 >><< S310 >>
판단단계는(S310)는 데이터처리단계(S300) 이후에 이루어지는 단계로서, 데이터처리장치(300)가 데이터베이스에 저장되어 있는 결정의 폴리타입들에 관한 정보와 비교하여 실리콘카바이드 샘플(10)의 폴리타입을 판단하는 단계이다.The determination step S310 is a step after the data processing step S300 in which the
매우 낮은 온도에서 포토루미네선스 빔은 델타 함수 형태를 갖기 때문에 단색이다. 그러나 온도가 높아지면 포토루미네선스 빔은 가우스 분포의 형태를 갖추게 된다.At very low temperatures, the photoluminescence beam is monochromatic because it has a delta function form. However, when the temperature rises, the photoluminescence beam has a Gaussian distribution.
포토루미네선스 빔의 이러한 성질은 식 (B.2.1)에 나타난 가우시안 함수로 모델링 할 수 있으며, β가 변하면 형상 매개 변수가 바뀌게 된다.This property of the photoluminescence beam can be modeled by the Gaussian function shown in Eq. (B.2.1), and when β changes, the shape parameters change.
식 (B.2.1)에서 β가 0이 될 때 방정식 (B.2.2)와 같은 델타 함수가 되고 최대값과 반 폭 최대값 (FWHM : Full width half maximum)은 방정식 (B.2.3), (B.2.4)과 같다. When β is 0 in equation (B.2.1), it becomes a delta function as in equation (B.2.2), and maximum and half width maximum (FWHM) are given by equations (B.2.3) and .
식 (B.2.1)에서 β는 물질에 따라 다르지만 온도가 증가함에 따라 증가한다. In equation (B.2.1), β varies with the material but increases with increasing temperature.
이러한 특성을 이용하여 폴리타입 라인이 계산되어질 수 있다.Using these properties, polytype lines can be calculated.
0켈빈(kelvin)에서 색상 공간 내 각 폴리타입의 좌표가 먼저 계산되고, 플롯팅(plotting)되어질 수 있다. 이 색상점들은 모두 색상 공간의 가장자리에 그려지게 된다.In 0 kelvin, the coordinates of each polytype in the color space are first calculated and plotted. All of these color dots are drawn at the edge of the color space.
온도가 증가함에 따라 β가 증가하며 포토루미네선스 분포의 최대 높이는 식 (B.2.3)과 같이 감소하고 식 (B.2.4)에서와 같이 폭이 증가한다.As the temperature increases, β increases and the maximum height of the photoluminescence distribution decreases as shown in (B.2.3) and increases as in (B.2.4).
그리고, 도 9에서 볼 수 있듯이 β가 무한대로 갈수록 분포가 균일하게 된다.As can be seen from Fig. 9, the distribution becomes uniform as beta goes to infinity.
폴리타입 라인은 방정식 (B.2.1)의 다양한 온도에서 가우시안 분포를 이용하여 계산될 수 있다.The polytype line can be calculated using the Gaussian distribution at various temperatures in equation (B.2.1).
도 10은 도 10(b)를 제외하고 도 8과 거의 동일한 절차(procedure)를 보여 주며, 도 9에 도시된 바와 같이 다양한 모양 매개 변수 β로 확장된다. 도 10(c)는 결과를 보여준다.Fig. 10 shows a procedure substantially the same as Fig. 8 except for Fig. 10 (b), and is extended to various shape parameters [beta] as shown in Fig. Figure 10 (c) shows the results.
도 6은 색상공간의 모서리에 있는 모든 단일 점을 그림으로 나타내지만 도 10(c)에서 참조되는 바와 같이, 온도가 변화할 때 모든 점이 선으로 그려진다. Although Figure 6 depicts all single points at the corners of the color space by way of illustration, all points are drawn as lines when the temperature changes, as shown in Figure 10 (c).
