一種微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，包括：激發(fā)光光源；激發(fā)光路部分，輸入端與激發(fā)光光源連接，輸出端與真空樣品室相連，用于引導(dǎo)激光入射至真空樣品室內(nèi)的樣品；熒光信號(hào)收集光路部分，收集樣品上發(fā)出的熒光信號(hào)；微區(qū)成像光路部分，與激發(fā)光路和熒光信號(hào)收集光路相連，用于樣品表面形貌的微區(qū)成像和定位；臺(tái)面，激發(fā)光路部分和熒光信號(hào)收集光路部分置于臺(tái)面上；二維電動(dòng)平移系統(tǒng)，帶動(dòng)臺(tái)面作二維掃描運(yùn)動(dòng)；真空樣品室，用于放置樣品；真空泵，用于保持真空樣品室真空度；低溫系統(tǒng)和溫控裝置，保持真空樣品室真空度以及維持樣品室處于需要的低溫環(huán)境；光柵光譜儀，用于熒光信號(hào)的處理；CCD探測(cè)器，用于熒光信號(hào)的采集。
【專利說(shuō)明】一種微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光譜儀器與光譜【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是指一種改進(jìn)的自制低溫(常溫)微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]光譜技術(shù)是利用光和物質(zhì)相互作用來(lái)研宄物質(zhì)物理和化學(xué)性質(zhì)的重要手段，在物理和化學(xué)、生物等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，尤其是在半導(dǎo)體表面探測(cè)和表征方面具有不可替代的位置。以半導(dǎo)體應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槔?，常?jiàn)的光譜表征手段包括發(fā)射光譜、吸收光譜、光致發(fā)光(熒光)光譜、拉曼光譜等。早期的光譜技術(shù)受限于光源，在激光器發(fā)明后，由于能夠獲得相干光波輸出，光譜技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，并最終成為一種常見(jiàn)的光學(xué)檢測(cè)手段。
[0003]熒光是一種光致發(fā)光的冷發(fā)光現(xiàn)象，當(dāng)外界入射光被物質(zhì)吸收后，電子躍迀到激發(fā)態(tài)，由于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定電子向下躍迀到低能態(tài)，發(fā)出長(zhǎng)于入射光波長(zhǎng)的光。在半導(dǎo)體表面表征應(yīng)用中，熒光光譜技術(shù)作為一種最為常用的光譜檢測(cè)手段，可以獲得半導(dǎo)體表面及表面附近電子能帶結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)、缺陷及表面態(tài)等重要信息。在低溫下，物質(zhì)中的粒子運(yùn)動(dòng)被抑制，電子更多的占據(jù)在較低的能態(tài)，從而使得熒光效應(yīng)較常溫更容易觀察，在低溫下觀測(cè)熒光是一種常用的手段。
[0004]近年來(lái)，由于低維物質(zhì)物理研宄的推進(jìn)，需要探測(cè)的物質(zhì)表面面積越來(lái)越小，微區(qū)光譜技術(shù)逐漸受到重視。如對(duì)于半導(dǎo)體中的單個(gè)量子點(diǎn)或量子線的熒光，它們由于線度都在微米甚至納米級(jí)別，傳統(tǒng)的研宄手段不能滿足需要，微區(qū)熒光技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而起。微區(qū)熒光通常是通過(guò)控制入射光斑的大小，如在激發(fā)光路使用高倍物鏡聚焦，并配合精密的光路設(shè)計(jì)，來(lái)探測(cè)微米以至亞微米級(jí)別區(qū)域的熒光效應(yīng)。微區(qū)熒光技術(shù)不但能探測(cè)單個(gè)點(diǎn)發(fā)出的熒光，還能通過(guò)移動(dòng)光斑或移動(dòng)樣品，來(lái)探測(cè)一個(gè)區(qū)域，得到區(qū)域熒光掃描圖像，從而使研宄從點(diǎn)擴(kuò)展到面。