本發(fā)明屬于光譜測試技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種低溫條件下高空間分辨率的光譜掃描測試裝置及其測試方法。

背景技術(shù)：

光譜分析方法作為一種重要的分析手段，在科研、生產(chǎn)、質(zhì)控等方面，都發(fā)揮著極大的作用。隨著器件結(jié)構(gòu)的高度集成、尺寸減小，對局部結(jié)構(gòu)的測試顯得尤為重要。目前商業(yè)的測試系統(tǒng)，在室溫條件下可以很好的實現(xiàn)光譜的掃描測試。然而，由于低溫制冷系統(tǒng)較大的振動，使得低溫下的掃描測試很難實現(xiàn)。

目前低溫條件的掃描測試只能達到液氮溫度(70K)，并且該制冷過程浪費大量的液氮；且目前光譜掃描過程中，移動的精度最高約為100nm左右。

然而，隨著近兩年無液氦低溫制冷機制造技術(shù)的快速發(fā)展，目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)振動幅度在納米級別的無液氦低溫制冷設(shè)備，最低穩(wěn)定溫度可以達到4K，這一制冷技術(shù)為微區(qū)結(jié)構(gòu)在低溫下的光(電)致熒光光譜和拉曼光譜測試功能的實現(xiàn)提供了可能性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種光譜掃描測試裝置，該測試裝置可實現(xiàn)最低4K的低溫環(huán)境下的光譜掃描測試，同時還可實現(xiàn)微小結(jié)構(gòu)的測試。

為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種光譜掃描測試裝置，包括：制冷樣品室，用于向待測樣品提供一預(yù)定溫度的測試環(huán)境；樣品臺，設(shè)置于所述制冷樣品室中且用于承載所述待測樣品，所述樣品臺以預(yù)定數(shù)量級的位移精度進行移動；顯微光路系統(tǒng)，至少包括顯微鏡及激光光源，其中，所述激光光源發(fā)出的激光經(jīng)由所述顯微鏡傳遞至承載于所述樣品臺上的所述待測樣品，以激發(fā)所述待測樣品產(chǎn)生激發(fā)光譜；光譜測試系統(tǒng)，用于接收并測試所述激發(fā)光譜。

進一步地，所述顯微光路系統(tǒng)還包括：半反半透元件，設(shè)置于所述顯微鏡與所述激光光源之間。

進一步地，所述顯微光路系統(tǒng)還包括：白光光源，鄰近于所述激光光源設(shè)置，其中，所述白光光源發(fā)出的白光經(jīng)由所述顯微鏡傳遞至承載于所述樣品臺上的所述待測樣品，以產(chǎn)生所述待測樣品的表面形貌圖。

進一步地，所述制冷樣品室為無液氦低溫制冷設(shè)備。

進一步地，所述樣品臺以納米級的位移精度進行移動。

進一步地，所述樣品臺的位移精度為10nm。

本發(fā)明的另一目的還在于提供一種上述光譜掃描測試裝置的測試方法，所述光譜掃描測試裝置包括制冷樣品室、樣品臺、顯微光路系統(tǒng)以及光譜測試系統(tǒng)，顯微光路系統(tǒng)至少包括顯微鏡及激光光源，其中，所述測試方法包括步驟：將待測樣品置于所述制冷樣品室中的所述樣品臺上，并對所述待測樣品進行制冷至預(yù)定溫度；所述激光光源發(fā)射激光，所述激光經(jīng)由所述顯微鏡傳遞至承載于所述樣品臺上的所述待測樣品，以激發(fā)所述待測樣品產(chǎn)生激發(fā)光譜；所述光譜測試系統(tǒng)接收并測試經(jīng)由所述顯微鏡傳遞的所述激發(fā)光譜。

進一步地，所述顯微光路系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述顯微鏡與所述激光光源之間的半反半透元件，其中，所述激光光源發(fā)射激光，所述激光經(jīng)半反半透元件反射后，再經(jīng)由所述顯微鏡傳遞至承載于所述樣品臺上的所述待測樣品，以激發(fā)所述待測樣品產(chǎn)生激發(fā)光譜。

進一步地，所述顯微光路系統(tǒng)還包括鄰近于所述激光光源設(shè)置的白光光源，其中，在所述激光光源發(fā)射激光之前，所述測試方法還包括步驟：所述白光光源發(fā)射白光，所述白光經(jīng)由所述顯微鏡傳遞至承載于所述樣品臺上的所述待測樣品，以產(chǎn)生所述待測樣品的表面形貌圖。

進一步地，所述制冷樣品室為無液氦低溫制冷設(shè)備。

本發(fā)明利用無液氦低溫制冷設(shè)備可實現(xiàn)最低穩(wěn)定溫度為4K下的光譜測試，該振動幅度在納米級的無液氦低溫制冷設(shè)備也為本發(fā)明的光譜掃描測試裝置實現(xiàn)低溫(最低4K)下的光譜掃描測試提供了保障；與此同時，利用位移精度為10nm的納米位移臺來放置待測樣品，還可實現(xiàn)待測樣品微小結(jié)構(gòu)的測試。

附圖說明

通過結(jié)合附圖進行的以下描述，本發(fā)明的實施例的上述和其它方面、特點和優(yōu)點將變得更加清楚，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的光譜掃描測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的利用光譜掃描測試裝置測試的拉曼結(jié)果圖，其中，(a)表示拉曼光譜圖，(b)表示樣品界面處掃描圖。

