УСТРОЙСТВО для ВЫЯВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ПРОЗРАЧНЫХ ОБРАЗЦОВ1АЯ Советский патент 1971 года по МПК G01N21/958 

Изобретение относится к контрольно-регистрирующей аппаратуре для исследования физических параметров материалов оптическим путем.

Известны разнообразные устройства для выявления оптических неоднородностей как жидких, так и твердых сред, содержащие источник света с оптической системой, формирующей узкий световой пучок, просвечивающий образец и регистрирующий блок на выходе светочувствительного приемника, воспринимающего световой поток, прошедщий исследуемый образец. Для выполнения локального анализа необходимо сканирование образца, что в известных устройствах обеспечивается укреплением образца на подвижном держателе.

Для выявления оптической неоднородности, связанной с дефектами структуры в кристаллах или примесями в полупроводниках, необходимо использование когерентного монохроматического светового пучка строго определенной длины волны, соответствующей данному исследуемому материалу или примесям в нем. Отсюда необходимо применение лазера в качестве источника света.

Чтобы обеспечить исследование микронеоднородностей, в первую очередь микродефектов в полупроводниках, в предлагаемом устройстве образец размещен с возмолсностью

перемещения в плоскости, совпадающей с плоскостью наименьшего сечения узкого светового пучка, сформированного, например, с помощью линзового коллектива с сопряженными фокусами, а механизм перемещения держателя образца соединен через программирующий блок с тактовым генератором, управляющим релейной схемой, через которую регистрирующий блок подключен на выход светочувствительного приемника.

Кроме того, для обеспечения возможности непосредственной отбраковки некачественных образцов регистрирующий блок может включать фазочувствительную схему сравнения, на один из входов которой подключен источник эталонного напряжения, соответствующего заданному уровню светопропускания образца.

На чертеже показана принципиальная блоксхема описываемого устройства.

Непрерывное излучение монохроматического источника света (лазера) 1 модулируется по амплитуде модулятором 2 и от наклонного зеркала направляется в формирователь светового пучка 3, состоящий из линзового коллектива с сопряженнными фокусами для формирования с малыми потерями светового потока пучка, имеющего наименьшее сечение, равное 20-30 мкм, причем в этом сечении пучок сохраняет свою строгую параллельность на длине 5-7 мм. В плоскости, совпадающей с плоскостью наименьшего сечения светового пучка, расноложен с возможностью перемещения образец 4 оптического материала, закрепленный в держателе 5. Держатель с образцом установлены на предметном столике 6, который перемещается в прямоугольных координатах с помощью электропривода 7 щагового сканирования и электропривода 8 построчного сканирования. Световой ноток, прощедший через образец 4 и ослабленный за счет поглощения примесями в образце или другими неоднородностями материала, через онтическую систему 9 с большой кратностью увеличения поступает на светоделительное устройство, где разделяется на два потока.

Один из потоков направляется на светочувствительный приемник 10, а другой - на фотокатод передающей телевизионной трубки //, работающей совместно с телевизионным приемником 12.

Сигнал со светочувствительного приемника 10, пропорциопальный величине пропускания (поглощения), поступает на вход электронного усилителя 13.

Усиленный сигнал через регистрирующий блок 14 поступает на вход самопишущего прибора 15 и цифропечатающего устройства 16. Регистрирующий блок 14 подключен к блоку питания 17. Для программного сканирования в прямоугольных координатах регистрирующий блок 14 подключен к программирующему блоку 18, который осуществляет программное управление электроприводами щагового и построчного сканирования.

Таким образом, образец автоматически перемещается (сканирует) относительно неподвижного светового пучка лазера. Самопишущий прибор 15 непрерывно, а цифропечатающее устройство 16 в зависимости от выбранного режима измерения регистрируют nOviy4eHную информацию о распределении и величине микронеоднородности примеси в образце оптического или полупроводникового материала.

Вместе с тем на телевизионном приемнике анализируется картина дефектности образца, характер и размер микродефектов, распределенных по площади и толщине исследуемого образца, распределение примеси и ее неравномерность, расположение и характер полей напряжения в материале образца, а также ряд других структурных дефектов оптического или полупроводникового материала.

Регистрирующий блок 14 содержит релейную схему, интегратор, тактовый генератор, фазочувствительную схему сравнения, эталонный источник напряж:ения, стрелочный прибор - индикатор эталонного напряжения, триггерную схему синхронизации и кнопочное устройство оперативных переключений.