一直以來(lái)，移動(dòng)光斑都是一件困難的事，因?yàn)檫@涉及到光路的移動(dòng)，所以移動(dòng)樣品的方法被廣泛采用。由于前述研宄需要，經(jīng)常需要在低溫下進(jìn)行微區(qū)熒光檢測(cè)。當(dāng)要求溫度很低時(shí)，低溫裝置往往都非常笨重(如低溫液氮裝置常見(jiàn)40?90KG)，這時(shí)移動(dòng)樣品進(jìn)行掃描就變得更困難，掃描精度往往難以達(dá)到要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種改進(jìn)的自制低溫(常溫)微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)樣品連同低溫裝置固定，通過(guò)移動(dòng)光路來(lái)移動(dòng)光斑，從而達(dá)到掃描測(cè)量的目的。該系統(tǒng)成本低，易于搭建，非常適合實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明提供一種微區(qū)焚光掃描測(cè)量系統(tǒng)，包括:
[0007]激發(fā)光光源，用于提供激發(fā)樣品的激光；
[0008]激發(fā)光路部分，其輸入端與激發(fā)光光源輸出端連接，輸出端與真空樣品室相連，用于引導(dǎo)激光入射至真空樣品室內(nèi)的樣品，從而激發(fā)樣品發(fā)出熒光信號(hào)；
[0009]熒光信號(hào)收集光路部分，其輸入端與真空樣品室相連，用于收集樣品上發(fā)出的熒光信號(hào)，輸出端與光譜儀和探測(cè)器相連以采集熒光光譜；
[0010]微區(qū)成像光路部分，與激發(fā)光路和熒光信號(hào)收集光路有部分重合，用于樣品表面形貌的微區(qū)成像和定位；
[0011]臺(tái)面，激發(fā)光路部分和熒光信號(hào)收集光路部分置于臺(tái)面上，用于承載兩部分光路中的元件；
[0012]二維電動(dòng)平移系統(tǒng)，臺(tái)面置于其上，用于帶動(dòng)平臺(tái)作二維掃描運(yùn)動(dòng)；
[0013]真空樣品室，用于放置樣品；
[0014]真空泵，用于保持真空樣品室真空度；
[0015]低溫系統(tǒng)和控溫裝置，與真空樣品室相連，用于保持真空樣品室真空度以及維持樣品室處于需要的低溫環(huán)境；
[0016]光柵光譜儀，與熒光信號(hào)收集光路輸出端相連，用于熒光信號(hào)的處理；
[0017]探測(cè)器，與光柵光譜儀相連，用于熒光信號(hào)的采集；
[0018]計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于接收冗0探測(cè)器輸出的光譜信號(hào)以及成像光路的圖像信號(hào)，同時(shí)控制光柵光譜儀轉(zhuǎn)動(dòng)，以及控制二維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)；
[0019]光學(xué)平臺(tái)，除計(jì)算機(jī)和低溫系統(tǒng)外，其他光學(xué)部分置于光學(xué)平臺(tái)上。
[0020]本發(fā)明所提供的低溫(常溫)微區(qū)熒光掃描測(cè)量改進(jìn)系統(tǒng)，搭配適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)光源和探測(cè)器，可以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)別空間分辨率的掃描探測(cè)。本發(fā)明與通過(guò)移動(dòng)低溫樣品腔進(jìn)行掃描的普通低溫?zé)晒鈷呙柘到y(tǒng)不同，該系統(tǒng)引入光纖傳導(dǎo)，移動(dòng)光路中的部分元件，使二維控制系統(tǒng)承重大大減輕，從而有效保證掃描精度。該系統(tǒng)可以用于如半導(dǎo)體量子點(diǎn)、量子線等低維結(jié)構(gòu)或材料細(xì)微區(qū)域的熒光掃描測(cè)量，具有低成本、高穩(wěn)定性和高分辨率等特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合具體實(shí)例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，其中:
