[发明专利]一种超快速的硅基表面质量检测系统

说明书

本发明涉及硅基表面质量检测的技术领域，更具体地，涉及一种超快速的硅基表面质量检测系统。包括以下装置：锁模飞秒脉冲光源，中红外光波滤波器，色散光纤，掺铒光纤放大器（EDFA），衍射光栅，基于透镜组成的4f成像系统，物镜，数字相干接收机，高速采样示波器以及数据处理恢复所需的电脑。另外还包括所需要用到的环形器，耦合器，光纤，光纤偏振控制器，准直器等。

技术领域

本发明涉及硅基表面质量检测的技术领域，更具体地，涉及一种超快速的硅基表面质量检测系统。

背景技术

硅半导体材料目前是当今许多工业上的一种非常关键的基础材料。硅半导体对清洁能源和军事工业等产业的发展具有相当重要的作用。世界上目前90%以上的半导体器件都是用硅材料制成的。硅产业在过去的一些年中，以每年大于百分之十的速度在增长。单晶硅抛光片已经广泛应用于制造各种分立元件； 硅的制造过程十分复杂，由于工业上工艺流程的不完善以及各种加工中的缺陷很容易在硅表面形成缺陷，从而硅产品的性能产生严重的影响。目前，硅生产厂商通过批次抽检对硅产品加工进行质量控制，在表面质量检测这方面主要检测产品表面的粗糙度、弯曲度、裂纹、刮痕以及油污等缺陷。目前对于硅基表面质量检测的技术有许多种方法，但绝大部分受限于它的成本以及速度，使之应用于工业上大规模硅晶表面质量检测成为障碍。2009年，美国的B.Jalali实验室提出了一种基于时间拉伸的成像手段，这种手段能够极大的提升成像速度，最快能达到数十兆HZ。利用这种成像技术，能够观察到曾经传统CCD所不能探测到的现象。经过近几年的发展，基于时间拉伸的这种成像手段已经达到了非常成熟的地步，B.Jalali等实验室利用这种成像技术成功的进行了大规模癌细胞筛选等实验，实现了高速以及准确率很高的细胞筛选。若将这种技术应用于工业上的硅晶表面质量检测，势必能大幅度提升硅晶产业的检测速率并且大大降低产品的不良率。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种超快速的硅基表面质量检测系统，结合相干接受探测手段，不仅能够获取硅基表面的图像信息，还能通过恢复相位信息从而识别不同表面质量缺陷。更为重要的是，由于此种方法基于锁模飞秒脉冲激光作为光源，实现了兆赫兹的成像帧数，极大的提升了现有的一些硅基表面质量检测的技术。

本发明的技术方案是：一种超快速的硅基表面质量检测系统，其中，包括锁模飞秒脉冲光源，中红外光波滤波器，色散光纤，掺铒光纤放大器，衍射光栅，基于透镜组成的4f成像系统，物镜，数字相干接收机，高速采样示波器以及数据处理恢复所需的电脑，另外还包括实验中所需用到的一些光纤，环形器，耦合器，光纤偏振控制器，准直器；

还包括相位延迟线，透镜，硅基样品；

所述的锁模飞秒脉冲光源、中红外光波滤波器、色散光纤、掺铒光纤放大器依次连接，掺铒光纤放大器再通过相位延迟线或光纤偏振控制器连接数字相干接收机，数字相干接收机再连接示波器以及电脑；

所述的光纤偏振控制器还依次连接环形器、准直器、衍射光栅、透镜、物镜、硅基样品。

考虑到相干接收的原理，滤波器在滤波之后，要使得功率在不同频率上尽可能相同，这样在分为本征光和信号光之后，用相干接收机处理的数据会尽更准确。在这里，我们使用一个waveshaper作为我们的光谱滤波器。

采用锁模飞秒脉冲激光作为光源之后，利用锁模飞秒脉冲具有重复相应频率高这一特点达到对于硅基表面超快速表面检测的目的。

进一步的，所述的色散光纤的色散值与滤波后的光谱宽度的乘积不应大于脉冲的周期时间。否则会造成相邻的信号在时域上重叠，从而恢复不出硅基表面的图像。所述的衍射光栅使光在空间上能够一维的展开，并且不同过的空间位置具有不同的频率。