[发明专利]时间选通阴极发光图像的去卷积

说明书

技术领域

本发明涉及产生阴极发光图的方法和装置，具体地，但不是唯一的，本发明涉及测量阴极发光图的无损方法和装置，所述阴极发光图具有提高的空间分辨率和/或提供深度分辨率，例如3D阴极发光图。

背景技术

阴极发光是激发光谱技术，其包含用电子束照射发光样品并测量感应发出的光。在入射电子束与样品的相互作用或生成体积内，入射电子经历一系列弹性和非弹性的散射活动，导致激发的电荷载子，即电子空穴对的产生。这些电子-空穴对扩散并最后再结合发出的光子；这些光子形成阴极发光信号。

使用光检测器检测由再结合的电子-空穴对发出的光子。通过在样品表面上扫描电子束并记录阴极发光信号强度作为样品上电子束位置的函数，可以形成空间分辨的阴极发光图。

因为所产生的电子-空穴对的数量，并且依次地，用于发出光子而产生的电子-空穴对的再结合数量依赖于发光样品的性能，因此阴极发光图将指示发光样品的性能。

阴极发光信号也可以通过光谱分辨。在光谱分辨的阴极发光实验中，光分散元件分散阴极发光信号并且信号通道或多重通道光检测器分别测量一个具体的光谱间隔或多个光谱间隔。通过在样品表面上扫描电子束并在一个或多个光谱间隔上记录阴极发光信号强度，作为样品上的电子束位置的函数，可以产生空间和光谱上可分辨的阴极发光图。光谱信息给出了关于样品发光性能的额外信息。

对于纯粹的光学激发光谱学方法，比如光致发光，阴极发光是有利的，因为其可以具有较高空间分辨率的特点；扫描电子显微镜的高度集中的电子束可用于激发非常小面积的样品，因此可以获得关于发光样品局部面积的光学性能的信息。

然而，即使使用纳米尺寸的探针，阴极发光图的总体空间分辨率受到入射电子探针生成体积（生成体积为由通过入射电子激发的发光样品的体积）和样品中电荷载子扩散的限制。

的确，根据被研究的材料，电子-空穴对的再结合可以产生远离激发点的微粒，因此严重危害了阴极发光图的分辨率。

尽管计算电荷载子的扩散非常复杂，但是可以精确计算和测量生成体积的外形。蒙特卡洛技术可以使用散射活动的概率分布和其推断的电子载荷密度来模拟样品中的电子轨道。因此发光理论可以将电荷载子的密度与发光光谱强度联系。图1示出了对于（a）1keV和（b）5keV电子束探针能量的块体氮化镓中的蒙特卡洛模拟。已知的是在样品中嵌入量子井，以便通过实验测量生成体积。

用以改进阴极发光图的空间分辨率的可能的解决方案为，用低入射电子束探针能量（例如几keV或低于几keV）来工作。这减小了入射电子的生成体积。然而，不利的是，在低的加速电压下，只能使用样品的浅表面下特征。

已经提出了限制电荷载子的扩散对空间分辨率的影响的方案。通过以频闪观测仪的模式操作显微镜，并瞬时选通CL信号检测，从而其只记录电荷载子扩散过程的开始，这意味着空间分辨率可以改进。其使用了电子束熄灭装置来脉冲调制电子束。不幸的是，该技术在开启和关闭时不能保证电子束的稳定性；对于具有短的瞬时宽度（<1ns）的脉冲空间分辨率开始降低。由于在半导体中的典型的载子移动率具有每微微秒为纳米的量级，其技术优势被限制在具有大扩散长度的材料上。

D．S．H．Chan等人公开了共焦反射镜光学可以用于收集阴极发光（Review of Scientific Instruments75（2004），p.3191（科学仪器评论75（2004），3191页））。使用这一解决方案，不再有电子束和样品性能来确定分辨率的限制，而是由照明光学技术决定。样品的三维可视化是可能的。然而，期望的横向分辨率具有几百纳米的量级并且深度分辨率最好具有一个微米的量级。因此，分辨率不提供满意的横向和深度分辨率。

专利US2010059672公开了如何产生3D阴极发光数据组。US2010059672公开了使用电子探针来激发样本品表面以及使用不同的测量通道（例如EBSD、阴极发光、二次电子等）以便描绘其特征。离子束移除了（通过磨损）样品的被测量层。这些操作如所需被重复很多次并且通过逐层可以重新构建3D阴极发光。不利的是，使用该方法，测量的体积被破坏；用于磨损的离子可以穿透样品并改变其光学性能；生成体积的尺寸和电荷载子的扩散限制空间分辨率。

US2004046120公开了标记（纳米粒子）被注入到单元中，从而其跟随单元的不同特点。然后标记用阴极发光显微镜来观察。明亮的点指示标记存在。明亮点的模糊外观表示标记靠近膜。该文件教导使用去卷积来推导标记与膜的距离。