Устройство для регистрации люминесцентного излучения Советский патент 1990 года по МПК G01N21/64 

быть

Изобретение относится к оптическим средствам измерения и может

использовано при люминесцентных

исследованиях плоских образцов, например полупроводниковых, в произ- водстзе активных элементов микроэлектроники.

Цепь изобретения - повьшение чув- гльности устройства для регистствитрации

плоек ях.образцов.

люминесцентного излучения

фиг. 1 изображена оптическая устройства для регистрации люНа

схема

минее leHTHOго излучения плоских об- разцо:з; на фиг. 2 - результаты измерений

Ус

гройство содержит источник 1

излуч1шия, эллиптическое зеркало 2, отверстие 3 в зеркале, держатель 4, образ1Щ 5, регистрирующий прибор 6, оптическую ось 7, ближний фокус 8 зеркала, базовую плоскость 9 держателя, дальний фокус 10, ограничивающую плоскость 11. На фиг. 2 изображены кривые распределения фотолюминесценции арсенида галлия, полученные на предлагаемом устройстве - кривая 12, и на известном устройстве - кривая 13.

Использованием свойств эллиптического зеркала достигается увеличение чувствительности устройства. .Кроме того, размеры эллиптического зеркала ограничены плоскостью, проходящей через ближний к выгнутой поверхности зеркала фокус, перпендику- лярно оптической оси.

Таким образом, в устройстве эл- ;Липтическим зеркалом собирается все ,люминесцентное излучение (за исключением излучения, экранируемого держателем образца), испускаемое воз- бужденной областью поверхности об- . разца, и направляется на входную щель регистрирующего прибора, что приводит к повышению чувствительности по.сравнению с известным устройством.

3

О5

эо

ел

Диаметр отверстия в эллиптическо зеркале выбирают больше или равным диаметру пучка возбуждающего излучения, так как в пртивном случае не все возбуждающее излучение принимае участие 6 возбуждении люминесценции что приводит к ухудщению чувствительности устройства. Кроме того, диаметр отверстия не должен превышать величину fj d,/fa-f j;, так как противном случае часть люминесцентного, излучения уходит сквозь отверстие в эллиптическом зеркале, не попадая на регистрирующий прибор.

В качестве источника излучения ,бьш использован гелийнеоновый лазер типа ЛГ-75/1. Возбуждающее когерентное монохроматическое излучение направляли через отверстие 3 диаметром 5 мм в эллиптическом зеркале 2 перпендикулярно исследуемому образцу 5, Образец 5 был изготовлен из монокристалла арсенида галлия размером 12x2x0,3 мм. Образец 5 располагали на держателе 4 в ближнем от вогнутой поверхности эллиптического зеркала 2 .фокусе 8. Эллиптическое зеркало 2 ограничено.плоскостью 11, проходящей через этот же фокус 8 перпендикулярно оптической оси В. Отраженное от поверхности образца 5 излучение уходит через отверстие 3 в эллиптическом зеркале 2 в окружающее пространство. Люминесцентное излучение, которое испускалось поверхностью образца 5 j все полностью, за исключением излучения, экранируемого держа- телем 4 образца 5, фокусировалось на регистрирующем приборе 6 типа поверхности эллиптического зеркала фокусе 10.

Регистрируемь ш сигнал, полученный на предлагаемом устройстве, в 12 раз превьшает сигнал, полученный на известном устройстве.

Использование эллиптического зеркала выгодно отличает предлагаемое устройство регистрации люминесцентного излучения плоских образцов от известного, так как в этом случае значительно повышается чувствитель- : ность устройства, особенно при регистрации сдабосветящихся образцов.

Диаметр держателя выбирают в 1,5 раза больше диаметра отверстия в эллиптическом зеркале, так как при 016 грж неточность юстировки может привести к попаданию возбуждающего излучения на входную щель регистрирующего прибора, что приве- . дет к сильному возрастанию фона, а J следовательно, к снижению чувствительности устройства. По этой же причине невозможно использование ва- рианта . В случае если d,,«:d,, будет экранироваться значительная 0 часть люминесцентного излучения, отраженного от поверхности зеркала, что также приведет к снижению чувствительности устройства.

