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网站首页    ScanPro系列    ScanPro Advance综合光电测试系统
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ScanPro Advance综合光电测试系统

高分辨高速多物理量扫描综合测试系统

       ScanPro Advance为高配置定制化的多功能光电测试系统,灵活的配置可以满足复杂的定制化需求。在单台设备上可以集成拉曼光谱,荧光光谱,稳态/瞬态光电流测试,吸收光谱,荧光寿命测试,电致发光测试,并且通过高精度的压电平移台进行光谱扫描,光电流扫描以及荧光寿命扫描。超高稳定性的显微镜结构可以支持长时间的连续测试,多层光学光路可以使用包括连续输出激光器,皮秒脉冲激光器,卤素灯,氙灯等多种光源进行测试。

 

主要技术参数*

放大倍数

4倍,10倍,20倍,50倍超长工作距离物镜,工作距离大于18mm

100倍半复消色差物镜

可以选配15倍,40倍无色差物镜,480-1800nm长工作距离红外物镜
激发光源

405nm520nm635nm半导体激光器,532nm固体激光器

可以选配450nm488nm505nm650nm半导体激光

405nm445nm皮秒激光

连续可调氙灯/超连续激光光源
激发光路模块 405nm激光荧光光谱测试模块,532nm激光拉曼光谱测试模块,光电流测试匀化照明光路模块,光电流测试聚焦光斑照明模块
光谱仪配置 328mm焦距4光栅光谱仪,深制冷前照式CCD,制冷温度-60
探针台配置 4个探针夹具,配5微米针尖探针,三同轴连线,漏电流小于1pA
拉曼光谱测试范围 180-4000波数(可选90-4000波数和35-4000波数)
荧光光谱测试范围 430-1000nm405nm激发),540-1000nm532nm激发)
扫描范围 XY方向各100um
扫描点间距 最小50nm
空间分辨率 400nm(拉曼/荧光光谱扫描),1μm(光电流扫描)
选配模块 吸收光谱测试模块,偏振光谱测试模块,电致发光光谱测试模块,荧光发射光谱(PLE)测试模块,荧光寿命测试模块,电致发光(EL)光谱测试模块,氙灯模块,紫外/红外无色差光路模块。

 

ScanPro Advance结构设计

高稳定性光学光路

       ScanPro Advance采用高稳定性显微镜支架设计,适合长时间稳定测试。

       ScanProAdvance采用高稳定性显微镜支架设计,适合长时间稳定测试。使用100倍物镜观察样品,3小时以上没有可见变化。

 

多色照明辅助对焦

       5片颜色滤光片可以改变照明光的颜色。通过使用与激光波长相近的颜色光照明并调节聚焦,可以确保激光光斑准确聚焦于样品表面。

如果使用白色照明光源并调节405nm激光到光斑尺寸最小,因为成像光路具有色差,实际激光并未聚焦于样品表面,光电流扫描效果较差,如图b所示。但是如果使用紫色照明光源调节405nm激光聚焦,由于照明光源和激光波长相近,可以弥补成像系统的色差,从而使得激光准确聚焦于样品表面,得到高分辨的光电流扫描图像,如图d所示。

 

层叠式光路

        ScanPro Advance可以采用最多3层入射光路,每一层入射光路均可以安装最多5块分束器或者二向色镜。还可以使用激光器安装支架,将最多3个自由空间输出激光安装在一个遮光罩壳内。因此ScanPro Advance提供了非常丰富的光学扩展性,可以支持复杂的光学测试。

       封闭式罩壳设计,完全屏蔽环境光的干扰。

 

光电流测试功能

光斑类型(a)匀化照明光斑,(b)激光照明光斑

       在光电流测试中ScanPro Advance提供两种不同照明光斑类型。匀化照明模块将激光转化为均匀的小光斑照射在样品上,并且提供白色LED作为指示灯指示激光照射位置。光斑尺寸最小8微米(50倍物镜)。均匀的光斑也方便计算测试中的光功率密度。聚焦照明光斑则将激光直接聚焦在样品表面形成微小的高斯光斑,光斑尺寸约1微米,可以定位在指定的位置激发样品,也用来进行光电流扫描。

