一種基于光載流子輻射技術(shù)的高功率紫外激光光束特性測(cè)量記錄方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于光載流子輻射技術(shù)的高功率紫外激光光束特性測(cè)量記錄方法，其特征在于：紫外激光光束照射到摻雜半導(dǎo)體材料表面產(chǎn)生激光退火效應(yīng)，使得半導(dǎo)體材料由于摻雜引起的損傷得到修復(fù)，其修復(fù)程度的二維分布與激光束的光強(qiáng)分布有關(guān)。通過光載流子輻射技術(shù)測(cè)量摻雜半導(dǎo)體材料損傷修復(fù)情況的二維分布，經(jīng)標(biāo)定即可獲得紫外激光光束的二維光強(qiáng)分布。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明可以直接永久記錄高功率紫外激光光束特性；本發(fā)明可以通過簡(jiǎn)單標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理即可獲得高功率紫外激光光束特性。
【專利說明】一種基于光載流子輻射技術(shù)的高功率紫外激光光束特性測(cè)量記錄方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及紫外激光光束特性測(cè)量記錄的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于光載流子輻射技術(shù)的高功率紫外激光光束特性測(cè)量記錄方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高功率紫外激光器的發(fā)展，其在醫(yī)學(xué)、工業(yè)和軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。目前對(duì)紫外激光光束特性進(jìn)行測(cè)量的方法主要有兩種:直接測(cè)量和間接測(cè)量。直接測(cè)量采用對(duì)紫外激光響應(yīng)的紫外成像器件進(jìn)行成像；間接測(cè)量需要先將激光器輸出的紫外光信號(hào)轉(zhuǎn)換成常規(guī)波段光信號(hào)，然后采用常規(guī)波段的光成像器件對(duì)其成像。對(duì)于高功率紫外激光光束特性測(cè)量，采用上述兩種方法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，為了避免對(duì)檢測(cè)器件造成損傷，常需要光束取樣器件和衰減器對(duì)高功率紫外激光光束進(jìn)行采樣和衰減。由于光學(xué)器件存在非線性響應(yīng)和波前誤差，增加了激光光束分布特性的測(cè)量誤差。
[0003]摻雜半導(dǎo)體材料是目前半導(dǎo)體制造產(chǎn)業(yè)中的常用材料，其成本低，制作技術(shù)成熟，在紫外激光光束照射下，摻雜引起的電損傷會(huì)在不同強(qiáng)度激光退火作用下得到不同程度的修復(fù)，其修復(fù)情況的二維分布與激光束的二維光強(qiáng)分布有關(guān)，利用該特性可直接永久記錄紫外激光光束分布特性。光載流子福射技術(shù)(A.Mandelis, J.Batista, andD.Shaughnessy, Infrared photocarrier radiometry of semiconductors:Physicalprinciples, quantitative depth profilometry,and scanning imaging of deepsubsurface electronic defects, Phys.Rev.B.67, 205208 (2003))主要用于半導(dǎo)體材料輸運(yùn)特性的測(cè)量和摻雜濃度以及摻雜均勻性的檢測(cè)，由于信號(hào)強(qiáng)度隨摻雜濃度單調(diào)變化，有利于定標(biāo)，利用該技術(shù)測(cè)量得到摻雜半導(dǎo)體材料損傷修復(fù)情況的二維分布，經(jīng)標(biāo)定即可獲得紫外激光光束的二維光強(qiáng)分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于光載流子輻射技術(shù)的高功率紫外激光光束特性測(cè)量記錄方法。由于摻雜半導(dǎo)體材料在紫外激光照射下產(chǎn)生退火效應(yīng)使得半導(dǎo)體材料由于摻雜引起的損傷得到修復(fù)，其修復(fù)程度的二維分布與激光束的光強(qiáng)分布有關(guān)，使得紫外激光光束的二維光強(qiáng)分布在摻雜半導(dǎo)體材料中得到記錄；通過光載流子輻射技術(shù)測(cè)量得到摻雜半導(dǎo)體材料損傷修復(fù)情況的二維分布，經(jīng)標(biāo)定即可獲得紫外激光光束的二維光強(qiáng)分布。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為:一種基于光載流子輻射技術(shù)的高功率紫外激光光束特性測(cè)量記錄方法，其基本測(cè)量/記錄過程包括:
[0006]步驟(I)、被測(cè)高功率紫外激光光束直接照射到摻雜半導(dǎo)體材料表面，以記錄紫外激光光束二維光強(qiáng)分布；
[0007]步驟(2)、利用光載流子輻射技術(shù)對(duì)照射區(qū)域進(jìn)行成像，通過標(biāo)定獲得紫外激光光束的二維光強(qiáng)分布；
[0008]所述的對(duì)照射區(qū)域進(jìn)行成像的光載流子輻射技術(shù)可采用光電探測(cè)器進(jìn)行掃描式成像或通過InGaAs紅外相機(jī)直接成像，得到光載流子輻射信號(hào)二維強(qiáng)度分布S (x，y)。
