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原文传递半导体材料的光谱测量系统、方法及装置

专利名称：	半导体材料的光谱测量系统、方法及装置
摘要：	本申请实施例提供了一种半导体材料的光谱测量系统、方法及装置。该系统包括：激发光源，用于向样品台提供激发半导体材料样品的第一光束，第一光束用于聚焦至半导体材料样品上的测量点以形成第二光束，第二光束包括半导体材料样品在第一光束照射下通过光致发光形成的出射光；第一光学元件组件，至少包括在第一光束的光路上顺序设置的光学整形元件、光学衰减元件和聚焦元件，用于使第一光束聚焦至测量点的光斑尺寸小于半导体材料样品的尺寸的二分之一；光谱测量单元，设置于样品台的一侧，用于接收第二光束，并根据第二光束生成与测量点对应的光致发光光谱。本申请解决了相关技术中半导体材料由于尺寸较小导致其光致发光光谱的测量难度较大的问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	苏州元脑智能科技有限公司
发明人：	张璐;展永政;林宁亚;张青
专利状态：	有效
申请日期：	2023-09-27T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-07T00:00:00+0800
申请号：	CN202311263694.3
公开号：	CN117007561A
代理机构：	北京康信知识产权代理有限责任公司
代理人：	王晓玲
分类号：	G01N21/63;G01N21/01;G;G01;G01N;G01N21;G01N21/63;G01N21/01
申请人地址：	215000 江苏省苏州市吴中经济开发区郭巷街道官浦路1号9幢
主权项：	1.一种半导体材料的光谱测量系统，其特征在于，包括：样品台，用于放置半导体材料样品；激发光源，设置于所述样品台的一侧，用于向所述样品台提供激发所述半导体材料样品的第一光束，所述第一光束用于聚焦至所述半导体材料样品上的测量点以形成第二光束，所述第二光束包括所述半导体材料样品在所述第一光束照射下通过光致发光形成的出射光；第一光学元件组件，至少包括在所述第一光束的光路上顺序设置的光学整形元件、光学衰减元件和聚焦元件，用于使所述第一光束聚焦至所述测量点的光斑尺寸小于所述半导体材料样品的尺寸的二分之一；光谱测量单元，设置于所述样品台的一侧，用于接收所述第二光束，并根据所述第二光束生成与所述测量点对应的光致发光光谱。 2.根据权利要求1所述的光谱测量系统，其特征在于，所述激发光源包括：激光器组件，设置于所述样品台的一侧，所述激光器组件包括多个激光器，用于发射不同波长的激光；第一控制模块，与所述激光器组件电连接，用于控制所述激光器组件中的一个所述激光器发射激光，以向所述样品台提供所述第一光束。 3.根据权利要求2所述的光谱测量系统，其特征在于，还包括：腔室，用于设置所述样品台；控温单元，设置于所述腔室内或所述腔室的一侧，用于控制所述腔室内的温度；压强控制单元，与所述腔室连通，用于对所述腔室内的压强进行调节。 4.根据权利要求1所述的光谱测量系统，其特征在于，还包括：第一驱动装置，与所述样品台连接，用于驱动所述样品台水平移动和升降；第二控制模块，与所述第一驱动装置电连接，用于控制所述第一驱动装置驱动所述样品台的移动和升降。 5.根据权利要求1至4中任一项所述的光谱测量系统，其特征在于，所述光学整形元件包括第一透镜和第二透镜，其中：所述第一透镜设置于所述激发光源的出光侧，用于将来自所述激发光源的所述第一光束聚焦至所述第一透镜；第二透镜设置于所述第一透镜的出光侧，用于将聚焦的所述第一光束平行出射。 6.根据权利要求1至4中任一项所述的光谱测量系统，其特征在于，所述第一光学元件组件还包括第一半透半返镜和第一反射镜，其中：第一半透半返镜设置于所述光学衰减元件的出光侧，用于将来自所述激发光源的所述第一光束反射至所述第一反射镜，以及透过被所述第一反射镜反射的第二光束；第一反射镜设置于所述聚焦元件的入光侧和所述第一半透半返镜的一侧，用于将所述第一半透半返镜反射的第一光束反射至所述聚焦元件，以及将来自所述样品台的第二光束反射至所述第一半透半返镜。 7.