이들 라인들은 온도가 무한대가되면 포토루미네선스 빔이 균일한 분포를 이루며, RGB 색상의 강도가 동일해지기 때문에 도 10(c)에서 참조되는 바와 같이 최종적으로 (1/3, 1/3, 1/3) 즉 백색점에 수렴하게 된다. 따라서, 도 10(c)에 나타낸 바와 같이 모든 선은 흰색으로 수렴하게 된다.These lines are uniformly distributed when the temperature is infinite, and as the intensity of the RGB color becomes the same, the final luminance (1/3, 1/3, 1/3), that is, converging to the white point. Therefore, all the lines converge to white as shown in Fig. 10 (c).
참고로, 도 10(a)에서의 CIE1931 분포가 균일하지 않거나 대칭이 아니기 때문에 도 10(c)의 폴리타입 선은 직선이 아니다.For reference, the polytype line in Fig. 10 (c) is not a straight line because the CIE 1931 distribution in Fig. 10 (a) is not uniform or is not symmetrical.
또한, 15R-SiC와 3C-SiC의 라인은 너무 가깝기 때문에 구별하기가 어렵다. 폴리타입이 하나만 있는 경우 실리콘카바이드의 자외선 포토루미네선스 이미지에서 색상공간으로 변환된 점들은 이 선들 중 하나에 있게 된다.Further, the lines of 15R-SiC and 3C-SiC are too close to distinguish. If there is only one poly type, the points converted from the ultraviolet photoluminescence image of the silicon carbide into the color space are in one of these lines.
실리콘카바이드 단결정이 잘 만들어지더라도 결함과 다른 폴리타입이 있게 된다. 그래서, 색상공간으로 변환된 색상점은 하나의 폴리타입 라인에 배치되지 않고 라인 주위에 분산된다. 그러므로, 특정 폴리타입의 영역을 정의하는 경계가 필요하다.Even if the silicon carbide single crystal is well formed, there is a poly type different from the defect. Thus, the color points converted to the color space are dispersed around the lines, rather than being arranged on one polytype line. Therefore, a boundary that defines a region of a particular polytype is needed.
표 3은 인접한 폴리 타입 간의 밴드갭 에너지의 산술 평균이 표 2에 추가된 것을 나타낸 것이다.Table 3 shows that the arithmetic mean of the band gap energies between adjacent polytypes is added to Table 2.
식 (B.1.1)에서 볼 수 있듯이, 밴드갭 에너지 (E)와 파장 (λ)은 반비례하므로 산술 평균은 밴드갭 에너지 영역에서 이루어지지 않고 식 (B.1.1)을 이용하여 파장 영역으로 변환된다. As can be seen from equation (B.1.1), the band gap energy (E) and the wavelength (λ) are inversely proportional, so that the arithmetic mean is not made in the bandgap energy domain and is transformed into the wavelength domain using equation (B.1.1) .
폴리타입의 경계선(polytype boundary lines)을 얻는 절차는 앞서 설명한 바와 같다.The procedure for obtaining polytype boundary lines is as described above.
도 11은 각 폴리타입 간의 경계를 나타낸 것이다. Figure 11 shows the boundaries between each polytype.
참고로, 3C-SiC의 면적은 색상 공간이 부족하기 때문에 제외(excluded)된다.For reference, the area of 3C-SiC is excluded because of insufficient color space.
이러한 경계는 샘플의 폴리타입을 결정하기 위한 벤치마크의 역할을 하거나 목표로 하는 샘플의 성공적 제조여부 판단의 기준이 될 수 있다.Such a boundary serves as a benchmark for determining the polytype of the sample or may be a criterion for judging whether or not the target sample is successfully manufactured.
그리고, 경계와 폴리타입 라인을 포함하는 도 12 또한 폴리타입을 판단하는데 사용될 수 있다.12, which also includes a border and a polytype line, can also be used to determine the polytype.
실리콘카바이드 샘플이 완벽한 단결정이라면, 이미지에서 색상 공간으로 변환된 색상 점은 도 10(c)서 참조되는 바와 같이 곡선의 형태로 그려지는 폴리타입 라인 중 하나에 있어야 하며, 이를 통해 폴리타입은 쉽게 결정될 수 있다.If the silicon carbide sample is a perfect single crystal, then the color point converted from the image to the color space should be in one of the polytype lines drawn in the form of a curve, as referenced in Figure 10 (c) .
