首頁 利泓專欄 螢光光譜應用文章(Fluorescence Spectrophotometer) 鈣鈦礦閃爍體薄膜品質要如何確認與量化?
閃爍體(Scintillator)因為其可以將高能量電子束,例如X-ray轉化成可見光而成為近期極富潛力的材料,閃爍體可以應用於物理研究、醫學影像與工業探測等非破壞性檢測,搭配適合的偵測器,可以分析樣品中的缺陷,了解元件或是晶圓失效的可能原因。而以鈣鈦礦作為閃爍體材料相較於碘化銫(CsI),製作成本相對低廉,本篇文章嘗試以光致發光高光譜分析做為評估鈣鈦礦薄膜作為閃爍體感測薄膜的可能應用方式。
閃爍體本身的放光原理來自於閃爍體中的電子吸收X-Ray的能量,從價帶(Valance band)躍遷至導電帶(Conduct band),之後藉由電子-電洞的再結合之後以螢光的方式釋放能量。這個特性對於X-ray顯影裝置的設計很有幫助,現今的做法是以閃爍體製成的薄膜套用在偵測器之前,類似濾光片的概念,在一次的分析中就可以取得一整個面的訊號強弱分布,了解樣品可能存在的缺陷,或者加快醫學顯影的速度,而且與X-ray直接顯影使用更低的劑量。
為了使顯影達到更準確的結果,鈣鈦礦薄膜的品質包含均勻度與穩定性就變得非常重要,為了將研究拓展到整個薄膜的分析,有一種分析稱為『光致發光高光譜影像分析法(Photoluminescence Hyperspectral Imaging)』,高光譜具有波長、強度與空間等三維資訊,在分析薄膜樣品時,可以取得範圍內的薄膜表面分布情況。
由於閃爍體發光原理最終會體現在發光的行為上,所以發光的波長、強弱以及加入時間解析的螢光生命週期等資訊,可以顯示出薄膜中的分布情況。其中發光的波長來自於價帶與導電帶的能量差異,發光的強弱與生命週期來自於缺陷的存在與否,如果有缺陷存在,則會捕捉X-ray激發的電子,影響與電洞的結合。
參考來源:10.1002/adfm.202305858
光致發光高光譜的分析技術在發光薄膜材料逐漸導入商業化製程之後可以做為快速品管的工具,除了檢測薄膜本身的品質之外,也可以協助評估製程差異跟優化,此外在產品產出之後,還可以作為薄膜穩定性受環境影響的程度。
參考來源:10.1038/s41560-023-01421-6
現今要做到光致發光高光譜,主要有逐點式拼圖與大面積影像分析等方式,主要考量在於對於分析速度的要求,如果鈣鈦礦薄膜本身會有隨時間衰退的跡象,那快速拿到完整的結果就會是非常重要的。
Photon ETC所開發的光譜儀,透過核心技術體積布拉格光柵,搭配適合波段的相機,可以組合成IMATM或是GRAND-EOSTM等微米級或是毫米級的大面積影像分析系統。