[0022]圖1是本發(fā)明中一種改進(jìn)的自制低溫(常溫)微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)的框架示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的自制低溫(常溫)微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括:
[0026]激發(fā)光光源，為常見(jiàn)固態(tài)或氣態(tài)激光器，光源輸出端與激發(fā)光路輸入端相連，用于提供激發(fā)樣品的激光；
[0027]激發(fā)光路，其輸入端與激發(fā)光源輸出端連接，輸出端與真空樣品室相連，用于引導(dǎo)激光入射樣品，從而激發(fā)樣品；
[0028]熒光信號(hào)收集光路，其輸入端與真空樣品室相連，用于收集樣品上發(fā)出的熒光信號(hào);
[0029]微區(qū)成像光路，與激發(fā)光路和熒光信號(hào)收集光路相連，用于樣品表面細(xì)微結(jié)構(gòu)的微區(qū)成像和定位測(cè)量；
[0030]臺(tái)面激發(fā)光路和熒光信號(hào)收集光路置于臺(tái)面上，用于承載這兩部分光路；
[0031]二維電動(dòng)平移系統(tǒng)，臺(tái)面置于其上，用于帶動(dòng)平臺(tái)作二維掃描運(yùn)動(dòng)；
[0032]真空樣品室，與激發(fā)光路輸出端和熒光信號(hào)收集光路輸入端相連，用于放置樣品，引導(dǎo)激光進(jìn)入樣品室激發(fā)樣品，并將熒光信號(hào)傳出與收集光路；
[0033]真空泵，用于保持樣品室真空度；
[0034]低溫系統(tǒng)和控溫裝置，和真空樣品室相連，用于保持樣品室需要的低溫環(huán)境；
[0035]光柵光譜儀，與熒光信號(hào)收集光路輸出端相連，用于熒光光譜分析；
[0036]CCD探測(cè)器，與光柵光譜儀相連，配合光譜儀，采集光譜信號(hào)強(qiáng)度；
[0037]計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于將CCD探測(cè)器輸出的光強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并獲得直觀的熒光光譜以及采集成像光路的圖像信號(hào)并顯示；同時(shí)輸出控制信號(hào)控制光柵光譜儀轉(zhuǎn)動(dòng)，以及控制二維平移臺(tái)進(jìn)行二維掃描運(yùn)動(dòng)和低溫系統(tǒng)的變溫操作；
[0038]光學(xué)平臺(tái)，除計(jì)算機(jī)和低溫系統(tǒng)外，其余光學(xué)部件均置于光學(xué)平臺(tái)上。
[0039]圖2示出了本發(fā)明具體實(shí)施例中改進(jìn)的自制低溫(常溫)微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，
[0040]激光光源包括激光器10，其通過(guò)第一光纖11連接至激發(fā)光路；所述第一光纖11以及收集光路所用第二光纖35均為單模光纖，由于激發(fā)光功率不需要很高，光纖中的光功率損失可以不用考慮，在實(shí)際測(cè)量中個(gè)，收集光纖對(duì)于熒光信號(hào)的衰減在可接受的范圍內(nèi)；
[0041]激發(fā)光路包括第一光纖頭21、第一衰減片22、擴(kuò)束鏡23、光闌24、第一反射鏡25、第二衰減片26、全息陷波濾波器27和物鏡28 ;其中，第一光纖頭21、第一衰減片22、擴(kuò)束鏡23、光闌24、第一反射鏡25、第二衰減片26、全息陷波濾波器27和物鏡28均置于第二臺(tái)面20上；所述激光器10發(fā)出的激光通過(guò)光纖傳輸至激發(fā)光路的第一光纖頭21，第一光纖頭21將激光傳輸至第一衰減片22，所述第一衰減片22用于對(duì)所述激光強(qiáng)度進(jìn)行衰減，以適合具體樣品激發(fā)；經(jīng)第一衰減片22衰減后的激光輸出至擴(kuò)束鏡23，所述擴(kuò)束鏡23用于對(duì)激光的平行度進(jìn)行準(zhǔn)直，以便于物鏡聚焦；所述擴(kuò)束鏡23出來(lái)的激光穿過(guò)成像光路的半透半反鏡43傳輸至光闌24，所述光闌24用于調(diào)節(jié)光束的大小，配合所述擴(kuò)束鏡23改善激發(fā)光平行度，以便于物鏡28聚焦到較小光斑；經(jīng)過(guò)光闌24的激光被第二反射鏡25反射至第二衰減片26，所述第二衰減片26用于對(duì)所述激光進(jìn)行再次衰減，以適合具體的樣品激發(fā)；經(jīng)過(guò)第二衰減片26衰減后的激光入射至全息陷波濾波器27處，所述全息陷波濾波器27對(duì)于特定波長(zhǎng)的光(這里為入射激光)具有很低的透反比，具有很小的帶寬，也即主要作用是將入射激光大部分反射后經(jīng)過(guò)物鏡28傳輸?shù)綐悠肥?9的樣品表面，對(duì)樣品表面反射而回的激光透過(guò)很少，同時(shí)對(duì)樣品表面出射的熒光透過(guò)較多反射極?。唤?jīng)過(guò)全息陷波濾波器27的激光進(jìn)入物鏡28，所述物鏡28用于將激光聚焦到um量級(jí)，同時(shí)收集樣品表面出射的熒光；從所述物鏡28出來(lái)的激光照射到樣品室29表面，所述樣品室29是低溫或常溫裝置，用于放置待測(cè)樣品；其中光闌24、第一反射鏡25、衰減片26、全息陷波濾波器27和物鏡28所描述的光路與后面所述的成像光路前半部分光路重合；
[0042]熒光收集光路包括物鏡28、全息陷波濾波器27、第二反射鏡31、第二透鏡32、濾光片組33、第二光纖頭34以及第二光纖35 ；其中，物鏡28、全息陷波濾波器27、第二反射鏡31、第一透鏡32、濾光片組33和第二光纖頭34均置于第二臺(tái)面20上；在全息陷波濾波器27和物鏡28處熒光收集光路和激發(fā)光路共用光路；樣品室29中樣品表面出射的熒光經(jīng)物鏡28和全息陷波濾波器27到達(dá)第二反射鏡31處，所述全息陷波濾波器27對(duì)樣品出射的熒光具有高透低反的作用，以使熒光盡可能多的被收集；從第二反射鏡31反射的熒光到達(dá)第一透鏡32 (注意圖2中第三反射鏡44只在成像的時(shí)候位于光路上，進(jìn)行熒光測(cè)量的時(shí)候會(huì)移出光路，不影響熒光收集)，該第一透鏡32用于將熒光聚焦到第二光纖頭34收集處；經(jīng)第一透鏡32的熒光穿過(guò)濾光片組33到達(dá)第二光纖頭34，所述濾光片組33用于將樣品表面反射而回的剩余部分激發(fā)光濾掉，同時(shí)讓熒光透過(guò)；第二光纖頭34所收集的熒光通過(guò)第二光纖35傳輸至光譜儀50和探測(cè)器60進(jìn)行處理；其中物鏡28、全息陷波濾波器27和第二反射鏡31所描述的光路與后面所述成像光路后半部分光路重合；
[0043]成像光路包括[￡0燈41、第二透鏡42、第三透鏡45、(^⑶相機(jī)46、半透半反鏡43和第三反射鏡44 ；其中，所述[￡0燈41、第二透鏡42置于第一臺(tái)面40，第三透鏡相機(jī)46置于第三臺(tái)面30 ；半透半反鏡43和第三反射鏡44置于第二臺(tái)面20 ；所述成像光路分成兩部分，第一部分包括120燈41、第二透鏡42和半透半反鏡43，第二部分包括第三反射鏡44、第三透鏡45和相機(jī)46 ；所述[￡0燈41用于提供成像光路的照明白光，所述第二透鏡42用于將[￡0燈41發(fā)出的白光變成平行光束；所述半透半反鏡43用于將白光反射到與激發(fā)光路相同的光路上，同時(shí)不影響激發(fā)光的通過(guò)；白光經(jīng)過(guò)半透半反鏡43反射后再經(jīng)過(guò)與激發(fā)光路相同的光路到達(dá)樣品室29，再經(jīng)過(guò)與熒光收集光路相同的光路最終到達(dá)第三反射鏡44，所述第三反射鏡44用于將樣品表面反射而回的白光(一般待測(cè)樣品都具有拋光面或載玻片)反射到成像￠^046處，該反射鏡44裝有一個(gè)平移底座，在熒光測(cè)量的時(shí)候移出收集光路，需要成像的時(shí)候移入光路；所述第三透鏡45用于將樣品表面反射的白光聚焦到所述^0相機(jī)46處進(jìn)行成像；所述成像光路只在對(duì)樣品表面形貌成像的時(shí)候工作，在進(jìn)行熒光測(cè)量通過(guò)關(guān)閉[￡0燈41和移出第三反射鏡44進(jìn)行待命；
[0044]所述各反射鏡用于改變光路，可以根據(jù)實(shí)際光路需要考慮適當(dāng)增減；
