显微光电流测试装置的制作方法

1.本发明涉及光电流测试技术领域，尤其涉及一种显微光电流测试装置。


背景技术：

2.随着第三代半导体光电材料(如：二维材料或者晶圆等)，以及相机感光面单个像素，研究的蓬勃发展，其材料性能及器件工作机制都与传统半导体材料和器件有很大差异，显微光电流测试系统成为研究材料性能和检测材料光电流强度分布的重要设备，既可以用于测量光电材料的光电响应信号，又可以表征材料的光电性质。
3.显微光电流测试系统中光源是通过显微镜入射到被测样品上，样品电极需要用微米级电极连接引出电信号，并传导到数据采集系统中。微纳半导体光电材料的感光面积一般在几个微米到百微米之间，需要扎探针的电极大小一般在几个微米到百微米之间。而第三代半导体光电材料在光电流显微系统中的测试过程为先将被测样品放置在样品载物台上，然后在成像ccd(即：监控相机)中找到要测试的样品，探针移动到对应电极位置，观察ccd扎探针，将测试样品位置与测试光斑位置重合开始测量。
4.现有的探针座通常是固定在u型结构架上，u型结构架固定在整体底座上，整体底座体积较小且不能整体移动，这样在显微光路光电测试系统中使用时会存在两个问题：一、样品放置到探针台上后需要扎探针，扎探针过程中样品位置可能会有微小移动，因此，会导致扎完探针后被测样品位置与光斑位置不重合；二、有些样品面积较大(如：百微米级别)，电极距离相对也较大(约百微米)，会超出ccd的监控视场，导致两个电极不能在同一个视场中出现，则需要移动样品位置扎探针，操作十分不便；现有的显微光电测试系统都是在探针台结构上做的改进，其测试的光束主要针对激光光束，如果入射光束是激光光路，则无法满足全光谱测试。另一种方法为，通过光纤将全光谱光束照射到样品上，但是全光谱的光纤出射光无法直接聚焦到较小的光斑尺寸，只能测试光电流曲线，而无法测试绝对光谱响应度，适用效果不佳。
5.针对相关技术中微小物品无法实现全光谱的绝对光谱响应测试的问题，目前尚未给出有效的解决方案。
6.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种显微光电流测试装置，以克服现有技术的缺陷。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种显微光电流测试装置，在保留了显微镜的照明和监控功能的前提下，能够实现微小样品的全光谱的绝对光谱响应度扫描，而且本发明能够实现量子效率和光电流的绝对值的测试。
8.本发明可采用下列技术方案来实现的：
9.本发明提供了一种显微光电流测试装置，所述显微光电流测试装置包括入射光源、光谱仪、光束切换装置和显微物镜，其中：
10.所述入射光源与所述光谱仪的入射端连接，所述光谱仪的出射端通过光纤组件与所述光束切换装置的入射端连接，所述光束切换装置上设置有光线反射装置，以将所述光纤组件发射的光线垂直地射入至所述显微物镜中。
11.在本发明的一较佳实施方式中，所述显微光电流测试装置还包括聚焦装置，所述聚焦装置的入射端与所述入射光源连接，所述聚焦装置的出射端与所述光谱仪的入射端连接。
12.在本发明的一较佳实施方式中，所述光纤组件包括光纤和光纤准直器，所述光纤的一端与所述光谱仪的出射端连接，所述光纤的另一端通过所述光纤准直器与所述光束切换装置的入射端连接。
13.在本发明的一较佳实施方式中，所述显微光电流测试装置还包括激光器，所述光束切换装置能移动地将所述激光器所发射的光线垂直地射入至所述显微物镜中。
14.在本发明的一较佳实施方式中，所述光束切换装置为移动平台，通过移动所述移动平台，以切换所述光纤组件所发射的光线或者所述激光器所发射的光线入射到所述显微物镜中。
15.在本发明的一较佳实施方式中，所述显微物镜的下方设置有可移动位置的探针台，所述探针台上放置有测试物品。
16.在本发明的一较佳实施方式中，所述显微光电流测试装置还包括监控相机和调节所述物品的反射光角度的切换结构，所述切换结构能移动或者转动地设置于所述显微物镜的上方，所述监控相机设置于所述切换结构的一侧，通过所述切换结构调控所述物品的反射光射入至所述监控相机中。
17.在本发明的一较佳实施方式中，所述切换结构为半透半反镜片。
18.在本发明的一较佳实施方式中，所述半透半反镜片与所述显微物镜之间设置有照明光源。
