SPM900 共聚焦光致发光（PL）测试系统

半导体晶圆缺陷与少子寿命测试系统-SPM900

产品概述

PL测试是一种无损的测试方法，可以快速、便捷地表征半导体材料的缺陷、杂质以及材料的发光性能。其主要功能包括：1）组分测定；对三元或四元系合金，如InGaN等，通过PL 峰位确定半导体材料的禁带宽度，进而确定材料组分X；2）杂质识别；通过光谱中的特征谱线位置，可以识别材料中的杂质元素；3）杂质浓度测定；4）半导体材料的少数载流子寿命测量；5）位错等缺陷的相关作用研究。

基本原理：

光致发光大致经过光吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。而能量传递则是由于激发态的运动。光吸收：样品受到紫外或可见光的照射，导致材料中的电子跃迁到高能态，在价带留下空穴，电子和空穴各自在导带和价带中占据*低激发态，即导带底和价带顶，成为准平衡态，也是一种暂态，不稳定状态，能量传递：准平衡态下的电子和空穴复合发光，产生特定波长的光子，激发的电子在一段时间后返回到低能态。光发射：在电子返回低能态的过程中，释放出能量，以光子的形式发射出来。电子跃迁到不同的低能级，就会发出不同的光子，但是发出的光子能量肯定不会比吸收的能量大。这发射的光子具有不同的波长，可用于研究材料的性质。通过探测光的强度或能量分布得到曲线，形成光致发光谱(PHOTOLU-MINESCENCE SPECTROSCOPY，简称PL谱)。

半导体晶圆缺陷与少子寿命测试系统-SPM900主要应用与功能
组分测定

通过测量光致发光峰位来确定半导体材料的禁带宽度，从而推断材料的组成。例如，MAPBIBR:-X 的带隙随X值而变化，因为发光的峰值波长取决于禁带宽度且禁带宽度和X值有关，因此通过发光峰峰值波长可以测定组分百分比X值。

杂质识别

通过测量材料的光致发光光谱，标定特征谱线的位置，可以识别材料中的杂质元素，以及对杂质浓度进行测定。

位错缺陷研究

光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、灵敏度高的分析方法。光致发光光谱可以用来研究晶体缺陷，例如离子空位和取代，这对于钙钛矿这样的材料尤其重要。过多的缺陷会导致电子与空穴进行非辐射复合并以热能的形式耗散，降低材料的光致发光性能以及光伏性能。

载流子寿命研究

可以通过强度相关的光致发光寿命测量,确定载流子扩散的影响以及其对总体寿命的影响。

实测数据
晶圆级半导体光致发光谱测试系统（稳态 / 时间分辨）

Wafer-scale Semiconductor Photoluminescence (PL)

Mapping System (Steady-state / Time-resolved)

针对光电半导体晶圆的发光特性检测需求，以共聚焦方式在晶圆表面逐点采集光致发光光谱并成像。

· 整晶圆上的荧光强度、波长、寿命等发光参数的一致性评估

· 杂质、缺陷、组分等对复合机制的影响

产品特性和核心技术:

· 激光自动聚焦

· 自主研制的激光辅助离焦量传感器:

可在光致发光谱测量的同时工作，能够在全晶圆的范围内扫描时实现实时地自动聚焦和表面跟踪。

· 提供紫外到可见多个不同波长的激光激发，可按用户需求选配。

· 可选配正方向和侧方向双路荧光接收光路。

· 应对AlGaN等深紫外半导体选择定则造成的侧面出光情形。

· 全自动操作。

· 提自动化的控制软件和数据处理软件，全软件操作。

性能参数：

· 上述表格中的激光波长、物镜和单色仪等部件可以根据客户需求调整。
 

应用案例：

2英寸绿光InGaN晶圆扫描

智能化软件平台和模块化设计
· 统一的软件平台和模块化设计

· 良好的适配不同的硬件设备：平移台、显微成像装置、光谱采集设备、自动聚焦装置等

· 成熟的功能化模块：晶圆定位、光谱采集、扫描成像Mapping、3D层析，Raman Mapping，FLIM，PL Mapping，光电流Mapping等。

· 智能化的数据处理模组：与数据拟合、机器学习、人工智能等结合的在线或离线数据处理模组，将光谱解析为成分、元素的分布等，为客户提供直观的结果。可根据客户需求定制光谱数据解析的流程和模组

· 可根据客户需求进行定制化的界面设计和定制化的RECIPE流程设计，实现复杂的采集和数据处理功能。

显微光谱成像控制软件界面

强大的光谱图像数据处理软件VISUALSPECTRA

显示：针对光谱Mapping数据的处理，一次性操作，可对整个图像数据中的每一条光谱按照设定进行批处理，获得对应的谱峰、寿命、成分等信息，并以伪彩色或3D图进行显示。

显微光谱成像控制软件界面

3D显示

基础处理功能:去本底、曲线平滑、去杂线、去除接谱台阶、光谱单位转化

进阶功能:光谱归一化、选区获取积分、*大、*小、*大/*小值位置等

谱峰拟合:采用多种峰形(高斯、洛伦兹、高斯洛伦兹等)对光谱进行多峰拟合,获取峰强、峰宽、峰位、背景等信息。

**功能:应力拟合:针对Si、GaN、SiC等多种材料,从拉曼光谱中解析材料的应力变化,直接获得应力定量数值,并可根据校正数据进行校正。

**功能:应力拟合:针对S1、GAN、SIC等多种材料,从拉曼光谱中解析材料的应力变化,直接获得应力定量数值,并可根据校正数据进行校正。

载流子浓度拟合

晶化率拟合

荧光寿命拟合

自主开发的一套时间相关单光子计数(TCSPC)荧光寿命的拟合算法，主要特色

1.从上升沿拟合光谱响应函数(IRF)，无需实验获取。

2.区别于简单的指数拟合，通过光谱响应函数卷积算法获得每个组分的荧光寿命，光子数比例，计算评价函数和残差，可扣除积分和响应系统时间不确定度的影响，获得更加稳定可靠的寿命数值。

3.*多包含4个时间组分进行拟合。

荧光寿命拟合

主成分分析和聚类分析

每个主成分的谱显示

主成分的分布图

主成分聚类处理和分析

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