그러나, 샘플에 결함(defect)이 존재하거나 샘플에 둘 이상의 폴리타입이 존재하는 경우 등이 있을 수 있다. 이러한 경우, 폴리타입의 라인 주위에 색상점이 분포될 수 있다.However, there may be a defect in the sample or two or more polytypes in the sample. In this case, color points may be distributed around the lines of the polytype.
폴리타입은 질적으로(qualitatively) 결정될 수 있다. 즉, 샘플의 색상점들이 전형적인 여러 폴리타입 라인들 중 오직 하나의 폴리타입 라인에만 분포되는 경우. 샘플의 폴리타입은 그 하나에 해당되는 것으로 판단된다.The polytype can be determined qualitatively. That is, if the color points of the sample are distributed only on one polytype line among the many typical polytype lines. It is judged that the polytype of the sample corresponds to one of them.
샘플의 색상점이 여러 폴리타입의 영역에 널리 분포되어있는 경우, 각 폴리 타입 영역에 포함되는 색상점의 개수를 세고, 주요(major) 폴리타입 영역을 선택하여 결정한다. When the color points of the sample are widely distributed in the regions of the plurality of polytypes, the number of color points included in each polytype region is counted and the major polytype region is selected and determined.
그리고, 폴리타입의 종류나 밴드갭 에너지가 애매모호한 경우, 밴드갭 에너지는 도 7을 이용하여 평가될 수 있다.When the type of the polytype or the band gap energy is ambiguous, the band gap energy can be evaluated using Fig.
<< S400 >><< S400 >>
디스플레이단계(S400)는 데이터처리단계(S300)에서 변환처리된 색상점을 외부에서 인식할 수 있도록 디스플레이장치(400)가 색상공간과 색상점을 디스플레이해준다.In the display step S400, the
따라서, 디스플레이장치(400)에 표현된 색상공간과 색상점을 보고, 관리자가 직접 폴리타입을 판단할 수 있다. Therefore, the manager can directly determine the polytype by looking at the color space and color point expressed in the
그리고, 판단단계에서 판단된 실리콘카바이드 샘플(10)의 폴리타입에 대한 판단결과정보가 데이터처리장치(300)에 의해 디스플레이장치(400)로 전달되어 디스플레이장치(400)에 의해 디스플레이 되는 것 또한 바람직하다.It is also preferable that the determination result information on the polytype of the
판단단계(S310)를 더 거쳐서 디스플레이장치(400)에서 실리콘카바이드 샘플(10)에 관한 색상점, 색상공간 그리고 판단결과정보가 모두 표시되면 사용자는 보다 쉽게 실리콘카바이드 샘플(10)의 폴리타입을 파악할 수 있으므로 바람직하다.If the color point, the color space, and the determination result information regarding the
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법을 이용하여 폴리타입들의 종류를 결정하는 것 또한 가능하다.As described above, it is also possible to determine the types of polytypes by using the polytype analysis method of crystals using ultraviolet photoluminescence according to the embodiment of the present invention.
도 13은 자외선 포토루미네선스 이미지의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.13 schematically shows an example of an ultraviolet photoluminescence image.
도 13은 다양한 종류의 SiC 웨이퍼의 자외선 포토루미네선스 이미지와 색 공간으로의 변환을 보여준다. 도 13(a)는 4H-SiC의 경우를 나타낸 것이다. 변환된 데이터는 4H-SiC 라인 주위에 분포하며, 다른 것은 자외선 광원에서 노이즈가 삽입되어 무시될 수 있는 청색 영역에 분포하고 있다. Figure 13 shows the conversion of various types of SiC wafers into ultraviolet photoluminescence images and color spaces. 13 (a) shows the case of 4H-SiC. The converted data is distributed around the 4H-SiC line, and the other is distributed in the blue region where noises can be neglected in the ultraviolet light source.