19.在本发明的一较佳实施方式中，所述入射光源为白光光源。
20.由上所述，本发明的显微光电流测试装置的特点及优点是：光线传送过程中通过光纤组件和光束切换装置将其准直地入射至显微物镜中，通过探针台可以精确移动测试物品的位置，使光斑能够与测试物品相重合，通过显微物镜的设置可以使出射光直接聚焦至微小的物品上，实现对绝对光谱响应度的测试；另外，由于入射光源、光谱仪和光纤组件的设置，可根据测试需要通过光谱仪选择不同波长的光线进行输出，从而满足全光谱测试的需求。本发明首次实现了微小物品的全光谱的绝对光谱响应度扫描，大大提高了对微小物品光电流测试的准确度。
附图说明
21.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
22.其中：
23.图1：为本发明显微光电流测试装置的结构框图。
24.图2：为本发明显微光电流测试装置的俯视图。
25.图3：为本发明显微光电流测试装置的正视图。
26.本发明中的附图标号为：
27.1、入射光源；
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2、聚焦装置；
28.3、光谱仪；
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4、光纤；
29.5、激光器；
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6、光束切换装置；
30.7、切换结构；
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8、监控相机；
31.9、照明光源；
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10、显微物镜；
32.11、探针台；
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12、测试平台；
33.13、光纤准直器；
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14、光纤组件。
具体实施方式
34.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
35.如图1至图3所示，本发明提供了一种显微光电流测试装置，该显微光电流测试装置包括入射光源1、光谱仪3、光束切换装置6和显微物镜10，其中：入射光源1与光谱仪3的入射端连接，光谱仪3的出射端通过光纤组件14与光束切换装置6的入射端连接，光束切换装置6上设置有光线反射装置，以将光纤组件14发射的光线准直地射入至显微物镜10中。
36.本发明在光线传送过程中，通过光纤组件14和光束切换装置6将入射光源1输出的光线准直地入射至显微物镜10中，通过移动测试物品的位置，可使光斑准确地落在测试物品上，通过显微物镜10的设置可以使出射光直接聚焦至微小的物品(微米级)上，实现对绝对光谱响应度的测试；另外，由于入射光源1、光谱仪3和光纤组件14的设置，可根据测试需要通过光谱仪3选择不同波长的光线进行输出，从而满足全光谱测试的需求，实现全光谱的绝对光谱响应度测试。本发明首次实现了微小物品的全光谱的绝对光谱响应度扫描，大大提高了对微小物品光电流测试的准确度。
37.进一步的，入射光源1为白光光源，以满足光谱仪3能够选择不同波长的光线输出的使用要求，进而达到全光谱测试。
38.进一步的，显微物镜10可采用但不限于反射式显微物镜，其能够实现全光谱测试的需求即可。
39.进一步对，光线反射装置可采用但不限于反光镜，改变入射光的光路，使其能够准确射入至显微物镜10中。
40.在本发明的一个可选实施例中，如图1、图2所示，显微光电流测试装置还包括聚焦装置2，聚焦装置2的入射端与入射光源1连接，聚焦装置2的出射端与光谱仪3的入射端连接。通过聚焦装置2将入射光源1的光线聚焦至光谱仪3中。
41.进一步的，聚焦装置2可采用但不限于聚焦透镜。
