自动测试大尺寸硅基碲镉汞薄膜厚度的装置及测试方法与流程

1.本发明涉及红外半导体材料技术领域，特别是涉及一种自动测试大尺寸硅基碲镉汞薄膜厚度的装置及测试方法。


背景技术：

2.在红外半导体材料领域，hgcdte材料由于本身是一种直接带隙半导体材料且具有可调的禁带宽度，可以覆盖整个红外波段，使其成为一种理想的红外探测器材料，从70年代就开始被广泛应用于制备不同类型的红外探测器，当前已经成为红外探测领域应用最广泛的探测器材料。经过近三十年的不断发展，目前已经能够采用lpe、movpe以及mbe等多种方法制备出许多高质量的hg1-xcdxte外延薄膜和高性能的红外探测器件，大面积、低成本的碲镉汞薄膜需要分子束外延技术制备。
3.对于碲镉汞薄膜材料来说，在外延完成后需要利用傅里叶变换红外光谱仪对其进行组分、厚度、截至波长的mapping测试，以获取整个材料各个位置的组分、厚度、截至波长的信息，从而反馈到生长工艺的设计中，调节材料组分配比和生长厚度。然而傅里叶变换红外光谱仪样品台行程较小，无法实现对各大尺寸，如6英寸，材料的表征测试。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种自动测试大尺寸硅基碲镉汞薄膜厚度的装置及测试方法，以解决现有技术中不能对较大尺寸的碲镉汞薄膜材料进行厚度测试的问题。
5.第一方面，本发明提供了一种自动测试大尺寸硅基碲镉汞薄膜厚度的装置，该装置包括：旋转台，以及设置在所述旋转台上的待测硅基碲镉汞薄膜样品槽和背景片，所述旋转台还与动力装置相连；
6.通过所述动力装置控制所述旋转台绕所述旋转台的中心点进行旋转，以带动所述待测硅基碲镉汞薄膜样品槽上的待测硅基碲镉汞薄膜样品进行旋转，并控制所述旋转台的旋转角度，以使得所述待测硅基碲镉汞薄膜样品旋转到任意待测位置，并通过测试装置来对所述待测硅基碲镉汞薄膜样品的厚度进行测量。
7.可选地，所述旋转台上还设有复位传感器；
8.所述复位传感器用于记录所述旋转台的初始测试位置，并通过控制所述复位传感器使得所述旋转台回复到所述初始测试位置。
9.可选地，所述旋转台的外径尺寸大于所述待测硅基碲镉汞薄膜样品的外径尺寸。
10.可选地，所述旋转台上设有十字分割区，所述十字分割区的中心与所述旋转台的圆心相重合，通过所述十字分割区将所述旋转台均分为四个象限。
11.可选地，所述动力装置为马达。
12.第二方面，本发明提供了一种应用上述任意一项所述的装置对大尺寸硅基碲镉汞薄膜厚度进行自动测试的方法，该方法包括：将装有待测硅基碲镉汞薄膜样品的旋转台安装在所述测试装置的样品台上，在所述旋转台右上方设置测试使用的背景片；设置测试尺
寸和测试步距，所述测试装置采集完背景片光谱后，对所述待测硅基碲镉汞薄膜样品进行测试，依次得到不同象限的测试结果并进行存储，并基于各个象限的测试结果进行拼接后得到所述待测硅基碲镉汞薄膜样品的整体测试结果。
13.可选地，在进行测试前，控制复位传感器进行复位归零。
14.可选地，对所述待测硅基碲镉汞薄膜样品进行测试，依次得到不同象限的测试结果并进行存储，包括：对第一象限内的所述待测硅基碲镉汞薄膜样品进行测试，得到第一测试结果；控制所述旋转台顺时针旋转90
°
，对第二象限内的所述待测硅基碲镉汞薄膜样品进行测试，得到第二测试结果，控制所述旋转台进行选择，依次测试获得第三象限和第四象限的第三测试结果和第四测试结果，并对所述第一测试结果、第二测试结果、第三测试结果和第四测试结果进行保存。
15.可选地，所述待测硅基碲镉汞薄膜的直径大于6英寸。
16.第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有信号映射的计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时，以实现上述任一种所述的对大尺寸硅基碲镉汞薄膜厚度进行自动测试的方法。
17.本发明有益效果如下：
18.本发明通过设计自动旋转样品的旋转台来实现小行程样品台即可以测试6英寸等更大尺寸的硅基碲镉汞薄膜材料的功能，结合数据拼接软件可以将4个象限的测试结果进行拼接，从而实现准确测定6英寸硅基碲镉汞薄膜材料的mapping厚度，进而有效解决了现有不能对大尺寸的硅基碲镉汞薄膜材料进行厚度测试的问题。