그리고 도 13(b)는 6H-SiC의 경우를 나타낸 것이다. 색상점은 주로 도 13(a)와 같이 6H-SiC 라인 주변에 분포하고 다른 것은 파란색 영역에 분포한다. 도 13(a), (b)에서 폴리타입은 정확하게 식별 될 수있다.And Fig. 13 (b) shows the case of 6H-SiC. The color dots are mainly distributed around the 6H-SiC line as shown in Fig. 13 (a), and others are distributed in the blue region. In Figs. 13 (a) and 13 (b), the polytype can be correctly identified.
그러나 도 13(c) 및 도 13(d)에서 색상점들은 여러 영역에 분포되어 있으므로 실리콘카바이드 샘플의 주요 polytype을 결정하기는 어렵지만 이들의 특성을 평가할 수 있다.However, in FIG. 13 (c) and FIG. 13 (d), since the color points are distributed in various regions, it is difficult to determine the main polytype of the silicon carbide sample, but their characteristics can be evaluated.
도 14는 4H-SiC 및 6H-SiC가 혼합된 포토루미네선스 피크를 개략적으로 나타낸 것이다.14 schematically shows a photoluminescence peak in which 4H-SiC and 6H-SiC are mixed.
폴리타입이 같은 장소에서 혼합되는 경우, 색상 공간에서의 색상점 분포는 샘플에 따라 다른 특성을 갖게 된다.When the polytype is mixed in the same place, the color point distribution in the color space will have different properties depending on the sample.
도 13(c)와(d)는 혼합된 폴리타입을 갖는 SiC 웨이퍼이다. 언뜻 보기에 그림 도 13(d)는 육안 검사에서 볼 수있는 많은 종류의 색을 보여주기 때문에 그림 도 13(c)는 도 13(d)보다 낫다고 할 수 있다.13 (c) and (d) are SiC wafers having mixed polytypes. Figure 13 (c) is better than Figure 13 (d) because the figure 13 (d) shows many types of colors that can be seen in visual inspection at first glance.
도 13(c)에서 색상점은 4H-SiC 라인과 6H-SiC 라인 및 2 라인에 걸쳐 분포하고 있다. 그리고, 도 13(d)에서 색상점은 주로 4H-SiC 라인과 6H-SiC 라인에 분포한다.In Fig. 13 (c), the hue points are distributed over the 4H-SiC line, the 6H-SiC line, and the 2 lines. 13 (d), the hue points are mainly distributed in the 4H-SiC line and the 6H-SiC line.
이것들은 다음과 같이 해석 될 수도 있다. These may be interpreted as follows.
도 14(a)는 동일한 강도의 4H-SiC와 6H-SiC가 혼합 된 포토루미네선스 피크(peak)이다.14 (a) is a photoluminescence peak in which 4H-SiC and 6H-SiC having the same strength are mixed.
도 14(b)는 4H-SiC와 6H-SiC의 색상점과 함께 색상 공간에서 변환된 색상 포인트를 보여줍니다. 4H-SiC 및 6H-SiC 혼합 색상점은 순수한 4H-SiC 또는 6H-SiC 라인과 동일하지 않습니다. 패턴은 두 줄 사이의 가운데 줄에 놓이게 된다. 최종 색상은 파장에 대한 모든 단색 파의 통합이기 때문이다.Figure 14 (b) shows the color points converted from the color space with the color points of 4H-SiC and 6H-SiC. 4H-SiC and 6H-SiC mixed color points are not the same as pure 4H-SiC or 6H-SiC lines. The pattern is placed on the middle line between the two lines. The final color is the integration of all monochromatic waves to wavelength.
동일한 메커니즘에서, 4H-SiC의 강도가 6H-SiC보다 높으면, 혼합 된 색상 점은 도 14(c)에서 참조되는 바와 같이 4H-SiC 라인 측으로 구부러지며 그 반대의 경우도 도 14(d)에서 참조되는 바와 같이, 마찬가지이다. In the same mechanism, if the intensity of 4H-SiC is higher than that of 6H-SiC, the mixed color point is bent toward the 4H-SiC line side as shown in Fig. 14 (c) The same is true.
