水浸超声扫描系统

近日，中国半导体行业协会、中国电子材料行业协会、中国电子专用设备工业协会、中国电子报共同评选出“第四届(2009年度)中国半导体创新产品和技术”36个项目。中国电子科技集团公司第45研究所研发的SSJ-100超声扫描显微镜荣获此奖项。 　　SSJ-100超声扫描显微镜是一种离线的检测分析设备，在失效分析、工艺过程开发、关键生产工序的监控及小批量产品检测方面有很大的优势，填补了国内空白，并且在各类超声图像的构建与分析、超声发射接收装置、聚焦承片装置等多方面拥有相关专利及自主知识产权的核心技术。该产品可用于各类半导体器件封装如QFN、BGA、FlipChip、CSP、MCM等内部损伤及不连续性等各种缺陷的无损检测及可视化分析，并可用于MEMS的内部无损检测、制造工艺分析以及陶瓷、玻璃、金属、塑料等各种材料的特征、特性分析。相对于X射线的无损检测，超声扫描显微镜可以完整反映器件内部粘接层、填充层、结合层等各方面的内部缺陷，作为无损检测的新一代技术，它拥有不可替代的优势。它以良好的技术支持切实为用户解决问题，在与国外同类产品的竞标中获得了用户的认可，受到了众多用户的好评。该产品不但在技术上成为用户产品生产的可靠保障，而且真正降低了国内用户的生产成本。

近日，南开大学物理科学学院超快电子显微镜实验室付学文教授团队成功研制并报道了国际首套超快扫描电子显微镜（SUEM）与超快阴极荧光（TRCL）多模态载流子动力学探测系统。该系统在飞秒超快电子模式下实现了空间分辨率优于10 nm，SUEM成像和TRCL探测的时间分辨率分别优于500 fs和4.5 ps，各项技术性能和参数指标达到国际领先水平。该团队利用该多模态载流子动力学探测系统在飞秒与纳米时空分辨尺度直接追踪了n型掺杂砷化镓（n-GaAs）半导体中的光生载流子的复杂动力学过程，结合SUEM成像和TRCL测量成功区分了其表面载流子和体相载流子的动力学行为，全面直观地给出了其光生载流子动力学的物理图像。该仪器系统的成功研制填补了我国在该技术领域的空白，为研究和解耦半导体中复杂的光生载流子动力学过程提供了一个强有力的高时空分辨测量平台，将为新型半导体材料与高性能光电功能器件的开发提供重要支撑。该研究近日以“A femtosecond electron-based versatile microscopy for visualizing carrier dynamics in semiconductors across spatiotemporal and energetic domains”（一种基于飞秒电子的可用于跨时空和能量维度可视化半导体载流子动力学的多功能显微镜）为题，发表于重要国际学术期刊《Advanced Science》。半导体光电材料与器件的功能和性能主要取决于其材料表/界面的载流子动力学过程，例如光伏与光电探测器件需要增强其界面光生载流子的分离与传输，抑制载流子的复合，而发光器件则要增强其界面载流子的辐射复合，抑制非辐射复合。这些载流子的动力学过程多发生在表/界面处，且动力学过程快至皮秒乃至飞秒量级，因此以超高的时间、空间以及能量分辨率测量半导体材料表/界面载流子不同类型的动力学过程对于现代半导体器件的研发及应用起着至关重要的作用，尤其是对于一些低维、高速、超灵敏的半导体光电器件。当前，研究半导体光生载流子动力学的时间分辨探测技术主要有瞬态吸收显微镜（TAM）及光谱、时间分辨近场扫描光学显微镜（NOSM）、时间分辨阴极荧光（TRPL）、时间分辨光发射电子显微镜（TR-PEEM）等。然而，光学衍射极限限制了这些技术的空间分辨率，并且激光较大的作用深度使得测得的动力学信号主要来自材料内部的平均载流子动力学信息，很大程度上掩盖了来自表面或界面载流子的贡献，且单一的探测手段难以同时给出载流子不同类型的动力学信息。因此，为了全面表征半导体材料的载流子动力学，特别是表/界面载流子的动力学，亟需发展一种在时空间和能量维度上同时具有超高分辨率并且兼具高表面敏感特性的超快探测手段。