19.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
20.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
21.图1是本发明第一实施例提供的一种自动测试大尺寸硅基碲镉汞薄膜厚度的装置的结构示意图；
22.图2是本发明第一实施例提供的一种对大尺寸硅基碲镉汞薄膜厚度进行自动测试的方法的流程示意图；
23.附图说明：1旋转台、2样品槽、3背景片、4动力装置、5复位传感器。
具体实施方式
24.本发明实施例针对现有不能对大尺寸的硅基碲镉汞薄膜材料进行厚度测试的问题，通过设计自动旋转样品的旋转台来实现小行程样品台即可以测试6英寸等更大尺寸的硅基碲镉汞薄膜材料的功能，结合数据拼接软件可以将4个象限的测试结果进行拼接，从而实现准确测定6英寸硅基碲镉汞薄膜材料的mapping厚度。以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不
限定本发明。
25.本发明第一实施例提供了一种自动测试大尺寸硅基碲镉汞薄膜厚度的装置，参见图1，该装置包括：旋转台1，以及设置在所述旋转台1上的待测硅基碲镉汞薄膜样品槽2和背景片3，所述旋转台1还与动力装置4相连；
26.通过所述动力装置4控制所述旋转台1绕所述旋转台1的中心点进行旋转，以带动所述待测硅基碲镉汞薄膜样品槽2上的待测硅基碲镉汞薄膜样品进行旋转，并控制所述旋转台1的旋转角度，以使得所述待测硅基碲镉汞薄膜样品旋转到任意待测位置，并通过测试装置来对所述待测硅基碲镉汞薄膜样品的厚度进行测量。
27.具体实施时，将所述旋转台1装在先由的测试装置的样品台上，利用现有的测试装置来对样品槽2内的待测样品进行测试。
28.进一步地，本发明实施例中所述的装置还可以设置有复位传感器5，该复位传感器5设置在所述旋转台1上，所述复位传感器5用于记录所述旋转台1的初始测试位置，并通过控制所述复位传感器5使得所述旋转台1回复到所述初始测试位置。
29.需要说明的是，本发明实施例中所述旋转台1的外径尺寸大于所述待测硅基碲镉汞薄膜样品的外径尺寸，而旋转台1以及其上的样品槽2的尺寸可以根据实际需要进行任意设定，本发明对此不作详细说明，总体上以满足对待测样品进行测试为准。
30.具体实施时，为了便于测试，本发明实施例中所述旋转台1上设有十字分割区，所述十字分割区的中心与所述旋转台1的圆心相重合，通过所述十字分割区将所述旋转台1均分为四个象限。
31.也就是说，本发明是利用复位传感器5来记录待测样品的初始位置，并按照不同的象限来分别对待测样品分别进行测试，然后将四个象限的测试结果进行合成，从而得到最终的测试结果。
32.本发明第二实施例提供了一种应用本发明第一实施例中任一种所述的装置对大尺寸硅基碲镉汞薄膜厚度进行自动测试的方法，参见图2，该方法包括：
33.s201、将装有待测硅基碲镉汞薄膜样品的旋转台安装在所述测试装置的样品台上，在所述旋转台上设置测试使用的背景片；
34.s202、设置测试尺寸和测试步距，所述测试装置采集完背景片光谱后，对所述待测硅基碲镉汞薄膜样品进行测试，依次得到不同象限的测试结果并进行存储，并基于各个象限的测试结果进行拼接后得到所述待测硅基碲镉汞薄膜样品的整体测试结果。
35.具体实施时，在进行测试前，控制复位传感器进行复位归零。
36.并且本发明实施例对所述待测硅基碲镉汞薄膜样品进行测试，依次得到不同象限的测试结果并进行存储，包括：对第一象限内的所述待测硅基碲镉汞薄膜样品进行测试，得到第一测试结果；控制所述旋转台顺时针旋转90
°
，对第二象限内的所述待测硅基碲镉汞薄膜样品进行测试，得到第二测试结果，控制所述旋转台进行选择，依次测试获得第三象限和第四象限的第三测试结果和第四测试结果，并对所述第一测试结果、第二测试结果、第三测试结果和第四测试结果进行保存。
37.下面将通过一个具体的测试实施例来对本发明所述的方法进行详细的解释和说明：
38.对于碲镉汞薄膜材料来说，在外延完成后需要利用傅里叶变换红外光谱仪对其进