光电流扫描测试(a)明场,(b)对应区域扫描图

       利用高精度压电位移台,ScanPro Advance可以在最大100微米的范围内进行定位精度高达20nm的扫描,由于光斑尺寸在1μm左右,光电流扫描空间分辨率也为1μm。在光电流扫描过程中,由于器件本身的变化或者空气的干扰,暗电流同样会随时间变化。如果器件的光响应较弱,扫描过程中暗电流的变化可能和光电流是相同量级的,造成图像模糊无法使用。Metatest Suite通过控制激光器开关,在每一个数据点分别测量光电流和暗电流。由于在每一个数据点的两次测试时间间隔很短,暗电流变化很小,因此可以准确的测量得到器件的光电流的数值,从而得到高分辨率的光电流扫描图像。选配锁相放大器进行光电流扫描同样可以避免暗电流波动造成的影响。

软件包示例

       Metatest Suite软件包将所有系统中的测试设备统一控制,并且可以尽心最多4个(2组)参数的参数扫描,从而可以一次性测量不同光强,不同电压下的光电流曲线。

测试示例 (a)变光强测输出曲线,(b)固定光强测转移曲线

   (c)光响应测试,(d)变光强测开关比

 

光谱测试功能

       405nm荧光光谱测试光路和532nm拉曼光谱测量光路对两个波长的激光进行了专门的优化,使用100倍物镜时具有衍射极限的光斑,因此在光谱扫描中可以提供极高的空间分辨率。

       ScanPro Advance采用自由空间光路设计,样品的拉曼/荧光信号通过反射镜直接聚焦于光谱仪狭缝,具有很高的收集效率。光谱仪使用了制冷型探测器具有极低的热噪声,可以进行长时间积分,两者相结合保证了微弱光谱测试的准确性。利用高精度压电位移台,ScanPro Advance可以在最大100微米的范围内进行定位精度高达20nm的扫描,由于光斑尺寸在500nm左右(532nm激光),光谱扫描空间分辨率也为500nm。Scanpro Advance光谱测试软件具有光谱Mapping数据快速处理,自动平滑,自动计算积分,平均值,峰值位置,峰宽度等信息。

荧光光谱及扫描测试示例 (a)SiO2/Si基底MoS2在100X物镜下明场图,蓝框为大区域,红框为小区域(b)PL光谱,(c)扫描区域30*30um,(d)扫描区域10*10um

拉曼光谱及扫描测试示例 (a)SiO2/Si基底MoS2在100X物镜下明场图,蓝框为大区域,红框为小区域(b)Raman光谱,(c)扫描区域30*30um,(d)扫描区域13*10um,插图为拉曼扫描截线图,显示扫描分辨率为400nm

 

偏振光谱测试

       ScanPro Advance配备了电动起偏器和电动检偏器,可以自动调整入射激光的偏振方向。起偏器采用了固定的偏振片和可旋转的半波片,在改变偏振方向的过程中激光能量没有变化。检偏器采用了宽带偏振片,可以覆盖250-4000nm的波长范围。Metatest Suite测试软件可以自动旋转起偏器或者检偏器,或者同步旋转起偏器和检偏器,旋转过程中可以自动记录光谱数据,从而快速测量样品的偏振光谱数据。

偏振荧光及拉曼测试示例 ,使用532nm激光激发,对SiO2/Si基底MoS2通过改变入射光偏振进行(a)偏振荧光光谱和(b)偏振拉曼光谱测试

 

荧光寿命光谱及Mapping

       Scapro Advance可以选配荧光寿命测试功能,仪器通道宽度64ps,适用于钙钛矿,量子点等荧光寿命超过500ps的样品。探测器安装于光谱仪上,可以通过转动光栅扫描光谱,得到样品不同波长的寿命曲线。对于短寿命的样品,可以选配时间通道宽度最小813fs的tcspc测试系统,配合高速探测器和皮秒激光,仪器响应速度约22ps,可以测量大于10ps的荧光寿命。