따라서 4H 및 6H 라인에 걸쳐 분포된 색상점은 동일한 장소에서 두 가지 유형의 폴리 유형과 섞여 있다는 것을 의미할 수 있다. Thus, the color points distributed over the 4H and 6H lines can mean that they are mixed with two types of poly types at the same location.
또한, 상대 강도, 즉, 폴리타입의 상대 밀도는 그 위치에 따라 계산 될 수있다.Also, the relative intensity, i.e., the relative density of the polytype, can be calculated according to its position.
그림 도 14(c)는 맨눈으로 보이는 도 14(d)보다 더 좋은 품질을 보여준다. 그러나 자외선 포토루미네선스 영상 검사 방법은 다른 분석 결과를 보여줍니다. 도 14(c)에는 중간 색상점이 많이 있으며 이는 혼합 색상 포인트가 많다는 것을 의미합니다. 그리고 그림 도 14(d)에서 4H-SiC 폴리타입 선과 6H-SiC 폴리타입 선에는 단지 두 개의 그룹만 있고 중간 분포는 없다. 이는 혼합된 색상점이 없음을 의미한다. 그러므로 도 14(d)의 샘플이 더 좋은 품질을 갖는 것이다.Figure 14 (c) shows better quality than Figure 14 (d), which is seen as the naked eye. However, ultraviolet photoluminescence imaging methods show different analytical results. There are many intermediate color points in Figure 14 (c), which means that there are many mixed color points. In Fig. 14 (d), there are only two groups of 4H-SiC polytype lines and 6H-SiC polytype lines, with no intermediate distribution. This means that there are no mixed color points. Therefore, the sample of Fig. 14 (d) has better quality.
참고로 실리콘카바이드의 침투깊이에 관련하여 설명을 덧붙이자면 다음과 같다.For reference, the depth of penetration of silicon carbide is described as follows.
실제로 육안 상으로 단일한 폴리타입이 혼합된 폴리타입으로 검출되는 이유는 포토루미네선스 빔이 침투 깊이(Penetration depth)를 통해 실리콘카바이드 샘플을 관통 할 수 있기 때문이다. 실리콘카바이드에 대한 파장의 침투 깊이는 266nm에서 100 ~ 250nm, 244nm에서 50 ~ 100nm 정도 된다.In fact, the naked eye is detected as a mixed poly type polytype because the photoluminescence beam can penetrate the silicon carbide sample through the penetration depth. The penetration depth of the wavelength for silicon carbide is about 100 to 250 nm at 266 nm and about 50 to 100 nm at 244 nm.
따라서, 이 깊이 내의 모든 폴리타입은 광원의 자외선 파장에 따라 측정될 수 있다.Thus, all the polytypes within this depth can be measured according to the ultraviolet wavelength of the light source.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법은 실리콘카바이드와 같은 결정의 폴리타입을 빠르고 정확하게 파악할 수 있으므로 LED 또는 레이저다이오드 등을 제조함에 있어서 품질의 저하가 억제되고 나아가 생산수율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, the method of analyzing the polytype of crystals using ultraviolet photoluminescence according to the embodiment of the present invention can quickly and accurately grasp the polytype of crystals such as silicon carbide. Therefore, in manufacturing LEDs or laser diodes, And the production yield can be increased.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면들을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is to be understood that the scope of the present invention is to be construed as being limited only by the embodiments, and the scope of the present invention should be understood as the following claims and their equivalents.