[0045]所述第二臺(tái)面20置于二維電動(dòng)平移臺(tái)上；位于第二臺(tái)面20上的第二反射鏡31、全息陷波濾波器27、物鏡28和樣品室29按照從上到下的順序位于同一鉛垂線上，這樣被測(cè)量的樣品可以水平放置，便于進(jìn)行水平二維掃描測(cè)量；樣品室固定并與低溫系統(tǒng)和溫控裝置相連(圖中未標(biāo)出)，樣品室使用比較常用的壓縮氦氣制冷，樣品室通過(guò)連接臂和壓縮裝置相連，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行變溫。收集光路末端通第二光纖35與光譜儀50相連，熒光光譜信號(hào)用冗0探測(cè)器60采集并進(jìn)入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(圖中未標(biāo)出)。
[0046]所述激光器10可以根據(jù)樣品測(cè)量要求進(jìn)行選擇，激光器通過(guò)光纖引入激發(fā)光路；
[0047]第二臺(tái)面20用于承載激發(fā)光路和收集光路，提供標(biāo)準(zhǔn)的16螺絲孔，下方與二維電動(dòng)平移臺(tái)相連；
[0048]二維電動(dòng)平移臺(tái)用于承載第二臺(tái)面和其上的激發(fā)光路和收集光路，在水平方向做二維運(yùn)動(dòng)，平移臺(tái)的承重和移動(dòng)精度根據(jù)需要進(jìn)行選擇，一般承重15狀，定位精度1皿可以滿足要求；
[0049]真空樣品室在進(jìn)行低溫實(shí)驗(yàn)時(shí)用于放置樣品，壓縮機(jī)或分子泵保證樣品室真空度，樣品室提供一個(gè)光學(xué)窗口，用于引導(dǎo)激發(fā)光進(jìn)入激發(fā)樣品和收集熒光信號(hào)，樣品置于金屬底座上，金屬底座和低溫系統(tǒng)相連；進(jìn)行常溫實(shí)驗(yàn)時(shí)，真空樣品室可以用常規(guī)樣品底座代替。
[0050]真空泵，用于保持樣品室真空度，通常是機(jī)械泵或分子泵，后者可使真空度提高一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)；
[0051]低溫系統(tǒng)和溫控裝置根據(jù)需要選擇，如要求溫度較低可采用比循環(huán)氦制冷器或氦連續(xù)流制冷機(jī)，再配以溫度控制器，在4-350k范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)溫度控制；
[0052]光柵光譜儀用于對(duì)熒光信號(hào)進(jìn)行分光，然后由CCD探測(cè)器得到對(duì)應(yīng)光的強(qiáng)度；光譜儀通常有不通的光柵刻線，用于不同光譜線精度的測(cè)量，光譜儀通常有幾個(gè)輸出窗口，分別接不同響應(yīng)波段的探測(cè)器；
[0053]CCD探測(cè)器和光柵光譜儀輸出端口相連，采集光譜儀輸出的光強(qiáng)；根據(jù)需要采用不同波段對(duì)應(yīng)的探測(cè)器種類；
[0054]所述光學(xué)平臺(tái)70用于承載除計(jì)算機(jī)和低溫系統(tǒng)以外的所有光學(xué)部分，保證微區(qū)光學(xué)檢測(cè)不會(huì)受到外界細(xì)微震動(dòng)的干擾；
[0055]計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集接口和數(shù)據(jù)采集軟件，采集軟件可以由常見(jiàn)的編程語(yǔ)言C、C++、VB或Labview等實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)CXD攝像頭圖像采集和CXD探測(cè)器信號(hào)采集，以及對(duì)光柵光譜儀、二維電動(dòng)平移臺(tái)和溫控裝置進(jìn)行控制；
[0056]光學(xué)平臺(tái)用于承載除計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和部分溫控裝置外的光路部分，光學(xué)平臺(tái)為光學(xué)實(shí)驗(yàn)中必不可少的基本設(shè)備。
