[实用新型]快速获取硅片光致发光影像的Si-CCD照相机

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种快速获取硅片光致发光影像的Si-CCD照相机。

背景技术

为了判断硅片或电池片是否存在缺陷，常用的方法是采用CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）照相机拍摄硅片或电池片的光致发光影像，通过观察其光致发光影像，可直接判断出硅片或电池片是否存在缺陷及缺陷的位置。CCD照相机是根据光致发光效应原理来进行工作的。所谓光致发光效应是指：当指价带的电子受到入射光子的激发后，会跃过禁带进入导带。如果导带上的这些被激发的电子又跃迁回到价带时，会以放出光子的形式来释放能量。光致发光效应也称荧光效应，其英文术语为：Photoluminescence，简称 PL。CCD照相机的工作原理如下：

首先利用激光作为激发光源，提供一定能量的入射光子，硅片中处于基态的电子在吸收这些光子后而进入激发态，处于激发态的电子属于亚稳态，在短时间内会回到基态，并发出以1150 nm的红外光为波峰的荧光。CCD照相机即可对所述发出的荧光进行感光成像，获取光致发光影像；

从硅片中发出光致发光效应的光的强度与本位置的非平衡少数载流子的密度成正比，而硅片中存有缺陷的地方会成为少数载流子的强复合中心，因此该区域的少数载流子密度变小导致荧光效应减弱，在图像上表现出来就成为暗色的点、线，或一定的区域，而在电池片内复合较少的区域则表现为比较亮的区域。因此，通过观察光致发光成像能够判断硅片或电池片是否存在缺陷 。

CCD照相机的成像时间取决于CCD的种类和质量，且CCD照相机的成像时间和进入相机的光线强度成正比。同时，CCD照相机得到的影像亮度在光线足够的情况下是和曝光成像时间成线性（正比）关系。曝光时间越长，影像越亮。但是在光线非常微弱的情况下，影像的亮度和曝光成像时间就不一定是线性关系。

现有的CCD照相机包括以InGaAs（砷化铟镓）为CCD感光器件的InGaAs-CCD照相机，以及以Si（硅）为感光元器件的Si-CCD照相机。

InGaAs-CCD照相机的优点在于其所需的最短有效曝光时间较短，所以其获取光致发光影像的速度较快，在等效一个太阳光强激发下，得到一幅清晰的光致发光影像，如果采用InGaAs-CCD照相机需要5 - 10 秒。但是，其缺陷在于：1、受到单个CCD合格率和性能一致性的限制，超过1K x 1K高分辨率的InGaAs相机价格非常昂贵，因此，其不适用于大部分的使用者。2、InGaAs-CCD的本体噪声很高，得到的PL影像有很高的背景噪声。（依据半导体材料的物理特性，任何电子元器件都存在有本底噪声：热噪声，热噪声的强度和温度成正比。当微弱的光产生的电信号低于传感器本身的热噪声时，常规的CCD就没有办法从较大的热噪声中分辨出信号。所以CCD本身的热噪声是限制了它对于微弱发光物体的拍摄能力。）

Si-CCD照相机的优点在于成本相对比较便宜，且性能非常稳定，分辨率也能达到非常高。它常用的光谱响应范围是400nm至800nm。但是，其缺点在于：1、它对1000nm之后的光谱产生的感光电流非常微弱，可能低于它本身的热噪声，因此，对上述1150 nm的光谱获取的光致发光影像的效果较差；2、其最短有效曝光时间较长，在等效一个太阳光强激发下，得到一幅光致发光影像，采用Si-CCD照相机就需要5 – 10 分钟的曝光时间。因此，如何使Si-CCD照相机快速获取清晰的硅片或电池产生的1150 nm的光谱的光致发光影像是目前所需克服的难题。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供了一种快速获取硅片光致发光影像的Si-CCD照相机，采用低价格的Si-CCD照相机，将Si-CCD感光元件冷却至-20摄氏度，并在不提高入射光功率，不牺牲CCD分辨率的前提条件下，缩短Si-CCD相机的曝光时间。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种快速获取硅片光致发光影像的Si-CCD照相机，包括：

Si-CCD感光器件，用以拍摄光致发光影像；

电子线路板，电性连接Si-CCD感光器件，用以向Si-CCD感光器件提供电源，驱动，数模转换及接口电路；

帕尔帖制冷元件，设置在Si-CCD感光器件和电子线路板下侧，用以将Si-CCD感光器件的温度降低到至少低于-20摄氏度；