42.在本发明的一个可选实施例中，如图2所示，光纤组件14包括光纤4和光纤准直器13，光纤4的一端与光谱仪3的出射端连接，光纤4的另一端通过光纤准直器13与光束切换装置6的入射端连接。通过光纤4对不同波长的光线进行传送，并通过光纤准直器13的设置，能够对光纤4的出射光进行准直，以提高光电流测试的准确度。
43.在本发明的一个可选实施例中，如图1至图3所示，显微光电流测试装置还包括并排设置的多个激光器5，各激光器5用于发射单色且不同波长的光线，光束切换装置6能移动地设置于各激光器5的一侧。可根据实际测试的需要移动光束切换装置6的位置，从而可选
择激光器5发射的光线或者光纤4发射的光线入射，激光器5发射的光线与入射光源1相比具有更好的准直度，在实际测试时，也可采用激光器5作为入射光源，以提高光线的强度大小的调节范围和光线最后在物品上的光斑大小。其可作为光纤组件14的补充和辅助。
44.进一步的，光束切换装置6可为移动平台，通过控制移动平台的位置，可选择不同的入射光线，便于操控。其中，移动平台可选择电动平移操控或者手动平移操控，满足移动需求即可。当然，在对位置精度要求较低的情况下，光束切换装置6还可为滑轨或者导轨等结构件。
45.在本发明的一个可选实施例中，如图3所示，显微物镜10的下方设置有可移动位置的探针台11，探针台11上放置有测试物品。探针台11可安装于现有的移动结构(如：可移动底座或者机械臂等)上，满足探针台11水平、竖直方向的移动，以及探针的移动即可。
46.在本发明的一个可选实施例中，如图1、图3所示，显微光电流测试装置还包括监控相机8和调节物品的反射光角度的切换结构7，切换结构7能移动或者转动地设置于显微物镜10的上方，监控相机8设置于切换结构7的一侧，通过切换结构7调控物品的反射光射通过显微物镜10后再入至监控相机8中。从而可通过监控相机8实时观察光斑和物品的位置，确保光斑落在物品上(或者光斑与物品相重合)。
47.进一步，切换结构7可为但不限于半透半反镜片，通过对切换结构7位置或者角度的调节，可调节物体的反射光线的角度，以使反射光线入射至监控相机8中。
48.进一步的，如图1、图3所示，半透半反镜片与显微物镜10之间设置有照明光源9，提高测试环境的亮度，便于对物品进行观察。
49.在本发明的一个可选实施例中，如图2、图3所示，显微光电流测试装置还包括测试平台12，入射光源1、光谱仪3、激光器5和光束切换装置6均设置于测试平台12的顶部。
50.本发明的显微光电流测试装置的使用过程为：将测试物品放置至于探针台11上，通过聚焦装置2将入射光源1发出的白光聚焦入射至光谱仪3中，光谱仪3根据测试需要选择不同波长的光线进行输出，光谱仪3发出的光线经过光纤组件14准直后再经过光束切换装置6的反射使其入射至显微物镜10中，显微物镜10将该光线入射到测试物品上，并通过监控相机8实时观察测试物品与光斑之间的位置，该上述过程中可通过探针台11精确移动测试物品的位置，保证光斑落在测试物品上，以使光斑能够与测试物品相重合；移动探针，使探针扎至测试物品上电极所在位置，探针对物品上的光电流信号进行采集并传输至数据采集系统中，以完成对微小物品的绝对光谱响应度扫描，在测试过程中，可通过控制光谱仪3输出不同波长的光线，从而实现全光谱测试。其中，探针所采集到的光电流信号还可用于测试量子效率以及单波长的伏安特性等。
51.如果需要对某一单色波长的光线进行测试，且要求光线具有更高的准直度，则可停止光纤组件14中光线的射入，通过调整光束切换装置6的位置使对应位置上激光器5所发射的光线射入至显微物镜10中。
52.本发明的显微光电流测试装置的特点及优点是：
53.一、该显微光电流测试装置，通过显微物镜10的设置可以使出射光直接聚焦至微小的物品上，实现对绝对光谱响应度的测试，而且可根据测试需要通过光谱仪3选择不同波长的光线进行输出，从而满足全光谱测试的需求，实现全光谱的绝对光谱响应度测试。
54.二、该显微光电流测试装置可在光纤组件14入射与激光器5入射之间进行切换，通
过激光器5可提供更加准直的单色光线，以提高光线的强度大小的调节范围和光线最后在物品上的光斑大小。
55.三、该显微光电流测试装置适用但不局限于微小物品的绝对光谱响应度测试，还可实现光电流测试、量子效率测试或者单波长的伏安特性测试等，适用范围广。
56.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。