具體實施方式

以下，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。然而，可以以許多不同的形式來實施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實施例。相反，提供這些實施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。在附圖中，為了清楚起見，可以夸大元件的形狀和尺寸，并且相同的標(biāo)號將始終被用于表示相同或相似的元件。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的光譜掃描測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的實施例的光譜掃描測試裝置包括：制冷樣品室10，用于向待測樣品20提供一預(yù)定溫度(最低溫度為4K)的測試環(huán)境；樣品臺30，設(shè)置于制冷樣品室10中且用于承載待測樣品20，該樣品臺30可以以預(yù)定數(shù)量級的位移精度進行移動；顯微光路系統(tǒng)40，至少包括顯微鏡41、激光光源42，以及鄰近于激光光源42設(shè)置的白光光源43，和設(shè)置于顯微鏡41與激光光源42之間的半反半透元件44；其中，激光光源42發(fā)出的激光經(jīng)顯微鏡41傳遞至承載于樣品臺30上的待測樣品20的表面，以激發(fā)待測樣品20產(chǎn)生激發(fā)光譜；白光光源43發(fā)出的白光經(jīng)顯微鏡41同樣傳遞至待測樣品20表面，以產(chǎn)生待測樣品20的表面形貌圖；而半反半透元件44用于將激光光源42發(fā)出的激光和白光光源43發(fā)出的白光反射至顯微鏡41處；光譜測試系統(tǒng)50，用于接收并測試激發(fā)光譜。

如此，由激光光源42發(fā)出的激光經(jīng)半反半透元件44反射至顯微鏡41處，并透過顯微鏡41傳遞至待測樣品20處，激光可在待測樣品20表面激發(fā)并產(chǎn)生激發(fā)光譜，該激發(fā)光譜繼而通過顯微鏡41傳遞至光譜測試系統(tǒng)50處，進行光譜的探測。該顯微光路系統(tǒng)40采用背反射(即入射光路與收集光路相同)的方式來實現(xiàn)光譜的激發(fā)與收集，這也就要求半反半透元件44需對到達其表面的光(由激光光源42產(chǎn)生的激光和由白光光源43產(chǎn)生的白光)部分產(chǎn)生反射，該 經(jīng)過反射的光傳遞至顯微鏡41處，再經(jīng)由顯微鏡41透過繼而激發(fā)待測樣品20產(chǎn)生的激發(fā)光譜返回顯微鏡41，最后經(jīng)半反半透元件44透射至光譜測試系統(tǒng)50進行光譜分析。該種背反射為本技術(shù)領(lǐng)域人員慣用操作，此處對其不再贅述。以該種背反射的方式來實現(xiàn)光譜的激發(fā)和收集，可有效提高光譜的激發(fā)效率和收集效率。

優(yōu)選地，在本實施例中，制冷樣品室10采用無液氦低溫制冷設(shè)備，該設(shè)備不僅可為待測樣品20提供最低4K的低溫測試環(huán)境，同時，該設(shè)備的振動幅度處于納米級，這一特性也為實現(xiàn)低溫下的光譜掃描測試提供了保障；與此同時，在本實施例中，樣品臺30采用的是納米位移臺，其位移可通過外置的控制器進行控制，該納米位移臺的位移精度可達到10nm，納米位移臺的這一特性可實現(xiàn)對于待測樣品20微結(jié)構(gòu)的掃描測試，從而實現(xiàn)了高空間分辨率的掃描測試。以上述無液氦低溫制冷設(shè)備為制冷樣品室10和以納米位移臺為樣品臺30，可最終實現(xiàn)待測樣品20低溫下的微結(jié)構(gòu)光譜掃描測試。

在使用該光譜掃描測試裝置對待測樣品20進行光譜掃描測試時，首先將待測樣品20安放在樣品臺30上，并將其置入制冷樣品室10中，然后利用白光光源43發(fā)射的白光對待測樣品20表面進行觀察，并根據(jù)觀察得到的表面形貌圖確定待測部位，繼而利用激光光源42發(fā)射出的激光照射至待測部位并產(chǎn)生激發(fā)光譜；最后利用光譜測試系統(tǒng)50對激發(fā)產(chǎn)生的激發(fā)光譜進行探測分析。值得說明的是，一般情況下，利用控制樣品臺30的移動來確定待測部位后，待待測部位確定好后，將激光光源42發(fā)射的激光的光斑控制于白光光源43發(fā)射的白光的照射范圍的中心位置處即可。當(dāng)然，上述白光光源43產(chǎn)生的白光一般只作為觀察待測樣品20表面以確定待測部位之用，若待測樣品20表面均一，無需對待測樣品20表面進行形貌觀察，則無需使用白光光源43，直接以激光光源42發(fā)射的激光對待測樣品20表面進行激發(fā)以產(chǎn)生激發(fā)光譜即可。

利用上述光譜掃描測試裝置對生長有AlN的藍(lán)寶石在4K下的拉曼光譜進行了測試，拉曼光譜圖如圖2(a)所示，對其中界面處的反應(yīng)該材料應(yīng)力的E₂^H峰進行了掃描測試，結(jié)果如圖2(b)所示，在圖2(b)中，插圖表示該樣品的待測部位，其中激發(fā)光波長為532nm。根據(jù)圖2中的測試結(jié)果，說明利用該光譜掃描測試裝置可對待測樣品20實現(xiàn)最低溫度4K下的光譜掃描測試。

值得說明的是，上述實施例中僅對待測樣品20進行了4K下的恒溫光譜掃描測試，可以想象的是，上述光譜掃描測試裝置還可實現(xiàn)對待測樣品20最低溫 度為4K下的變溫光譜掃描測試。

雖然已經(jīng)參照特定實施例示出并描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解：在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在此進行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化。