图1. 仪器系统的示意图和时空分辨性能表征。（a）超快扫描电镜与超快阴极荧光多模态载流子动力学探测系统的示意图。其中包含飞秒光学系统、扫描电镜系统、阴极荧光收集系统、条纹相机以及液氦低温台。图中左上角分别为金刚石微晶的扫描电镜图、阴极荧光强度分布图像、阴极荧光光谱以及n型GaAs在77 K下的条纹相机图像 （b）传统模式下锡球标样的SEM图 （c）和（d）不同放大倍数下锡球标样的飞秒脉冲电子图像，表明飞秒脉冲电子模式下良好的成像质量，其空间分辨率优于10 nm。（e）初始红外飞秒激光脉冲的脉宽；（f）超快扫描电子成像的时间分辨率测试，其仪器相应函数（IRF）大约为500 fs；（g）超快阴极荧光探测的时间分辨率测试，其IRF约为4.5 ps。随着超快电子显微镜技术的蓬勃发展，超快扫描电子显微镜（SUEM）和超快阴极荧光（TRCL）技术也迅速兴起，两者都同时兼具超短脉冲激光的超快时间分辨率和电子显微镜的超高空间分辨率。其中SUEM技术是基于泵浦-探测原理，用一束可见波段飞秒激光激发样品表面产生光生载流子，另一束同步的紫外飞秒激光激发扫描电子显微镜的光阴极产生飞秒脉冲电子进行扫描成像。由于扫描电子显微镜主要收集来自距离样品表面几个纳米范围内的二次电子信号，使得超快扫描电子显微镜技术具有表面敏感特性，能够直接对半导体材料表面或界面光生载流子（电子和空穴）的时空演化动力学进行成像。然而，该技术无法直接区分辐射复合与非辐射复合动力学过程。TRCL技术是用聚焦的飞秒脉冲电子束激发样品产生瞬态荧光，用条纹相机或时间相关单光子计数器对瞬态荧光进行测量，具有能量敏感特性，且信号绝大部分来源于材料体内，可直接反映载流子的辐射复合行为。因此，SUEM和TRCL在功能上形成良好的互补，将两者有机结合有望实现在超高的时空和能量分辨下全面解析半导体材料表/界面和体相载流子的动力学信息。鉴于此，付学文教授团队将飞秒激光、场发射扫描电子显微镜和瞬态荧光探测模块相结合，研制出了国际首套超快扫描电子显微镜与超快阴极荧光多模态载流子动力学探测系统（如图1示意图和图2实物图所示），实现了对半导体材料表/界面和体相载流子动力学过程的高时空分辨探测和解析。图2. 超快扫描电子显微镜与超快阴极荧光多模态载流子动力学探测系统实物照片。图3. 利用该系统对n型GaAs单晶表面的SUEM成像和TRCL测量结果。（a）n型砷化镓表面测量得到的随时间演化的SUEM图像；（b）从图（a）中光激发区域提取的二次电子强度演化及相应的载流子演化时间常数；（c）表面载流子的空间分布随时间的演化；（d）从297 K到77 K的变温时间积分CL光谱；（e）和（g）在图（a）的SUEM测试区域中分别探测得到的297 K和77 K下的条纹相机图像；（f）和（h）分别从（e）和（g）中提取的带边发射的衰减曲线及相应的荧光寿命。为展示SUEM成像与TRCL探测在超高时空和能量分辨率下直接可视化并解耦半导体中复杂激发态载流子动力学过程上的独特优势，该团队利用该自主研发的多模态实验装置研究了n型GaAs中的载流子动力学。如图3所示，SUEM图像表明由于表面能带弯曲效应，飞秒激光作用后表面光生载流子发生快速分离使空穴向表面富集。通过分析随时间变化的SUEM图像，提取出了光生载流子不同阶段的衰减时间常数；同时通过计算表面空穴分布的均方根位移，揭示了对应不同阶段表面空穴随时间的超扩散、局域化和亚扩散过程。通过进一步分析室温和液氦温度下测量的条纹相机图像中相应的非平衡载流子复合动力学过程和寿命，不但区分出了体相和表面载流子动力学过程的差异，还揭示了上述表面载流子的空间演变过程分别对应于能量空间热载流子冷却、缺陷捕获和带间/缺陷辅助辐射复合过程。该工作阐明了表面态和缺陷态对半导体表/界面载流子动力学的重要影响，展示了超快扫描电子显微镜和超快阴极荧光多模态动力学探测系统在超高时空尺度解耦半导体表/界面和体相载流子动力学中的独特优势。南开大学为该项工作的第一完成单位及通讯单位。南开大学物理科学学院博士生张亚卿和博士后陈祥为该论文共同第一作者，南开大学付学文教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部、天津市科技局、中央高校基础研究经费等的大力支持。文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202400633

