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半導體晶圓缺陷與少子壽命測試系統-SPM900
產品概述
PL測試是一種無損的測試方法，可以快速、便捷地表征半導體材料的缺陷、雜質以及材料的發光性能。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 峰位確定半導體材料的禁帶寬度，進而確定材料組分X；2）雜質識別；通過光譜中的特征譜線位置，可以識別材料中的雜質元素；3）雜質濃度測定；4）半導體材料的少數載流子壽命測量；5）位錯等缺陷的相關作用研究。
基本原理：
光致發光大致經過光吸收、能量傳遞及光發射三個主要階段，光的吸收及發射都發生于能級之間的躍遷，都經過激發態。而能量傳遞則是由于激發態的運動。光吸收：樣品受到紫外或可見光的照射，導致材料中的電子躍遷到高能態，在價帶留下空穴，電子和空穴各自在導帶和價帶中占據*低激發態，即導帶底和價帶頂，成為準平衡態，也是一種暫態，不穩定狀態，能量傳遞：準平衡態下的電子和空穴復合發光，產生特定波長的光子，激發的電子在一段時間后返回到低能態。光發射：在電子返回低能態的過程中，釋放出能量，以光子的形式發射出來。電子躍遷到不同的低能級，就會發出不同的光子，但是發出的光子能量肯定不會比吸收的能量大。這發射的光子具有不同的波長，可用于研究材料的性質。通過探測光的強度或能量分布得到曲線，形成光致發光譜(PHOTOLU-MINESCENCE SPECTROSCOPY，簡稱PL譜)。
半導體晶圓缺陷與少子壽命測試系統-SPM900主要應用與功能
組分測定
通過測量光致發光峰位來確定半導體材料的禁帶寬度，從而推斷材料的組成。例如，MAPBIBR:-X 的帶隙隨X值而變化，因為發光的峰值波長取決于禁帶寬度且禁帶寬度和X值有關，因此通過發光峰峰值波長可以測定組分百分比X值。
雜質識別
通過測量材料的光致發光光譜，標定特征譜線的位置，可以識別材料中的雜質元素，以及對雜質濃度進行測定。
位錯缺陷研究
光致發光可以提供有關材料的結構、成分及環境原子排列的信息，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。過多的缺陷會導致電子與空穴進行非輻射復合并以熱能的形式耗散，降低材料的光致發光性能以及光伏性能。
載流子壽命研究
可以通過強度相關的光致發光壽命測量,確定載流子擴散的影響以及其對總體壽命的影響。
實測數據
晶圓級半導體光致發光譜測試系統（穩態 / 時間分辨）
Wafer-scale Semiconductor Photoluminescence (PL)
Mapping System (Steady-state / Time-resolved)
針對光電半導體晶圓的發光特性檢測需求，以共聚焦方式在晶圓表面逐點采集光致發光光譜并成像。
· 整晶圓上的熒光強度、波長、壽命等發光參數的一致性評估
· 雜質、缺陷、組分等對復合機制的影響
產品特性和核心技術:
· 激光自動聚焦
· 自主研制的激光輔助離焦量傳感器:
可在光致發光譜測量的同時工作，能夠在全晶圓的范圍內掃描時實現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，可按用戶需求選配。
· 可選配正方向和側方向雙路熒光接收光路。
· 應對AlGaN等深紫外半導體選擇定則造成的側面出光情形。
· 全自動操作。
· 提自動化的控制軟件和數據處理軟件，全軟件操作。
性能參數：
熒光激發和收集模塊 | 激發波長 | 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激發光。 近紫外物鏡，100 × / 20 ×，用于375 nm激發光。 紫外物鏡，5 ×，用于213 nm / 266 nm的紫外激發光。 | |
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 | 可選擇區域或指*點位自動進行逐點光譜采集 |
Mapping數據分析軟件 | 可對光譜峰位、峰高、半高寬等進行擬合。 可計算熒光壽命、薄膜厚度、翹曲度等。 將擬合結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客戶需求調整。
應用案例：
2英寸綠光InGaN晶圓掃描
智能化軟件平臺和模塊化設計
· 統一的軟件平臺和模塊化設計
· 良好的適配不同的硬件設備：平移臺、顯微成像裝置、光譜采集設備、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，FLIM，PL Mapping，光電流Mapping等。
· 智能化的數據處理模組：與數據擬合、機器學習、人工智能等結合的在線或離線數據處理模組，將光譜解析為成分、元素的分布等，為客戶提供直觀的結果。可根據客戶需求定制光譜數據解析的流程和模組
· 可根據客戶需求進行定制化的界面設計和定制化的RECIPE流程設計，實現復雜的采集和數據處理功能。
顯微光譜成像控制軟件界面
強大的光譜圖像數據處理軟件VISUALSPECTRA
顯示：針對光譜Mapping數據的處理，一次性操作，可對整個圖像數據中的每一條光譜按照設定進行批處理，獲得對應的譜峰、壽命、成分等信息，并以偽彩色或3D圖進行顯示。
顯微光譜成像控制軟件界面
3D顯示
基礎處理功能:去本底、曲線平滑、去雜線、去除接譜臺階、光譜單位轉化
進階功能:光譜歸一化、選區獲取積分、*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)對光譜進行多峰擬合,獲取峰強、峰寬、峰位、背景等信息。
**功能:應力擬合:針對Si、GaN、SiC等多種材料,從拉曼光譜中解析材料的應力變化,直接獲得應力定量數值,并可根據校正數據進行校正。
**功能:應力擬合:針對S1、GAN、SIC等多種材料,從拉曼光譜中解析材料的應力變化,直接獲得應力定量數值,并可根據校正數據進行校正。
載流子濃度擬合
晶化率擬合
熒光壽命擬合
自主開發的一套時間相關單光子計數(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函數(IRF)，無需實驗獲取。
2.區別于簡單的指數擬合，通過光譜響應函數卷積算法獲得每個組分的熒光壽命，光子數比例，計算評價函數和殘差，可扣除積分和響應系統時間不確定度的影響，獲得更加穩定可靠的壽命數值。
3.*多包含4個時間組分進行擬合。
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