[0057]以上所述激光器米用固態(tài)532nm激光器和氦錦(HeCd)激光器(波長(zhǎng)325nm和442nm)，根據(jù)樣品需要的激發(fā)波長(zhǎng)進(jìn)行選擇。激光器輸出連續(xù)激光，輸出功率200_500mW。激光通過(guò)激發(fā)光路照射到樣品室中的樣品上，激發(fā)熒光。
[0058]以上所述第二臺(tái)面20固定于一個(gè)二維電動(dòng)平移臺(tái)上，二維電動(dòng)平移臺(tái)帶動(dòng)臺(tái)面20作二維掃描運(yùn)動(dòng)，從而使物鏡在樣品表面作掃描動(dòng)作。電動(dòng)平移臺(tái)要求中心負(fù)載15kg左右，行程50-100mm，分辨率lum，以及重復(fù)定位小于2um。臺(tái)面20上的光學(xué)元件應(yīng)盡量減輕重量，以使二維運(yùn)動(dòng)過(guò)程中保持平穩(wěn)，如臺(tái)面20使用鋁合金材料，不必要的光學(xué)元件可以移下臺(tái)面20。
[0059]以上所述樣品室在進(jìn)行低溫實(shí)驗(yàn)時(shí)使用，同時(shí)與分子泵和低溫系統(tǒng)相連，分子泵可以保證樣品室真空度達(dá)到10-4mbar以上，樣品通過(guò)低溫膠粘在銅底座上，底座通過(guò)銅臂和閉循環(huán)氦制冷器相連，制冷器和溫控裝置相連，溫控裝置控制樣品室溫度在4k-350k范圍內(nèi)變化。進(jìn)行常溫實(shí)驗(yàn)時(shí)，真空樣品室可以用常規(guī)樣品座代替。
[0060]熒光信號(hào)通過(guò)光纖進(jìn)入光譜儀，光譜儀為適應(yīng)不同光譜波段使用不同光柵，覆蓋UV-1R全波段范圍，光譜儀提供兩個(gè)輸出口，分別接Si的CCD探測(cè)器(對(duì)應(yīng)測(cè)量波段為400-800nm)和InGaAs的CXD探測(cè)器(對(duì)應(yīng)測(cè)量波段為800_1700nm)。CXD探測(cè)器使用電制冷或循環(huán)水制冷。
[0061]以上所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)分別和CXD相機(jī)、二維電動(dòng)平移臺(tái)、光譜儀、CXD探測(cè)器以及溫控裝置相連；通過(guò)USB2.0接口連接CXD相機(jī)，用于采集圖像；通過(guò)RS-232串口和二維電動(dòng)平移臺(tái)的步進(jìn)電機(jī)控制器相連，控制二維平移臺(tái)運(yùn)動(dòng)和停止；通過(guò)USB2.0和光譜儀及CCD探測(cè)器連接，控制光譜儀轉(zhuǎn)動(dòng)和采集CCD輸出信號(hào)；通過(guò)RS-232串口和溫控裝置相連，控制樣品室溫度變化。計(jì)算機(jī)控制軟件使用匕“1⑶編程，實(shí)現(xiàn)儀器控制和數(shù)據(jù)采集功會(huì)泛。
[0062]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，包括: 激發(fā)光光源，用于提供激發(fā)樣品的激光； 激發(fā)光路部分，其輸入端與激發(fā)光光源輸出端連接，輸出端與真空樣品室相連，用于引導(dǎo)激光入射至真空樣品室內(nèi)的樣品表面，從而激發(fā)樣品發(fā)出熒光信號(hào)； 熒光信號(hào)收集光路部分，其輸入端與真空樣品室相連，用于收集樣品上發(fā)出的熒光信號(hào); 微區(qū)成像光路部分，與激發(fā)光路和熒光信號(hào)收集光路相連，用于樣品表面形貌的微區(qū)成像和定位； 臺(tái)面，激發(fā)光路部分和熒光信號(hào)收集光路部分置于臺(tái)面上，用于承載激發(fā)光路部分和熒光信號(hào)收集光路部分中的元件； 二維電動(dòng)平移系統(tǒng)，臺(tái)面置于其上，用于帶動(dòng)平臺(tái)作二維掃描運(yùn)動(dòng)； 真空樣品室，用于放置樣品； 真空栗，用于保持真空樣品室真空度； 低溫系統(tǒng)和控溫裝置，與真空樣品室相連，用于保持真空樣品室真空度以及維持真空樣品室處于需要的低溫環(huán)境； 光柵光譜儀，與熒光信號(hào)收集光路輸出端相連，用于熒光信號(hào)的處理； CCD探測(cè)器，與光柵光譜儀相連，用于熒光信號(hào)的采集； 