根据权利要求1至4中任一项所述的光谱测量系统，其特征在于，所述光谱测量单元包括：光谱仪，设置于所述样品台的一侧，用于将所述光致发光形成的出射光生成所述光致发光光谱；光学滤波组件，设置于所述光谱仪的入光侧，用于透过特定波长的光，其中，所述光致发光形成的出射光具有所述特定波长。 8.根据权利要求7所述的光谱测量系统，其特征在于，所述光谱测量单元还包括：遮光组件，设置于所述光谱仪的入光侧，所述遮光组件具有与所述光谱仪中的探测器对应的通孔，所述通孔用于通过所述光致发光形成的出射光。 9.根据权利要求7所述的光谱测量系统，其特征在于，还包括：第二光学元件组件，设置于所述光学滤波组件的出光侧和所述光谱仪的入光侧，用于调整所述第二光束的光路，以使第二光束入射至所述光谱仪中。 10.根据权利要求7所述的光谱测量系统，其特征在于，还包括：图像采集单元，设置于所述样品台的一侧，用于采集所述样品台上放置的所述半导体材料样品中目标区域的图像，其中，所述目标区域包括所述测量点。 11.根据权利要求10所述的光谱测量系统，其特征在于，所述图像采集单元包括：照明光源组件，设置于所述样品台的一侧，用于向所述样品台上的所述半导体材料样品提供照明光束；相机组件，设置于所述样品台的一侧，用于接收被所述目标区域反射的所述照明光束，并根据所述照明光束生成所述目标区域的图像。 12.根据权利要求11所述的光谱测量系统，其特征在于，还包括：第三光学元件组件，设置于所述第一光学元件组件的一侧和所述相机组件的入光侧，用于调整被所述目标区域反射的所述照明光束的光路，以使照明光束入射至所述相机组件中。 13.根据权利要求12所述的光谱测量系统，其特征在于，所述第三光学元件组件包括第二半透半返镜和第三反射镜，其中：所述第二半透半返镜设置于所述第一光学元件组件与所述光学滤波组件之间，用于透过来自所述第一光学元件组件的所述第二光束，以及将来自所述第一光学元件组件的照明光束反射至所述第三反射镜；所述第三反射镜设置于所述第二半透半返镜的一侧和所述相机组件的入光侧，用于将来自所述第三反射镜的照明光束反射至相机组件中。 14.根据权利要求11所述的光谱测量系统，其特征在于，所述照明光源组件包括：照明光源，用于提供所述照明光束；第四光学元件组件，设置于所述照明光源的出光侧和所述第一光学元件组件的入光侧，用于调整所述照明光束的光路，以使所述照明光束照射至所述样品台上的所述半导体材料样品。 15.根据权利要求14所述的光谱测量系统，其特征在于，所述第四光学元件组件包括第三透镜、第四透镜和第三半透半返镜，其中：所述第三透镜设置于所述照明光源的出光侧，用于将来自所述照明光源的所述照明光束聚焦至第四透镜；所述第四透镜设置于所述第三透镜的出光侧，用于将聚焦的所述照明光束平行出射；所述第三半透半返镜设置于所述第四透镜的出光侧，用于将来自所述第四透镜的所述照明光束反射至所述聚焦元件，以及透过来自所述第一光学元件组件的第二光束。 16.根据权利要求11所述的光谱测量系统，其特征在于，所述图像采集单元还包括：遮挡组件，设置于所述激发光源的出光侧；第二驱动装置，与所述遮挡组件连接，用于驱动所述遮挡组件遮挡所述激发光源发射的所述第一光束；第三控制模块，与所述第二驱动装置电连接，用于控制所述第二驱动装置驱动所述遮挡组件遮挡所述第一光束。 17.一种半导体材料的光谱测量方法，其特征在于，应用于权利要求1至16中任一项所述的半导体材料的光谱测量系统中，所述光谱测量方法包括：在所述光谱测量系统中的样品台上放置有半导体材料样品的情况下，控制所述光谱测量系统中的激发光源提供激发所述半导体材料样品的第一光束，以使得所述第一光束聚焦至所述半导体材料样品上的测量点以形成第二光束，所述第二光束包括所述半导体材料样品在所述第一光束照射下通过光致发光形成的出射光；接收所述光谱测量系统中的光谱测量单元生成的光致发光光谱，其中，所述光谱测量单元用于接收所述第二光束，并根据所述第二光束生成与所述测量点对应的所述光致发光光谱。 18.根据权利要求17所述的光谱测量方法，其特征在于，所述激发光源包括激光器组件，所述激光器组件包括多个激光器，用于发射不同波长的激光，所述控制所述光谱测量系统中的激发光源提供激发所述半导体材料样品的第一光束，包括：接收与所述半导体材料样品对应的检测信号；解析所述检测信号，得到与所述半导体材料样品对应的检测信息，所述检测信息包括所述半导体材料样品的带隙；根据所述检测信息，生成第一控制信号，以使得所述激光器组件根据所述第一控制信号输出能量大于所述半导体材料样品的带隙的所述第一光束。 