Программирующий блок 18 содержит числоимпульсную схему с дещифратором, тактовый генератор, преобразователь для шаговых электроприводов 7 и S, электромеханическую систему обратной связи и два реле времени.

Регистрирующий блок 14 совместно с программируюцщм блоком 18 выполняет автоматическое измерение и регистрацию информации в следующих режимах. 1. Измерение И11тегральной величины пропускания (поглощения) за всю строку сканирования. Ширина строки сканирования равна 30 мм. Длина строки равна от 20 до 50 мм. Вывод информации на самопищущий прибор и цифропечатающее устройство.

2.Измерение дискретного интегрального пропускания в выбранных участках строки сканирования.

3.Дискретное измерение пропускания через каждые 20 мкм по ходу построчного сканирования. Вывод информации на цифронечатающее устройство.

4.Сравнение фактического пропусакния через каждые 20 мкм при построчном сканировании с заданным пропусканием (отбраковка годности для данной партии кристаллов или образцов полупроводникового материала). Вывод информации на цифропечатающее устройство. Кратность увеличения оптической

системы для всех режимов измерений и визуального контроля на телевизионном приемиике от 1,7 до 800.

В регистрирующем блоке 14 кнопочным уетройством набирается ко.мбинация исходных состояний реле в зависимости от выбранного режима измерений.

Тактовый генератор вырабатывает импульсы низкой частоты, сформированные в прямоугольную форму.

Тактовые импульсы, поступая иа вход программирующего блока 18, запускают числоимпульсную схему, на выходе которой установлен дешифратор, управляющий работой двух

реле вре.мени. Реле времени определяют временной интервал прохождения импульсов генератора на преобразователь щаговых электроприводов 7 и S в зависимости от установленной длины строки сканирования образца.

Переключение реле времени на новый временной интервал или изменение щага сканирования осуществляется релейной схемой регистрирующего блока 14. Синхронизация работы тактового генератора, релейной схемы регистрирующего блока с работой программирующего блока 18 и электроприводов механизма перемещения образца осуществляется с помощью триггерной схемы синхронизации. Схема синхронизации, установленная в регистрирующ,ем блоке, работает по принципу логических операций «да, «нет, используя синхронизирующие импульсы от тактового генератора программирующего блока, импульсы от фиксатора 19 конечного перемещения, счетчика 20 числа строк сканирования. Регистрируюш,ий блок 14 содержит эталонный источник дискретного напряжения, который является задатчиком годности. Эталонное напряжение, выставленное по стрелочному индикатору

разца в процентах, сравиисается с фактическим пропусканием образца.

Сравнение производится через каждые 20 мкм строки сканирования с помощью тактового генератора, фазочувствительной схемы сравнения п релейной схемы регистрирующего блока 14. Информация выдается на вход цифропечатающего устройства 16.

Для перевода информации в цифровую форму с целью регистрации на цифропечатающей машине или для ввода в вычислительную машину при статическом анализе дефектности материала в регистрирующем блоке 14 предусмотрен измерительный преобразователь, представляющий собой усилитель переменного тока, подключенный к светочувствительному приемнику, причем выход усилителя через выпрямитель подключен к релейному преобразователю уровня напряжения в комбинацию чисел, соответствующих дешифратору цифропечатающей машины. Измерительный преобразователь при необходимости может быть заменен стандартным цифровым вольтметром с выходом на цифропечатающую машину. Для исследования дефектности оптического материала в поляризованном свете перед оптической системой 9 установлен анализатор 21, при повороте которого на определенный угол на телевизионном приемнике наблюдается поляризационная картина исследуемого образца.

Предмет изобретения

1.Устройство для выявления оптических неоднородностей прозрачных образцов, содержащее источник когерентного монохроматического света, например лазер, с оптической системой, формирующей узкий световой пучок, просвечивающий образец, укрепленный на подвижном держателе, и регистрирующий

блок на выходе светочувствительного приемника, воспринимающего световой поток, прошедший исследуемый образец, отличающийся тем, что, с целью исследования микронеоднородностей, в первую очередь микродефектов в

полупроводниках, образец размещен с возможностью перемещения в плоскости, совпадающей с плоскостью наименьшего сечения узкого светового пучка, сформированного, например, с помощью линзового коллектива с

сопряженными фокусами, а механизм перемещения держателя образца соединен через программирующий блок с тактовым генератором, управляющим релейной схемой, через которую регистрирующий блок подключен на

выход светочувствительного приемника.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что регистрирующий блок включает фазочувствительную схему сравнения, на один из входов которой подключен источник эталонного

напряжения, соответствуюп1его заданному уровню светопропускания образца.