本發(fā)明涉及一種光調(diào)制反射光譜檢測系統(tǒng)，具體涉及一種經(jīng)濟(jì)的，能有效抑制熒光信號干擾的光調(diào)制反射光譜檢測系統(tǒng),可用于可見及紅外半導(dǎo)體材料的光學(xué)特征檢測。

背景技術(shù)：

在過去幾十年中，反射光譜和吸收光譜被廣泛用于半導(dǎo)體電子能帶結(jié)構(gòu)研究，其通過測量半導(dǎo)體材料在帶邊附近不同能量處的反射率和透射率，對應(yīng)于復(fù)折射率實部和虛部的變化，從而反映半導(dǎo)體材料內(nèi)部電子結(jié)構(gòu)。然而單純的反射和透射光譜是一種靜態(tài)的絕對測量，其光譜特征呈現(xiàn)非常寬厚的背景，而感興趣的結(jié)構(gòu)通常是微弱的，很容易埋沒在強(qiáng)烈的背景中而難以分辨出來，因而具有很大的局限性。調(diào)制光譜克服了反射與透射光譜靜態(tài)的絕對測量所具有的這些不利和缺陷，而被人們廣泛的加以研究和運用。調(diào)制光譜的基本思想是通過對測試樣品施加具有一定周期性的外界微擾，來調(diào)制半導(dǎo)體樣品內(nèi)部的某些光學(xué)性質(zhì)和參數(shù)。這些微擾參數(shù)可以是電場、磁場、應(yīng)力、樣品溫度，甚至是入射光的偏振特性或者波長等等。調(diào)制光譜從本質(zhì)上來說是一種微分譜，因而靜態(tài)絕對反射譜測量中所具有的寬厚背景可以很好的被去除；而在半導(dǎo)體材料臨界點附近的光譜呈現(xiàn)尖銳的光譜線型，絕對譜中難以辨認(rèn)的一些特征在調(diào)制光譜中得到輕易地識別。

在眾多調(diào)制光譜中，光調(diào)制光譜因具有與樣品非接觸、無損傷、操作簡單等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用與半導(dǎo)體光譜檢測領(lǐng)域。但單純的光調(diào)制光譜也存在一些應(yīng)用上的不足，當(dāng)運用激光對樣品的內(nèi)建電場進(jìn)行周期性調(diào)制時，同時也會激發(fā)樣品導(dǎo)致熒光干擾。尤其是當(dāng)樣品具有較高的熒光效率或進(jìn)行低溫測量時，熒光背景問題表現(xiàn)的尤為突出。針對這個問題，人們也提出了所謂抑制熒光背景的雙光調(diào)制技術(shù)，通過對泵浦和探測光進(jìn)行不同頻率調(diào)制，結(jié)合雙鎖相技術(shù)以提取出所需要的調(diào)制信號。但這種方法在一定程度上增加了實驗測量上的復(fù)雜性，提升了技術(shù)上的難度，同時也增加了實驗的經(jīng)濟(jì)成本，在一定程度上不利于光調(diào)制光譜的廣泛應(yīng)用。如何簡單、有效地抑制熒光背景干擾、提高信噪比對光調(diào)制反射譜技術(shù)廣泛應(yīng)用提出了更高的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種簡單有效地抑制熒光干擾的光調(diào)制反射光譜檢測系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本專利提供一種簡單有效地抑制熒光干擾的光調(diào)制反射光譜檢測系統(tǒng)。實現(xiàn)該系統(tǒng)的部件主要包括：寬波段白光源1，消色差光學(xué)縮束器2，探測光聚焦透鏡3，激光聚焦透鏡4，樣品平移臺5，可變光闌6，長焦光學(xué)信號收集組件7，濾波片8，單色儀9，鎖相放大器10，激光器11，光學(xué)斬波器12，其中：

被檢測樣品放置于探測光聚焦透鏡3前焦平面處的樣品平移臺5上。測試系統(tǒng)將寬波段白光源1所發(fā)射出的白光作為探測光，探測光經(jīng)過高縮束比的消色差光學(xué)縮束器2縮束后聚焦到測試樣品表面。同時激光器11發(fā)射的泵浦激光經(jīng)過光學(xué)斬波器12調(diào)制后，經(jīng)激光聚焦透鏡4入射到樣品表面并能完全覆蓋前述探測光光斑。探測光光束經(jīng)樣品反射后并經(jīng)過可變光闌6過濾后被長焦光學(xué)信號收集組件收集7，經(jīng)濾波片8導(dǎo)入單色儀9，最后信號輸入鎖相放大器10，并獲取調(diào)制信號。其中消色差光學(xué)縮束系統(tǒng)2收縮了探測光光束直徑，同時提高了光束功率密度。可變光闌與長焦收集透鏡耦合減小收集透鏡的有效數(shù)值孔徑，大大地降低了泵浦激光所激發(fā)的熒光信號收集效率，同時可以通過調(diào)節(jié)可變光闌大小保證反射光束強(qiáng)度幾乎不受影響，從而有效抑制熒光信號對調(diào)制信號的干擾。