[0009]所述的標(biāo)定過程即根據(jù)光載流子輻射信號(hào)強(qiáng)度分布S (X，y)及入射紫外光能量分布E (χ, y)與光載流子福射信號(hào)強(qiáng)度分布S (χ, y)的關(guān)系E (x, y) =f (S (x, y)),計(jì)算得到紫外激光光束二維光強(qiáng)分布E (x, y)。
[0010]所述的入射紫外激光能量與光載流子輻射信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系E(x，y)=f(S(x, y))可通過改變?nèi)肷涞綋诫s半導(dǎo)體材料表面的紫外激光總能量E，得到不同入射激光總能量時(shí)光載流子輻射信號(hào)總強(qiáng)度S，繪制S-E曲線擬合得到。
[0011]其中，通過選擇合適的摻雜半導(dǎo)體材料和合適的光載流子輻射測(cè)量過程中的激勵(lì)光波長(zhǎng)和調(diào)制頻率等參數(shù)，提高紫外激光光束特性測(cè)量精度。
[0012]其中，所述的摻雜半導(dǎo)體材料的摻雜非均勻性引起的測(cè)量誤差可通過數(shù)據(jù)處理方法消除。
[0013]其中，當(dāng)紫外激光波長(zhǎng)低于200nm時(shí)，整個(gè)記錄過程在密封的高純氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行，以避免空氣吸收和散射等因素對(duì)高功率紫外激光光束特性記錄和測(cè)量的影響。
[0014]本發(fā)明的原理是:
[0015]紫外激光光束照射到摻雜半導(dǎo)體材料表面，其光能通過電磁相互作用被半導(dǎo)體材料吸收。當(dāng)吸收的激光能量低于半導(dǎo)體材料的熔融閾值時(shí)，半導(dǎo)體材料通過固相外延再結(jié)晶，從而使得離子注入引起的晶格損傷得到一定程度的修復(fù)，其修復(fù)程度的二維分布與激光束的光強(qiáng)分布有關(guān)，而通過光載流子輻射技術(shù)測(cè)量得到摻雜半導(dǎo)體材料損傷修復(fù)情況的二維分布，經(jīng)標(biāo)定即可獲得紫外激光光束的二維光強(qiáng)分布。
[0016]本發(fā)明提供的一種基于光載流子輻射技術(shù)的高功率紫外激光光束特性記錄方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017](I)、本發(fā)明可以直接永久記錄高功率紫外激光光束特性；
[0018](2)、本發(fā)明可以通過簡(jiǎn)單標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理即可獲得高功率紫外激光光束特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為采用CCD相機(jī)測(cè)量得到的準(zhǔn)分子激光器輸出光束二維光強(qiáng)分布，箭頭為光載流子輻射測(cè)量過程中激勵(lì)光束的掃描路徑；
[0020]圖2給出了沿圖1標(biāo)示的掃描路徑測(cè)量得到的光載流子輻射信號(hào)的強(qiáng)度分布和相應(yīng)的CCD相機(jī)測(cè)量結(jié)果；
[0021]圖3為光載流子輻射信號(hào)總強(qiáng)度與入射紫外激光總能量的歸一化關(guān)系曲線。【具體實(shí)施方式】
[0022]結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述，摻雜半導(dǎo)體材料為As+注入單晶硅基底材料，注入能量IkeV，注入劑量I XlO15CnT2Jf 193nm ArF準(zhǔn)分子激光光束照射到摻雜半導(dǎo)體樣品表面，其光能通過電磁相互作用被半導(dǎo)體材料吸收，由于吸收的激光能量低于半導(dǎo)體材料的熔融閾值，半導(dǎo)體材料通過固相外延再結(jié)晶，從而使得離子注入引起的晶格損傷得到一定程度的修復(fù)，摻雜引起的損傷因退火效應(yīng)得到修復(fù)，其修復(fù)程度的二維分布與激光束的光強(qiáng)分布有關(guān)，此時(shí)準(zhǔn)分子激光光束二維光強(qiáng)分布被摻雜半導(dǎo)體材料所記錄。
[0023]為了驗(yàn)證摻雜半導(dǎo)體材料對(duì)準(zhǔn)分子激光光束特性的記錄質(zhì)量，采用光載流子輻射技術(shù)對(duì)摻雜半導(dǎo)體材料記錄光束特性區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，并與CCD相機(jī)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。測(cè)量中方波(或其它波形)調(diào)制激勵(lì)光束由405nm半導(dǎo)體激光器(輸出功率為53mW)產(chǎn)生并經(jīng)反射和聚焦后照射到摻雜半導(dǎo)體材料紫外激光光束特性記錄區(qū)域，半導(dǎo)體材料因吸收強(qiáng)度周期調(diào)制的聚焦激勵(lì)光束能量在被照射處產(chǎn)生周期性變化的載流子密度波場(chǎng)，載流子經(jīng)輻射復(fù)合產(chǎn)生紅外輻射信號(hào)，即光載流子輻射信號(hào)，經(jīng)InP/InGaAs光電倍增管探測(cè)器(PMT，其探測(cè)波長(zhǎng)范圍為0.95-1.7 μ m)收集探測(cè)后通過鎖相放大器解調(diào)獲得光載流子輻射信號(hào)的振幅和/或相位信號(hào)，整個(gè)區(qū)域的二維掃描可以通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)二維精密位移平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。