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半導(dǎo)體晶圓缺陷與少子壽命測試系統(tǒng)-SPM900
產(chǎn)品概述
PL測試是一種無損的測試方法，可以快速、便捷地表征半導(dǎo)體材料的缺陷、雜質(zhì)以及材料的發(fā)光性能。其主要功能包括：1）組分測定；對三元或四元系合金，如InGaN等，通過PL 峰位確定半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，進(jìn)而確定材料組分X；2）雜質(zhì)識別；通過光譜中的特征譜線位置，可以識別材料中的雜質(zhì)元素；3）雜質(zhì)濃度測定；4）半導(dǎo)體材料的少數(shù)載流子壽命測量；5）位錯等缺陷的相關(guān)作用研究。
基本原理：
光致發(fā)光大致經(jīng)過光吸收、能量傳遞及光發(fā)射三個主要階段，光的吸收及發(fā)射都發(fā)生于能級之間的躍遷，都經(jīng)過激發(fā)態(tài)。而能量傳遞則是由于激發(fā)態(tài)的運(yùn)動。光吸收：樣品受到紫外或可見光的照射，導(dǎo)致材料中的電子躍遷到高能態(tài)，在價帶留下空穴，電子和空穴各自在導(dǎo)帶和價帶中占據(jù)*低激發(fā)態(tài)，即導(dǎo)帶底和價帶頂，成為準(zhǔn)平衡態(tài)，也是一種暫態(tài)，不穩(wěn)定狀態(tài)，能量傳遞：準(zhǔn)平衡態(tài)下的電子和空穴復(fù)合發(fā)光，產(chǎn)生特定波長的光子，激發(fā)的電子在一段時間后返回到低能態(tài)。光發(fā)射：在電子返回低能態(tài)的過程中，釋放出能量，以光子的形式發(fā)射出來。電子躍遷到不同的低能級，就會發(fā)出不同的光子，但是發(fā)出的光子能量肯定不會比吸收的能量大。這發(fā)射的光子具有不同的波長，可用于研究材料的性質(zhì)。通過探測光的強(qiáng)度或能量分布得到曲線，形成光致發(fā)光譜(PHOTOLU-MINESCENCE SPECTROSCOPY，簡稱PL譜)。
半導(dǎo)體晶圓缺陷與少子壽命測試系統(tǒng)-SPM900主要應(yīng)用與功能
組分測定
通過測量光致發(fā)光峰位來確定半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，從而推斷材料的組成。例如，MAPBIBR:-X 的帶隙隨X值而變化，因為發(fā)光的峰值波長取決于禁帶寬度且禁帶寬度和X值有關(guān)，因此通過發(fā)光峰峰值波長可以測定組分百分比X值。
雜質(zhì)識別
通過測量材料的光致發(fā)光光譜，標(biāo)定特征譜線的位置，可以識別材料中的雜質(zhì)元素，以及對雜質(zhì)濃度進(jìn)行測定。
位錯缺陷研究
光致發(fā)光可以提供有關(guān)材料的結(jié)構(gòu)、成分及環(huán)境原子排列的信息，是一種非破壞性的、靈敏度高的分析方法。光致發(fā)光光譜可以用來研究晶體缺陷，例如離子空位和取代，這對于鈣鈦礦這樣的材料尤其重要。過多的缺陷會導(dǎo)致電子與空穴進(jìn)行非輻射復(fù)合并以熱能的形式耗散，降低材料的光致發(fā)光性能以及光伏性能。
載流子壽命研究
可以通過強(qiáng)度相關(guān)的光致發(fā)光壽命測量,確定載流子擴(kuò)散的影響以及其對總體壽命的影響。
實測數(shù)據(jù)
晶圓級半導(dǎo)體光致發(fā)光譜測試系統(tǒng)（穩(wěn)態(tài) / 時間分辨）
Wafer-scale Semiconductor Photoluminescence (PL)
Mapping System (Steady-state / Time-resolved)
針對光電半導(dǎo)體晶圓的發(fā)光特性檢測需求，以共聚焦方式在晶圓表面逐點(diǎn)采集光致發(fā)光光譜并成像。
· 整晶圓上的熒光強(qiáng)度、波長、壽命等發(fā)光參數(shù)的一致性評估
· 雜質(zhì)、缺陷、組分等對復(fù)合機(jī)制的影響
產(chǎn)品特性和核心技術(shù):
· 激光自動聚焦
· 自主研制的激光輔助離焦量傳感器:
可在光致發(fā)光譜測量的同時工作，能夠在全晶圓的范圍內(nèi)掃描時實現(xiàn)實時地自動聚焦和表面跟蹤。
· 提供紫外到可見多個不同波長的激光激發(fā)，可按用戶需求選配。
· 可選配正方向和側(cè)方向雙路熒光接收光路。
· 應(yīng)對AlGaN等深紫外半導(dǎo)體選擇定則造成的側(cè)面出光情形。
· 全自動操作。
· 提自動化的控制軟件和數(shù)據(jù)處理軟件，全軟件操作。
性能參數(shù)：