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用于接收CCD探測(cè)器輸出的光譜信號(hào)以及成像光路的圖像信號(hào)，控制光柵光譜儀轉(zhuǎn)動(dòng)，以及控制二維運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和低溫系統(tǒng)； 光學(xué)平臺(tái)，除計(jì)算機(jī)和低溫系統(tǒng)外，其他部分置于光學(xué)平臺(tái)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，其中，激發(fā)光源為氣態(tài)或固態(tài)激光器，所述激光器通過(guò)光纖弓I入激發(fā)光路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述激發(fā)光路部分包括用于激光的準(zhǔn)直和聚焦，包括衰減片、擴(kuò)束鏡、光闌、反射鏡、全息陷波濾波器和物鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述熒光信號(hào)收集光路，用于收集樣品發(fā)出的焚光，包括物鏡、全息陷波濾波器、反射鏡、透鏡、濾光片，通過(guò)光纖引入光柵光譜儀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微區(qū)焚光掃描測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述成像光路分為兩部分，一部分和激發(fā)光路相連，包括LED白光光源、透鏡、半透半反鏡，用于提供成像所需的光源；另一部分與熒光信號(hào)收集光路相連，包括反射鏡、透鏡、CCD攝像頭，用于樣品表面成像信號(hào)收集。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述臺(tái)面用于承載激發(fā)光路和收集光路，其下方與二維電動(dòng)平移臺(tái)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述二維電動(dòng)平移臺(tái)用于承載臺(tái)面和其上的激發(fā)光路和收集光路，其在水平方向做二維運(yùn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述真空樣品室在進(jìn)行低溫實(shí)驗(yàn)時(shí)用于放置樣品，壓縮機(jī)或分子泵保證真空度，樣品室提供一個(gè)光學(xué)窗口，用于引導(dǎo)激光進(jìn)入激發(fā)樣品和收集熒光信號(hào)，樣品置于金屬底座上，金屬底座通過(guò)銅臂和低溫系統(tǒng)相連；進(jìn)行常溫實(shí)驗(yàn)時(shí)，真空樣品室用普通樣品座代替。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述真空泵用于保持真空樣品室真空度，其包括機(jī)械泵或分子泵。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，其中，所述低溫系統(tǒng)在低溫試驗(yàn)時(shí)采用閉循環(huán)氦制冷器或氦連續(xù)流制冷機(jī)，所述控溫裝置在4-350k范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)溫度控制。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微區(qū)熒光掃描測(cè)量系統(tǒng)，其中，光柵光譜儀用于對(duì)熒光信號(hào)進(jìn)行分光，所述光柵光譜儀有不通的光柵刻線，用于不同光譜線精度的測(cè)量，所述光柵光譜儀有多個(gè)輸出窗口，分別接不同響應(yīng)波段的CCD探測(cè)器，光譜儀和探測(cè)器置于光學(xué)平臺(tái)上。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK104502315SQ201410720085
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】秦旭東, 張宏毅, 葉小玲, 陳涌海 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所