一、项目基本情况1.项目编号：CFTC-BJ01-2311044项目名称：北京理工大学超精密低噪声测试平台系统采购预算金额：490.000000 万元（人民币）采购需求：采购标的用途数量是否接受进口产品投标简要技术参数或要求描述超精密低噪声测试平台系统用于教学及科研1套是详见招标文件第四章“货物需求一览表及技术规格”合同履行期限：签订合同之日起至质保期结束。本项目( 不接受 )联合体投标。2.项目编号：CFTC-BJ01-2311043项目名称：北京理工大学低温、强磁场、高压显微红外测试系统采购预算金额：306.000000 万元（人民币）采购需求：采购标的用途数量是否接受进口产品投标简要技术参数或要求描述低温、强磁场、高压显微红外测试系统用于教学及科研1套是详见招标文件第四章“货物需求一览表及技术规格”合同履行期限：签订合同之日起至质保期结束。本项目( 不接受 )联合体投标。3.项目编号：GXTC-A1-23630980项目名称：北京理工大学场发射环境扫描电子显微镜采购预算金额：462.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：462.000000 万元（人民币）采购需求：序号货物名称主要规格单位数量交货时间交货地点是否接受进口产品投标1北京理工大学场发射环境扫描电子显微镜采购详见附件套1签订合同之日起10个月内货到采购人指定地点并安装调试验收完毕北京理工大学西山实验区是合同履行期限：签订合同之日起10个月内货到采购人指定地点并安装调试验收完毕 。本项目( 不接受 )联合体投标。4.项目编号：CFTC-BJO1-2311045项目名称：北京理工大学红外焦平面探测器综合测试与成像设备采购预算金额：430.000000 万元（人民币）采购需求：采购标的用途数量是否接受进口产品投标简要技术参数或要求描述红外焦平面探测器综合测试与成像设备教学及科研1套是详见招标文件第四章“货物需求一览表及技术规格”合同履行期限：签订合同之日起至质保期结束。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间：2023年12月04日 至 2023年12月11日，每天上午8:30至12:00，下午12:00至16:30。（北京时间，法定节假日除外）地点：北京市朝阳区东三环南路甲52号顺迈金钻国际商务中心9层9C方式：现场获取售价：￥500.0 元，本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：北京理工大学　　　　　地址：北京市海淀区中关村南大街5号　　　　　　　　联系方式：陈老师010-68912384 　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：国金招标有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：北京市朝阳区东三环南路甲52号顺迈金钻国际商务中心9层9C　　　　　　　　　　　　联系方式：杨振豪、刘晓红、孙涛、王树凡、张含勇、王珊珊、边璐、谢丹丹010-53681306/1309（获取采购文件电话：010-53670136）　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：杨振豪、刘晓红、孙涛、王树凡、张含勇、王珊珊、边璐、谢丹丹电　话：　　010-53681306/1309（获取采购文件电话：010-53670136）