19.根据权利要求17所述的光谱测量方法，其特征在于，所述光谱测量系统还包括图像采集单元和第一驱动装置，图像采集单元设置于所述样品台的一侧，所述第一驱动装置与所述样品台连接，所述光谱测量方法还包括：获取所述图像采集单元采集的所述半导体材料样品的部分区域的图像；根据所述部分区域的图像和预设图像，生成第二控制信号，以使得所述第一驱动装置根据所述第二控制信号控制所述样品台水平移动至第一目标位置，其中，所述预设图像为所述半导体材料样品的待测表面的完整图像，在所述样品台移动至所述第一目标位置的情况下，所述图像采集单元采集的图像为所述半导体材料样品中目标区域的图像。 20.根据权利要求19所述的光谱测量方法，其特征在于，所述光谱测量系统还包括照明光源组件、相机组件、遮挡组件和第二驱动装置，所述照明光源组件和所述相机组件设置于所述样品台的一侧，所述遮挡组件设置于所述激发光源的出光侧，所述第二驱动装置与所述遮挡组件连接，所述获取所述图像采集单元采集的所述半导体材料样品的部分区域的图像，包括：输出第三控制信号至所述第二驱动装置，以使得所述第二驱动装置驱动所述遮挡组件遮挡所述第一光束；在所述遮挡组件遮挡所述第一光束的情况下，输出开启信号至所述照明光源，以使得所述照明光源将照明光束照射至所述半导体材料样品的部分区域，其中，所述相机组件用于接收被所述部分区域反射的所述照明光束，并根据所述照明光束生成所述部分区域的图像。 21.根据权利要求19所述的光谱测量方法，其特征在于，所述根据所述部分区域的图像和预设图像，生成第二控制信号，包括：获取所述预设图像，其中，所述预设图像中具有与所述目标区域对应的第一像素区域；确定所述预设图像中与所述部分区域的图像对应的第二像素区域；根据所述第一像素区域在所述预设图像中的第一位置以及所述第二像素区域在所述预设图像中的第二位置，生成位移信息，其中，所述位移信息包括所述样品台在水平方向上的位移参数，所述水平方向为与所述样品台的承载面平行的任意方向，所述位移参数与所述第一位置和第二位置之间的距离对应；根据所述位移信息，生成所述第二控制信号。 22.根据权利要求20所述的光谱测量方法，其特征在于，还包括：在所述样品台移动至所述第一目标位置的情况下，输出第四控制信号和关闭信号，以使得所述第二驱动装置根据所述第四控制信号驱动所述遮挡组件解除对所述第一光束的遮挡，并使得所述照明光源根据所述关闭信号停止照射所述照明光束；获取与第一光束对应的光斑信息，其中，所述光斑信息包括所述第一光束照射至所述目标区域上的光斑尺寸；根据所述光斑信息和预设光斑尺寸，生成第四控制信号，以使得所述第一驱动装置根据所述第四控制信号控制所述样品台垂直移动至第二目标位置，其中，在所述样品台移动至所述第二目标位置的情况下，所述第一光束照射至所述目标区域上的光斑尺寸与所述预设光斑尺寸相同，所述预设光斑尺寸小于所述半导体材料样品的尺寸的二分之一。 23.一种半导体材料的光谱测量装置，其特征在于，应用于权利要求1至16中任一项所述的半导体材料的光谱测量系统中，所述光谱测量装置包括：控制模块，用于在所述光谱测量系统中的样品台上放置有半导体材料样品的情况下，控制所述光谱测量系统中的激发光源提供激发所述半导体材料样品的第一光束，以使得所述第一光束聚焦至所述半导体材料样品上的测量点以形成第二光束，所述第二光束包括所述半导体材料样品在所述第一光束照射下通过光致发光形成的出射光；接收模块，用于接收所述光谱测量系统中的光谱测量单元生成的光致发光光谱，其中，所述光谱测量单元用于接收所述第二光束，并根据所述第二光束生成与所述测量点对应的所述光致发光光谱。 24.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现所述权利要求17至22任一项中所述的方法的步骤。 25.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述权利要求17至22任一项中所述的方法的步骤。
所属类别：	发明专利