10 : 샘플
100 : 광원
110 : 빔 익스펜더(beam expender)
120 : 제1광학밴드패스필터(optical band pass filter)
130 : 제2광학밴드패스필터
200 : 카메라장치
300 : 데이터처리장치
400 : 디스플레이장치10: Sample
100: Light source
110: beam expender < RTI ID = 0.0 >
120: a first optical band pass filter;
130: second optical bandpass filter
200: camera device
300: Data processing device
400: display device
Claims (12)
상기 자외선조사단계에서 상기 자외선이 조사된 상기 샘플의 표면 측으로부터 방출되는 포토루미네선스(Photoluminescence)를 카메라장치가 입사받아서 포토루미네선스 이미지정보를 획득하는 포토루미네선스 이미지정보 획득단계; 및
상기 포토루미네선스 이미지 획득단계에서 상기 카메라장치에 획득된 상기 포토루미네선스 이미지정보가 상기 카메라장치 측으로부터 데이터처리장치 측으로 전달되고, 상기 샘플의 폴리타입(polytype)이 판단될 수 있도록, 상기 데이터처리장치가 상기 포토루미네선스 이미지정보를 소정의 색상공간 상에 나타낼 수 있는 적어도 하나 이상의 색상점(color point)으로 변환시키는 데이터처리단계; 를 포함하되,
상기 샘플은 실리콘카바이드(SiC)이며,
상기 광원과 상기 샘플 사이에 상기 자외선을 확산시켜주는 빔익스펜더(beam expender)가 위치하고,
상기 자외선조사단계에서,
상기 자외선이 상기 빔익스펜더를 지나 상기 샘플의 표면 측으로 조사되며,
상기 포토루미네선스 이미지정보 획득단계에서,
상기 포토루미네선스 이미지정보는 RGB(Red, Green, Blue) 형식(format)의 정보로서 상기 카메라장치에 저장되며, 0켈빈에서 델타 함수 형태를 이루거나 상기 0켈빈 보다 더 큰 온도에서 가우스 함수 형태를 이루고,
상기 데이터처리단계는,
상기 데이터처리장치를 사용하여 상기 포토루미네선스 이미지정보와 표준화된 스펙트럼 밀도의 곱을 가시광선의 파장으로 적분하여 3 자극치의 XYZ을 구하고,
상기 3 자극치의 XYZ를 x=(X/(X+Y+Z)), y=(Y/(X+Y+Z)) 및 z=(Z/(X+Y+Z))=1-x-y 로 정규화시켜 xy 를 상기 색상공간에서 상기 색상점으로 변환시키는 것을 포함하고,
상기 데이터처리단계 이후에 이루어지는 단계로서, 상기 데이터처리장치는 변환처리된 상기 색상점이 상기 색상공간 내 어느 좌표에 해당되는지 파악하고, 상기 데이터처리장치가 데이터베이스에 저장되어 있는 결정의 폴리타입들에 관한 정보와 비교하여 상기 샘플의 폴리타입을 판단하는 판단단계; 및
상기 데이터처리단계에서 변환처리된 상기 색상점을 외부에서 인식할 수 있도록 디스플레이장치가 상기 색상공간과 상기 색상점을 디스플레이하는 디스플레이단계; 를 더 포함하고,
상기 디스플레이단계에서, 상기 판단단계에서 판단된 상기 샘플의 폴리타입에 대한 판단결과정보가 상기 데이터처리장치에 의해 상기 디스플레이장치로 전달되어 상기 디스플레이장치에 의해 디스플레이 되며,
상기 데이터처리단계에서의 상기 색상공간은 CIE 1931 표준측색시스템에 따라 규정되는 색상공간인 것을 특징으로 하는,
자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
An ultraviolet light irradiation step in which ultraviolet light emitted from a light source is irradiated to the surface side of the sample;
A photoluminescence image information acquiring step of acquiring photoluminescence image information by receiving a photoluminescence emitted from a surface side of the sample irradiated with the ultraviolet light in the ultraviolet light irradiation step; And
Wherein the photoluminescence image information acquired in the camera device is transferred from the camera device side to the data processing device in the photoluminescence image acquisition step and the polytype of the sample is determined, A data processing step of converting the photoluminescence image information into at least one color point capable of being displayed on a predetermined color space; , ≪ / RTI &
The sample is silicon carbide (SiC)
A beam expander for diffusing the ultraviolet light is positioned between the light source and the sample,
In the ultraviolet ray irradiation step,
The ultraviolet rays are irradiated to the surface side of the sample through the beam expander,
In the photoluminescence image information acquiring step,
The photoluminescence image information is stored in the camera device as RGB (Red, Green, Blue) format information. The photoluminescence image information is in the form of a delta function at 0 Kelvin or a Gaussian function at a temperature greater than 0 Kelvin Respectively,
The data processing step includes:
Integrating the product of the photoluminescence image information and the standardized spectral density with the wavelength of the visible light using the data processing device to obtain XYZ of the triplet value,