荧光寿命测试(a)绿色晶体荧光寿命光谱,插图为PL光谱,

(b) 不同波长下的荧光寿命图

       配合高分辨的样品扫描测试系统,也可以进行荧光寿命Mapping。数据处理软件可以自动处理Mapping数据,利用最多3个指数进行拟合,并且直接生成不同参数的Mapping图片。

荧光寿命扫描测试(a)明场图片,(b)荧光寿命扫描强度图,(c)荧光寿命扫描拟合平均寿命图,(d)荧光寿命扫描拟合τ1寿命图,(c)荧光寿命扫描拟合τ2寿命图

 

吸收光谱测试

       ScanPro Advance可以选配卤素灯光源进行吸收光谱测试,光谱范围390-1100nm。

50X物镜下的指示光纤图

       利用指示光纤,可以直接观察光谱收集的位置,从而测量指定区域的光谱。ScanPro Advance使用100微米光纤收集样品反射光,在100倍物镜下测量区域仅2微米,从而可以方便的测量微小样品指定区域的吸收光谱。

       利用背照式制冷型微型光谱仪高灵敏度低噪声的优势,单条光谱测试时间仅5ms,可以进行多次光谱平均准确测量样品的吸收光谱。

(a)蓝宝石基底MoS2 (b) 蓝宝石基底WS2

 

电致发光光谱测试功能

       电致发光光谱模块可以测量样品的电致发光光谱,制冷型的背照CCD型光谱仪有着灵敏的光响应,可以测量样品的微弱发光,测量范围300-1100nm。在Metatest Suite软件包中,可以自动扫描样品的激发电压并且测量发光光谱。使用光电探测器可以在微秒尺度上测量样品发光的响应速度,根据样品的灵敏程度可以选择硅探测器或者PMT探测器测量样品发射的光强。

  电致发光测试 (a) 为器件测试环境照片,(b)利用指示光纤显示了光谱测试位置,

           (c) 样品不同偏压下电致发光光谱,(d)电致发光的瞬态特性

 

波长连续可变光源

荧光发射光谱(PLE)测试功能 

       mXenon氙灯模块采用了无色差光学系统,从而保证了紫外到红外一致的光谱分辨率以及更高的紫外光强,240-700nm波段光功率密度均大于20mW/cm2(光斑尺寸13.3μm)。光学优化的快门和斩波器可以提供高速的开关速度(快门打开/关闭时间900μs,斩波器打开/关闭时间1kHz下20μs)。

(a)300nm和500nm闪耀光栅不同波长下的光功率密度,(b)300nm和500nm闪耀光栅的不同波长下的光谱,(c)斩波器开关速度,(d)快门开关速度

       电动衰减片轮除了可以通过软件调整输出光强,更具有恒功率输出模式,自动根据输出光波长调整光强,生成功率固定的照明光源。利用恒功率的光源,可以测量样品在指定光强下的响应率以及样品在不同波长激发下的I-V曲线。

a)恒功率输出模式,在波长250-1100nm下,固定照明光功率密度15mW/cm2,输出功率稳定性3%,输出曲线和在波长350-650nm下,固定照明光功率密度50mW/cm2,功率稳定性1%。照明范围直径13微米,(b)在固定照明光功率密度15mW/cm2下测得硅探测器响应率曲线图(红线),蓝线为参考值,(c)不同波长下的I-V曲线

       通过改变激发光波长激发样品荧光,并且固定激发光功率,配合光谱仪可以测量样品的荧光发射光谱(PLE)。通过Metatest Suite可以自动改变入射光波长并且记录荧光光谱,快速获得PLE数据。

(a)SiO2/Si基底MoS2的PLE光谱图,(b)不同激发波长下,对发射光谱在波长范围为650-700nm积分图,(c)不同激发波长对发射光谱的二维强度图。

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