一种紫外至远红外宽波段显微光荧光扫描成像实验装置

本发明涉及显微荧光成像领域，具体涉及一种紫外至远红外宽波段显微光荧光扫描成像实验装置，特别适用于半导体微结构的极弱0.3-20微米波段光荧光性能成像检测。

背景技术：

1、显微光荧光扫描成像表征对半导体微结构光电子研究有很重要的应用，但长期以来只有可见到近红外很窄的可用波段，限制了可测试半导体的种类范围。更重要的是，由于环境辐射、散射等电磁干扰，极大限制了半导体极弱光荧光信号检测的动态范围。例如，在3-20微米红外波段，由于环境的热辐射背景通常要比需要探测的光荧光信号强2个数量级，同时目前可用红外探测器的灵敏度要比可见波段的低2个数量级，直接采用红外面阵成像无法探测到微弱的红外光荧光信号。同时面阵成像的空间分辨能力也受到了很大限制，特别对比面阵像元更小的微结构更显得困难。

2、紫外至远红外宽波段光荧光不仅拓展了可检测半导体的种类，更能在宽波段同时反映带隙、浅能级和深能级杂质/缺陷等的光学属性。其荧光强度的空间分布可提供不同发光性质的光学形貌。因此需要发展出一种紫外至远红外宽波段显微光荧光扫描成像实验装置。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明设计了一种紫外至远红外宽波段显微光荧光扫描成像实验装置，所述装置包括周期调制模块、调制泵浦模块、表面图像探测模块、紫外-远红外宽波段显微模块、低变温待测样品、扫描成像模块、光探测解调模块以及计算机中控模块，其特征在于：

2、所述的周期调制模块是具有正弦波或方波输出的函数发生器，其正弦波或方波频率由计算机中控模块读取；

3、所述的调制泵浦模块包括具有模拟信号调制功能的激光器和空间滤波器，激光器输出光子能量高于待测样品的带隙，其调制信号由函数发生器输出的周期信号提供；

4、所述的表面图像探测模块包括平行照明光源、第一可见分光器、第二可见分光器和可见相机，所述第一可见分光器和第二可见分光器的透反比为50:50；

5、所述的紫外-远红外宽波段显微模块包括二向色分光器和显微物镜，二向色分光器反射平行照明光源和激光器波段，同时透射待测样品的光荧光波段，显微物镜为反射式物镜，工作波段覆盖0.3-20微米；

6、所述的低变温待测样品包括待测样品、显微低温恒温器、液氦储存罐和液氦输液管，显微低温恒温器具有紫外-红外宽波段光学窗口，工作距离小于显微物镜工作距离，液氦输液管连接显微低温恒温器和液氦储存罐；

7、所述的扫描成像模块包括多维微位移台及其对应的多维电机控制器；

8、所述的光探测解调模块包括光学滤光器、光电探测器、信号前置放大器和频谱分析仪，频谱分析仪频域范围包含函数发生器输出的周期信号频率；

9、所述的计算机中控模块控制三维电机控制器并采集频谱分析仪频谱中对应函数发生器输出频率的强度信号，同时监控相机输出的待测样品表面形貌图像。

10、本发明主要优点是：

11、1.可用波段覆盖紫外至远红外，特别是可对3-20微米波段的红外光荧光性能进行扫描成像；

12、2.消除环境背景的电磁干扰，增强待测光荧光的动态范围，尤其适用于半导体的弱光荧光成像；

13、3.空间分辨率取决于泵浦波长而非光荧光波长，所以红外波段也具有亚微米级的空间分辨率；

14、4.样品不需要预处理，测量无损非接触，属于非破坏性测量；

15、5.在低温下可探测半导体的杂质/缺陷分布等性质。

技术特征：

1.一种紫外至远红外宽波段显微光荧光扫描成像实验装置，所述装置包括周期调制模块、调制泵浦模块、表面图像探测模块、紫外-远红外宽波段显微模块、低变温待测样品、扫描成像模块、光探测解调模块以及计算机中控模块，其特征在于：

技术总结本发明公开一种紫外至远红外宽波段显微光荧光扫描成像实验装置，所述装置包括周期调制模块、调制泵浦模块、表面图像探测模块、紫外‑远红外宽波段显微模块、低变温待测样品、扫描成像模块、光探测解调模块以及计算机中控模块。该装置实现紫外至远红外波段的光荧光显微成像功能。空间分辨率可达到亚微米量级。本发明为微区光学性能形貌测试提供了宽表征波段，具有便捷、无损、非接触等优点，特别适用于半导体微纳结构的弱荧光性能成像检测。技术研发人员：陈熙仁,邵军受保护的技术使用者：中国科学院上海技术物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/25