行组分、厚度、截至波长的mapping测试，以获取整个材料各个位置的组分、厚度、截至波长的信息，从而反馈到生长工艺的设计中，调节材料组分配比和生长厚度。然而傅里叶变换红外光谱仪样品台行程较小，无法实现6英寸材料的表征测试。因此，我们开发了能盛放6英寸材料可自动旋转的旋转台；在软件控制下，通过伺服马达驱动实现对旋转台的精确控制，同时使用python编写的数据拼接软件，从而实现对6英寸硅基碲镉汞材料的mapping测试。
39.现有的平台只能x、y、z三维移动，在测试过程中只能在xy平面移动，测试样品尺寸较小，通过多个区域测试结果的拼接实现整个样品的表征。
40.而本发明是基于设备自带的xyz三维移动平台，加装带有自转功能的旋转台，伺服马达通过齿轮传动使样品槽内的样品的自传，样品槽上设计了传感器点位，可实现控制样品槽内的样品自动恢复初始位置。
41.从软件设计角度来说：(a)旋转台控制软件，控制旋转，旋转方向、旋转角度和复位等功能；(b)测试结果旋转与拼接软件，将样品均匀划分为4个象限分别进行测试，得到的4个区域测试结果为excel表格形式，利用python编写的软件将4个区域测试结果根据测试顺序进行处理：第一象限为基准，数据不处理。样品台旋转将样品第二象限部分顺时针转90
°
至第一象限，进行测试，结果需要逆时针转90
°
放在测试结果第二象限中并与第一象限拼接，同理样品的第三、四象限部分测试结果需要逆时针分别旋转180
°
、270
°
放在测试结果第三、四象限中与第一、二象限数据拼接，从而获得整个样品的测试结果；(c)可调节的数据处理，因为测试设置的步距决定每个象限的数据量，通过excel中数据的行、列值修改数据软件的行、列数值可实现4个区域数据的旋转和拼接处理。
42.通过旋转样品台的增加，将6英寸样品均分为4个象限，每个象限内需要测试的行程为76.2mm
×
76.2mm(6
×
25.4
÷
2＝76.2)，有效解决了原样品台78mm
×
128mm行程无法测试6英寸的问题；数据拼接软件有效解决每个象限测试结果要旋转和拼接的问题。
43.下面将通过一个例子来说明本发明的6英寸硅基碲镉汞傅里叶测试自动旋转样品的整个测试过程：
44.步骤a：6英寸的硅基碲镉汞材料放入旋转台的工装中；
45.步骤b：将装有样品的旋转台安装在原样品台上，在旋转台右上方放置测试使用的背景片；
46.步骤c：使用控制软件对其进行复位归零；
47.步骤d：使用测试软件设置测试尺寸和测试步距；
48.步骤e：进行测试，设备采集完背景片光谱后对样品进行测试，得到第一象限测试结果,存在excel的sheet1中；
49.步骤f：通过平台控制软件使样品台顺时针旋转90
°
，重复步骤e，得到第二象限测试结果,存在excel的sheet2中，依次测试获得第三、第四象限的测试结果；
50.步骤g:使用python编好的软件，输入所的数据的行、列数量，打开相应excel，立刻生成拼接后的整片测试结果，删除多余数据即获得最终结果。
51.可见，通过本发明所述的旋转台，可以将6英寸样品均分为4个象限，每个象限内需要测试的行程为76.2mm
×
76.2mm(6
×
25.4
÷
2＝76.2)，有效解决了原样品台78mm
×
128mm行程无法测试6英寸的问题；数据拼接软件有效解决每个象限测试结果要旋转和拼接的问题。
52.以上是为了使本领域普通技术人员理解本发明，而对本发明所进行的详细描述，但可以想到，在样品尺寸方面，直径或边长大于78mm(4英寸、5英寸、6英寸、70mm
×
70mm等)的材料都可以使用该方法实现测试表征；材料方面，主要是碲镉汞薄膜材料，基底材料可以是硅、碲锌镉等。在不脱离本发明的权利要求所涵盖的范围内还可以做出其它的变化和修改，这些变化和修改均在本发明的保护范围内。
53.本发明实施例的相关内容可参见本发明第一实施例进行理解，在此不做详细论述。
54.本发明第三实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有信号映射的计算机程序，所述计算机程序被至少一个处理器执行时，以实现本发明第一实施例中任一种所述的对大尺寸硅基碲镉汞薄膜厚度进行自动测试的方法。
55.本发明实施例的相关内容可参见本发明第一实施例进行理解，在此不做详细论述。
56.尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。