熒光激發(fā)和收集模塊 | 激發(fā)波長 | 213/266/375/405 nm |
自動對焦 | 在全掃描范圍自動聚焦和實時表面跟蹤。 對焦精度<0.2 um。 | |
顯微鏡 | 可見光物鏡，100 × / 50 × / 20 ×， 用于405 nm激發(fā)光。 近紫外物鏡，100 × / 20 ×，用于375 nm激發(fā)光。 紫外物鏡，5 ×，用于213 nm / 266 nm的紫外激發(fā)光。 | |
樣品移動和掃描平臺 | 平移臺 | 掃描范圍大于300 × 300 mm2。 *小分辨率1 m。 |
樣品臺 | 8吋吸氣臺（12吋可定制） 可兼容2、4、6、8吋晶圓片 | |
光譜儀和探測器 | 光譜儀 | 焦長320 mm單色儀，可接面陣探測器。 光譜分辨率：優(yōu)于0.2 nm @ 1200 g/mm |
熒光壽命測試模塊 | 熒光壽命測試精度 8 ps，測試范圍50 ps ~ 1 ms | |
軟件 | 控制軟件 | 可選擇區(qū)域或指*點(diǎn)位自動進(jìn)行逐點(diǎn)光譜采集 |
Mapping數(shù)據(jù)分析軟件 | 可對光譜峰位、峰高、半高寬等進(jìn)行擬合。 可計算熒光壽命、薄膜厚度、翹曲度等。 將擬合結(jié)果以二維圖像方式顯示。 |
· 上述表格中的激光波長、物鏡和單色儀等部件可以根據(jù)客戶需求調(diào)整。
應(yīng)用案例：
2英寸綠光InGaN晶圓掃描
智能化軟件平臺和模塊化設(shè)計
· 統(tǒng)一的軟件平臺和模塊化設(shè)計
· 良好的適配不同的硬件設(shè)備：平移臺、顯微成像裝置、光譜采集設(shè)備、自動聚焦裝置等
· 成熟的功能化模塊：晶圓定位、光譜采集、掃描成像Mapping、3D層析，Raman Mapping，F(xiàn)LIM，PL Mapping，光電流Mapping等。
· 智能化的數(shù)據(jù)處理模組：與數(shù)據(jù)擬合、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等結(jié)合的在線或離線數(shù)據(jù)處理模組，將光譜解析為成分、元素的分布等，為客戶提供直觀的結(jié)果。可根據(jù)客戶需求定制光譜數(shù)據(jù)解析的流程和模組
· 可根據(jù)客戶需求進(jìn)行定制化的界面設(shè)計和定制化的RECIPE流程設(shè)計，實現(xiàn)復(fù)雜的采集和數(shù)據(jù)處理功能。
顯微光譜成像控制軟件界面
強(qiáng)大的光譜圖像數(shù)據(jù)處理軟件VISUALSPECTRA
顯示：針對光譜Mapping數(shù)據(jù)的處理，一次性操作，可對整個圖像數(shù)據(jù)中的每一條光譜按照設(shè)定進(jìn)行批處理，獲得對應(yīng)的譜峰、壽命、成分等信息，并以偽彩色或3D圖進(jìn)行顯示。
顯微光譜成像控制軟件界面
3D顯示
基礎(chǔ)處理功能:去本底、曲線平滑、去雜線、去除接譜臺階、光譜單位轉(zhuǎn)化
進(jìn)階功能:光譜歸一化、選區(qū)獲取積分、*大、*小、*大/*小值位置等
譜峰擬合:采用多種峰形(高斯、洛倫茲、高斯洛倫茲等)對光譜進(jìn)行多峰擬合,獲取峰強(qiáng)、峰寬、峰位、背景等信息。
**功能:應(yīng)力擬合:針對Si、GaN、SiC等多種材料,從拉曼光譜中解析材料的應(yīng)力變化,直接獲得應(yīng)力定量數(shù)值,并可根據(jù)校正數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。
**功能:應(yīng)力擬合:針對S1、GAN、SIC等多種材料,從拉曼光譜中解析材料的應(yīng)力變化,直接獲得應(yīng)力定量數(shù)值,并可根據(jù)校正數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。
載流子濃度擬合
晶化率擬合
熒光壽命擬合
自主開發(fā)的一套時間相關(guān)單光子計數(shù)(TCSPC)熒光壽命的擬合算法，主要特色
1.從上升沿擬合光譜響應(yīng)函數(shù)(IRF)，無需實驗獲取。
2.區(qū)別于簡單的指數(shù)擬合，通過光譜響應(yīng)函數(shù)卷積算法獲得每個組分的熒光壽命，光子數(shù)比例，計算評價函數(shù)和殘差，可扣除積分和響應(yīng)系統(tǒng)時間不確定度的影響，獲得更加穩(wěn)定可靠的壽命數(shù)值。
3.*多包含4個時間組分進(jìn)行擬合。
主成分分析和聚類分析
每個主成分的譜顯示
主成分的分布圖
主成分聚類處理和分析
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