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SPM900半導(dǎo)體晶圓缺陷與少子壽命測(cè)試系統(tǒng)

PL測(cè)試是一種無(wú)損的測(cè)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(cè)定;對(duì)三元或四元系合金,如InGaN等,通過(guò)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(shí)別;通過(guò)光譜中的特征譜線位置,可以識(shí)別材料中的雜質(zhì)元素;3)雜質(zhì)濃度測(cè)定;4)半導(dǎo)體材料的少數(shù)載流子壽命測(cè)量;5)位錯(cuò)等缺陷的相關(guān)作用研究。
 
 
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產(chǎn)品概述

PL測(cè)試是一種無(wú)損的測(cè)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(cè)定;對(duì)三元或四元系合金,如InGaN等,通過(guò)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(shí)別;通過(guò)光譜中的特征譜線位置,可以識(shí)別材料中的雜質(zhì)元素;3)雜質(zhì)濃度測(cè)定;4)半導(dǎo)體材料的少數(shù)載流子壽命測(cè)量;5)位錯(cuò)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(guò)光吸收、能量傳遞及光發(fā)射三個(gè)主要階段,光的吸收及發(fā)射都發(fā)生于能級(jí)之間的躍遷,都經(jīng)過(guò)激發(fā)態(tài)。而能量傳遞則是由于激發(fā)態(tài)的運(yùn)動(dòng)。光吸收:樣品受到紫外或可見(jiàn)光的照射,導(dǎo)致材料中的電子躍遷到高能態(tài),在價(jià)帶留下空穴,電子和空穴各自在導(dǎo)帶和價(jià)帶中占據(jù)*低激發(fā)態(tài),即導(dǎo)帶底和價(jià)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(zhǎng)的光子,激發(fā)的電子在一段時(shí)間后返回到低能態(tài)。光發(fā)射:在電子返回低能態(tài)的過(guò)程中,釋放出能量,以光子的形式發(fā)射出來(lái)。電子躍遷到不同的低能級(jí),就會(huì)發(fā)出不同的光子,但是發(fā)出的光子能量肯定不會(huì)比吸收的能量大。這發(fā)射的光子具有不同的波長(zhǎng),可用于研究材料的性質(zhì)。通過(guò)探測(cè)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(jiǎn)稱PL譜)。
主要應(yīng)用與功能

組分測(cè)定
通過(guò)測(cè)量光致發(fā)光峰位來(lái)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?yàn)榘l(fā)光的峰值波長(zhǎng)取決于禁帶寬度且禁帶寬度和X值有關(guān),因此通過(guò)發(fā)光峰峰值波長(zhǎng)可以測(cè)定組分百分比X值。
雜質(zhì)識(shí)別
通過(guò)測(cè)量材料的光致發(fā)光光譜,標(biāo)定特征譜線的位置,可以識(shí)別材料中的雜質(zhì)元素,以及對(duì)雜質(zhì)濃度進(jìn)行測(cè)定。
位錯(cuò)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(lái)研究晶體缺陷,例如離子空位和取代,這對(duì)于鈣鈦礦這樣的材料尤其重要。過(guò)多的缺陷會(huì)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(guò)強(qiáng)度相關(guān)的光致發(fā)光壽命測(cè)量,確定載流子擴(kuò)散的影響以及其對(duì)總體壽命的影響。
 
實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)
晶圓級(jí)半導(dǎo)體光致發(fā)光譜測(cè)試系統(tǒng)(穩(wěn)態(tài) / 時(shí)間分辨)
Wafer-scale Semiconductor Photoluminescence (PL)
Mapping System (Steady-state / Time-resolved)
針對(duì)光電半導(dǎo)體晶圓的發(fā)光特性檢測(cè)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(zhǎng)、壽命等發(fā)光參數(shù)的一致性評(píng)估
· 雜質(zhì)、缺陷、組分等對(duì)復(fù)合機(jī)制的影響
產(chǎn)品特性和核心技術(shù):
 
· 激光自動(dòng)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(cè)量的同時(shí)工作,能夠在全晶圓的范圍內(nèi)掃描時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地自動(dòng)聚焦和表面跟蹤。
· 提供紫外到可見(jiàn)多個(gè)不同波長(zhǎng)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(duì)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(dòng)操作。
· 提自動(dòng)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(zhǎng) 213/266/375/405 nm
自動(dòng)對(duì)焦 在全掃描范圍自動(dòng)聚焦和實(shí)時(shí)表面跟蹤。
對(duì)焦精度<0.2 um。
顯微鏡 可見(jiàn)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(dòng)和掃描平臺(tái) 平移臺(tái) 掃描范圍大于300 × 300 mm²。
*小分辨率1 m。
樣品臺(tái) 8吋吸氣臺(tái)(12吋可定制)
可兼容2、4、6、8吋晶圓片
光譜儀和探測(cè)器 光譜儀 焦長(zhǎng)320 mm單色儀,可接面陣探測(cè)器。
光譜分辨率:優(yōu)于0.2 nm @ 1200 g/mm
  熒光壽命測(cè)試模塊 熒光壽命測(cè)試精度 8 ps,測(cè)試范圍50 ps ~ 1 ms
軟件 控制軟件 可選擇區(qū)域或指定點(diǎn)位自動(dòng)進(jìn)行逐點(diǎn)光譜采集
Mapping數(shù)據(jù)分析軟件 可對(duì)光譜峰位、峰高、半高寬等進(jìn)行擬合。
可計(jì)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(zhǎng)、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(tái)和模塊化設(shè)計(jì)
· 統(tǒng)一的軟件平臺(tái)和模塊化設(shè)計(jì)

· 良好的適配不同的硬件設(shè)備:平移臺(tái)、顯微成像裝置、光譜采集設(shè)備、自動(dòng)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??筛鶕?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(jì)和定制化的RECIPE流程設(shè)計(jì),實(shí)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(duì)光譜Mapping數(shù)據(jù)的處理,一次性操作,可對(duì)整個(gè)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(duì)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(tái)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(duì)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(duì)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(duì)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(kāi)發(fā)的一套時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)(TCSPC)熒光壽命的擬合算法,主要特色
1.從上升沿?cái)M合光譜響應(yīng)函數(shù)(IRF),無(wú)需實(shí)驗(yàn)獲取。
2.區(qū)別于簡(jiǎn)單的指數(shù)擬合,通過(guò)光譜響應(yīng)函數(shù)卷積算法獲得每個(gè)組分的熒光壽命,光子數(shù)比例,計(jì)算評(píng)價(jià)函數(shù)和殘差,可扣除積分和響應(yīng)系統(tǒng)時(shí)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(gè)時(shí)間組分進(jìn)行擬合。
 
熒光壽命擬合
 
主成分分析和聚類分析
 
每個(gè)主成分的譜顯示
 
主成分的分布圖
 
主成分聚類處理和分析