圖1為采用CCD相機(jī)測(cè)量得到的準(zhǔn)分子激光器輸出光束二維光強(qiáng)分布，箭頭為光載流子輻射測(cè)量過程中激勵(lì)光束的掃描路徑；圖2給出了沿圖1標(biāo)示的掃描路徑測(cè)量得到的光載流子輻射信號(hào)的強(qiáng)度分布和采用CCD相機(jī)測(cè)量得到的光強(qiáng)分布，可以看出光載流子輻射信號(hào)強(qiáng)度強(qiáng)烈依賴于準(zhǔn)分子激光光束的光強(qiáng)分布，因此可以對(duì)準(zhǔn)分子激光光束的光強(qiáng)分布進(jìn)行精確記錄。
[0024]進(jìn)一步通過光載流子輻射信號(hào)的二維強(qiáng)度分布得到準(zhǔn)分子激光光束二維強(qiáng)度分布，需要對(duì)整個(gè)紫外激光光束記錄區(qū)域進(jìn)行二維成像并通過準(zhǔn)分子激光光束能量E (X，y)與光載流子輻射信號(hào)強(qiáng)度S (x，y) 的關(guān)系E(X，y)=f(S(X，y))進(jìn)行標(biāo)定。前者可通過二維掃描或紅外相機(jī)進(jìn)行二維成像，后者可通過調(diào)節(jié)入射到摻雜半導(dǎo)體材料表面的激光總能量E，得到不同入射激光總能量時(shí)光載流子輻射信號(hào)總強(qiáng)度S，繪制S-E曲線得到，結(jié)果如圖3所示，光載流子輻射信號(hào)強(qiáng)度隨激光能量單調(diào)增加，最后通過此關(guān)系進(jìn)行計(jì)算得到準(zhǔn)分子激光束的二維光強(qiáng)分布。
[0025]本發(fā)明未詳細(xì)公開的部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
[0026]盡管上面對(duì)本發(fā)明說明性的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，以便于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實(shí)施方式】的范圍，對(duì)本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光載流子輻射技術(shù)的高功率紫外激光光束特性測(cè)量記錄方法，其基本測(cè)量/記錄過程包括: 步驟(I )、被測(cè)高功率紫外激光光束直接照射到摻雜半導(dǎo)體材料表面，以記錄紫外激光光束二維光強(qiáng)分布； 步驟(2)、利用光載流子輻射技術(shù)對(duì)照射區(qū)域進(jìn)行成像，通過標(biāo)定獲得紫外激光光束的二維光強(qiáng)分布； 所述的對(duì)照射區(qū)域進(jìn)行成像的光載流子輻射技術(shù)可采用光電探測(cè)器進(jìn)行掃描式成像或通過InGaAs紅外相機(jī)直接成像，得到光載流子輻射信號(hào)二維強(qiáng)度分布S (x，y)； 所述的標(biāo)定過程即根據(jù)光載流子輻射信號(hào)強(qiáng)度分布S(x，y)及入射紫外光能量分布E (χ, y)與光載流子福射信號(hào)強(qiáng)度分布S (χ, y)的關(guān)系E (x, y) =f (S (x, y)),計(jì)算得到紫外激光光束二維光強(qiáng)分布E (x, y)； 所述的入射紫外激光能量與光載流子輻射信號(hào)強(qiáng)度的關(guān)系E (X，y)=f(S(x, y))可通過改變?nèi)肷涞綋诫s半導(dǎo)體材料表面的紫外激光總能量E，得到不同入射激光總能量時(shí)光載流子輻射信號(hào)總強(qiáng)度S，繪制S-E曲線擬合得到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光載流子輻射技術(shù)的高功率紫外激光光束特性測(cè)量記錄方法，其特征在于:通過選擇合適的摻雜半導(dǎo)體材料和合適的光載流子輻射測(cè)量過程中的激勵(lì)光波長(zhǎng)和調(diào)制頻率等參數(shù)，提高紫外激光光束特性測(cè)量精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光載流子輻射技術(shù)的高功率紫外激光光束特性測(cè)量記錄方法，其特征在于:所述的摻雜半導(dǎo)體材料的摻雜非均勻性引起的測(cè)量誤差可通過數(shù)據(jù)處理方法消除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光載流子輻射技術(shù)的高功率紫外激光光束特性測(cè)量記錄方法，其特征在于:當(dāng)紫外激光波長(zhǎng)低于200nm時(shí)，整個(gè)記錄過程在密封的高純氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行，以避免空氣吸收和散射等因素對(duì)高功率紫外激光光束特性記錄和測(cè)量的影響。
【文檔編號(hào)】G01J1/42GK103712687SQ201410004908
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】李斌成, 王謙 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所