Выполнение устройства для регист- 5 рации люминесцентного излучения плоских образцов может быть различным.

П р и м е р 1. Диаметр пучка возбуждающего излучения d равен 4 мм, диаметр отверстия в зеркале d ра- 0 вен 4 мм, диаметр держателя образца d, равен 6 мм.

Расстояние от поверхности .зеркала до дальнего фокуса fд равно 80 мм, расстояние от поверхности зер- 5 кала до ближнего фокуса ft равно 40 мм.

80-6

30-40

4

Сигнал на регистрирующем приборе равен 30 мВ.

П р и м е р 2. Диаметр пучка возбуждающего излучения d равен 4 мм, диаметр отверстия в зеркале d равен 9 мм, диаметр держателя образца d- равен 6 мм.

Расстояние от поверхности зеркала до дальнего фокуса fa равно 80 мм, расстояние от поверхности зеркала до ближнего фокуса fjf равно 40 мм. .

4 9 мм.

Сигнал на регистрирующем приборе равен 30 мВ.

П р и м е р 3. Дмаметр пучка воз- буждающего излучения d равен 4 мм, диаметр отверстия в зеркале d , равен 3 мм, диаметр держателя образца d.; равен 6 мм.

Расстояние от поверхности зеркала о дальнего фокуса равно 80 мм, расстояние от поверхности зеркала до ближнего фокуса равно 40 мм.

d,di;

3 мм.

Сигнал на регистрирующем приборе равен 17 мВ.

П р и м е р 4. Диаметр пучка возбуждающего излучения dj равен 4 мм

ве

диаметр отверстия в зеркале d. ра- ве 1 14 мм, диаметр держателя образцов dj равен 6 мм.

Расстояние от поверхности зеркала

до дальнего фокуса f- равно 80 мм , расстояние от поверхности зеркала до ближнего фокуса fg- равно 40 мм.

16b

разен

чу ве

СО1СОЙ

Сигнал на регистрирующем приборе

28 мВ.

Устройство обладает повышенной зствительностью по сравнению с из- ;тным устройством в 10-15 раз.- Таким образом, за счет более вы- чувствительности устройства по достоверность результатов

плоских образцов даже в T01J1 случае, если они являются слабо- св4тящимися, что необходимо при тех- огическом контроле полупроводнико : материалов (возможность отбра- ки полупроводниковых структур, не тветствующих требуемым парамет- на стадии входного контроля при активных элементов мик- лектроники.

вьпшется измерения

производстве

роз Ф о

d,

Г-

80-40

мм.

)

рмула изобретени

ния;

Устройство для регистрации люмиизлучения, включающее связанные источник излученесцентногооптически

образец и приемник излучения,

примем на оптической оси источника

,

-

-

6b85l46

размещено зеркало, выполненное

в виде эллипсоида вращения с отверстием;;- и в одном из фокусов эллипсоида установлен образец, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, источник излучения размещен вне зеркала и связан с образцом через отверстие в зеркале, 10 Р этом образец установлен на непрозрачном для излучения держателе,. расположенном перпендикулярно оптической оси, а зеркало ограничено плоскостью, проходящей перпендикулярно ,5 оптической оси через фокус, в котором установлен образец, в другом фокусе зеркала расположен приемник излучения, при этом диаметр держателя образца не менее чем в 1,5 раза 20 больше диаметра пучка источника излучения, а величина диаметра отверстия в зеркале удовлетворяет соотношению

5

где

0

d

d,

dz f

d,e

fj-d3

Vfp

$

диаметр пучка источника излучения j

диаметр отверстия в зеркале; расстояние по оптической оси от вогнутой поверхнос- ти зеркала до дальнего фо- куса;

d - диаметр держателя образцов;

ff - расстояние по оптической

оси от вогнутой поверхности зеркала до ближнего фокуса.

Изобретение относится к оптическим средствам измерения. Цель изобретения - повышение чувствительности. Устройство содержит зеркало в виде эллипсоида вращения, ограниченное плоскостью, проходящей через ближний по отношению к вогнутой поверхности зеркала фокус перпендикулярно оптической оси. Образец расположен в ближнем к источнику излучения фокусе. 2 ил.

/

Фиг.1

У,мкб 300

Фиг.2

1.5 .а