本發(fā)明的優(yōu)越性在于：在傳統(tǒng)的光調(diào)制反射系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入高縮束比的消色差縮束組件實現(xiàn)探測光束的縮束，結(jié)合可變光闌與長焦透鏡有效地抑制了泵浦激光所激發(fā)的熒光信號對調(diào)制信號的干擾。相比雙光調(diào)制光譜具有簡單易操作，經(jīng)濟(jì)成本低等優(yōu)越特性。為光調(diào)制光譜在半導(dǎo)體材料分析領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了一種簡單有效的解決方案。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種簡單有效地抑制熒光干擾的光調(diào)制反射光譜檢測系統(tǒng)的示意圖；圖1中的標(biāo)記說明：

1—寬波段白光源；

2—消色差光學(xué)縮束器；

3—探測光聚焦透鏡；

4—泵浦激光聚焦透鏡；

5—樣品平移臺；

6—可變光闌；

7—長焦光學(xué)收集耦合組件；

8—濾波片；

9—單色儀；

10—鎖相放大器；

11—激光器；

12—光學(xué)斬波器。

圖2是利用本發(fā)明所實現(xiàn)的簡單有效地抑制熒光干擾的光調(diào)制反射光譜檢測系統(tǒng)與傳統(tǒng)光調(diào)制反射光譜系統(tǒng)分別對in0.55ga0.45as半導(dǎo)體薄膜測試對比圖。其中：圖a為傳統(tǒng)光調(diào)制反射光譜裝置所測得的微分反射信號與熒光信號強(qiáng)度對比，圖b為傳統(tǒng)光調(diào)制反射光譜裝置所測得的調(diào)制反射光譜；圖c為本發(fā)明所實現(xiàn)的光調(diào)制反射光譜檢測系統(tǒng)測得的微分反射信號與熒光信號強(qiáng)度對比；圖d為本發(fā)明所實現(xiàn)的光調(diào)制反射光譜檢測系統(tǒng)測得的調(diào)制反射光譜。

具體實施方式

本發(fā)明結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行說明。

一種簡單有效地抑制熒光干擾的光調(diào)制反射光譜檢測系統(tǒng)，主要包括：一個寬波段白光源1，一套消色差光學(xué)縮束器2，探測光聚焦透鏡3，激光聚焦透鏡4，一個二維樣品平移臺5，一個可變光闌6，一套長焦光學(xué)信號收集組件7，一個濾波片8，一個單色儀9，一個鎖相放大器10，一個激光器11，一個光學(xué)斬波器12，其中主要器件具體參數(shù)如下：

寬波段白光源1為超連續(xù)白光光源或溴鎢燈；

光學(xué)縮束器2采用配備消色差透鏡的10倍變焦縮束器；

聚焦透鏡3采用125mm焦長消色差透鏡；

聚焦透鏡4采用150mm焦長消色差透鏡；

樣品平移臺5采用裝備千分尺的二維平移臺；

可變光闌6采用最小孔徑為零的可變光圈；

長焦光學(xué)收集組件7采用125mm長焦收集，75mm透鏡耦合單色儀；

濾波片8采用普通長通濾波片(截止波長可根據(jù)需要選擇)；

單色儀9采用卓立漢光omni-λ300，焦距為300mm，光柵型號為68mmx68mm

鎖相放大器10采用sr830；

激光器11采用普通半導(dǎo)體激光器(波長可根據(jù)需要選擇)；

光學(xué)斬波器12的輸出頻率為127hz；

實施例(圖2)中所用泵浦激光波長為532nm；濾光片為thorlabs長通1200nm，同時過濾掉樣品散射的泵浦激光與短波長探測光的二級衍射信號。測試樣品為in0.55ga0.45as半導(dǎo)體薄膜，外延于inp襯底；圖2中左圖a,b為普通光調(diào)制光譜,采用40mm，1in直徑的透鏡收集，右圖c,d為改進(jìn)后的裝置所測得的光調(diào)制反射光譜，采用125mm長焦1in透鏡收集，可變光闌孔徑設(shè)為1mm。理論可計算得新設(shè)計的光調(diào)制光譜裝置相對普通光調(diào)制可實現(xiàn)約1/(5.86×10³)的熒光信號抑制比。在普通光調(diào)制光譜中(圖a，b)，有較強(qiáng)的熒光信號，如圖a虛線所示。由于受到熒光信號的干擾，調(diào)制光譜在熒光峰位附近呈現(xiàn)奇異特征，如箭頭所示。而通過新的系統(tǒng)可以獲得真實正常的光調(diào)制光譜，調(diào)制譜中的熒光信號干擾得到有效的抑制，如圖c，d所示。