(X / Y + Z)) and y = (Y / (X + Y + Z)) and z = xy to convert xy to the color point in the color space,
Wherein the data processing apparatus determines whether the color point corresponding to the transformed color point corresponds to which coordinates in the color space, and the data processing apparatus determines whether the color point corresponding to the polytype of the decision stored in the database Determining a polytype of the sample in comparison with the information; And
A display step in which the display device displays the color space and the color point so that the color point converted and processed in the data processing step can be recognized from the outside; Further comprising:
In the display step, determination result information on the polytype of the sample determined in the determination step is transmitted to the display device by the data processing device and displayed by the display device,
Characterized in that the color space in the data processing step is a color space defined according to the CIE 1931 standard colorimetry system.
Method for analyzing polytypes of crystals using ultraviolet photoluminescence.
상기 자외선조사단계 이전에 이루어지는 단계로서, 상기 샘플에 대하여 클리닝(cleaning)시켜주는 준비단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
The method according to claim 1,
A step before the ultraviolet ray irradiation step, comprising: a preparation step of cleaning the sample; Lt; RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI &
Method for analyzing polytypes of crystals using ultraviolet photoluminescence.
상기 자외선조사단계에서,
상기 광원 측에서 발광된 상기 자외선이 제1광학밴드패스필터(optical band pass filter)에 의해 필터링 되어 상기 샘플 측으로 조사되는 것을 특징으로 하는,
자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
The method according to claim 1,
In the ultraviolet ray irradiation step,
Wherein the ultraviolet light emitted from the light source side is filtered by a first optical band pass filter and irradiated to the sample side.
Method for analyzing polytypes of crystals using ultraviolet photoluminescence.
상기 제1광학밴드패스필터에 의하여 필터링 되어 상기 샘플 측으로 입사되는 상기 자외선의 파장은 300nm 내지 400nm 사이에 해당되는 것을 특징으로 하는,
자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
10. The method of claim 9,
Wherein a wavelength of the ultraviolet light that is filtered by the first optical band-pass filter and is incident on the sample side is between 300 nm and 400 nm.
Method for analyzing polytypes of crystals using ultraviolet photoluminescence.
상기 포토루미네선스 이미지정보 획득단계에서,
상기 샘플 측으로부터 방출되어오는 상기 포토루미네선스가 상기 카메라장치에 입사되기 전에 제2광학밴드패스필터에 의해 필터링되는 것을 특징으로 하는,
자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.
The method according to claim 1,
In the photoluminescence image information acquiring step,
Characterized in that the photoluminescence emitted from the sample side is filtered by a second optical band-pass filter before being incident on the camera device.
Method for analyzing polytypes of crystals using ultraviolet photoluminescence.
상기 포토루미네선스 이미지정보 획득단계에서,
상기 제2광학밴드패스필터에 의하여 필터링되어 상기 카메라장치 측으로 입사되는 상기 포토루미네선스의 파장은 450nm 보다 큰 것을 특징으로 하는,
자외선 포토루미네선스를 이용한 결정의 폴리타입 분석방법.12. The method of claim 11,
In the photoluminescence image information acquiring step,
And the wavelength of the photoluminescence filtered by the second optical band-pass filter and incident on the camera device side is larger than 450 nm.
Method for analyzing polytypes of crystals using ultraviolet photoluminescence.
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