太陽電池のマルチモーダルX線顕微鏡検査におけるX線ビーム誘導電流測定

X線は多くの電子機器に電流を誘導する。太陽電池の可視光子と非常に似ています。この信号はX線ビーム誘導電流と呼ばれます。

つまり、テストデバイスはX線検出器として動作し、XBICはローカルデバイスの性能を生み出します。XBICは、電子ビーム誘導電流の高特殊分解能と、レーザービーム誘導電流の高い貫入深度を兼ね備えています。この組み合わせは、高解像度のカプセル化された太陽電池のような様々な構造でも局所的な性能を生み出す。

XBIC信号から、半導体デバイスの電気的性能に不可欠な空間的に解決された電荷収集効率を決定することができます。したがって、XBIC測定は、太陽電池、X線検出器などの空間上の電気応答を示すすべてのシステムで、半導体からのナノワイヤで実行できます。デバイスからアンプへの信号経路とデータ取得を行うと、XBIC測定は驚くほど簡単です。

サンプルホルダーを設計して、近接して異なる検出器の配置に最大限の自由を提供します。マイクロメートル位置のサンプルの容易な再配置を可能にするためにキネマティック基盤にサンプルのホールダーを置く。XBIC測定用の電子機器のマウントとして使用できるように設計されたプリント基板を使用してください。

次に、テストする電子機器をプリント基板に接着します。ポリイミドテープを使用して短絡を避けるために注意してください。コンタクトワイヤもテープで固定します。

インシデント X 線ビームに面している上流の接触を同軸ケーブルのシールドに接続します。次に、下流の接触を同軸ケーブルのコアに接続します。次に、プリント基板をサンプルホルダーに取り付けます。

次に、サンプル・ステージにサンプル・ホルダーを取り付けます。サンプルマウントのBNCコネクタを介してサンプルを接続します。取り付け部品や配線が入射X線ビームまたは検出器をブロックしない配線を配置します。

サンプルの動きを制限しないように、サンプル配線が歪み緩和されていることを確認します。サンプルが十分に接地されていることを確認します。次に、対象となる平面がインシデント ビームに垂直になるようにステージを回転します。

これにより、ビームのフットプリントが最小限に抑え、空間解像度が最大になります。マルチモーダル測定を行う場合は、サンプルの周りに検出器を配置し、例えばX線蛍光測定を行います。次に、テスト装置の信号振幅を測定し、異なる条件下で信号の範囲をテストする。

サンプルの近くにプリアンプを置き、ハッチの外側のコントロールユニットに接続します。これにより、ハッチに再入力することなくリモート設定の変更が可能になり、増幅設定が自動的に保存されます。プリアンプをクリーンな電源回路に接続し、電源を入れます。

テストデバイスの信号振幅がプリアンプの入力範囲と一致していることを確認します。飽和状態で偶発的に行われるのを避けるために、測定が行われる場合は常に、プリアンプの増幅を最小限の感度に保つことをお勧めします。テストデバイスをプリアンプに接続します。

信号の振幅が小さいと、配線を短く、ノイズ源から離しておくことが重要です。次に、事前増幅された信号を3つの並列信号分岐に分割します。これらは、正と負の DC 値を、変調された AC コンポーネントと共に個別に記録するために使用されます。

ロックインアンプをハッチの外側のコントロールユニットに接続します。クリーンな電源回路から電源を入れ。プリアンプの出力が、すべての条件下でロックインアンプの入力と一致することを確認してください。

ここではプリアンプの最大出力は10ボルトですが、ロックインアンプの最大入力範囲は1.5ボルトです。したがって、プリアンプ後の信号振幅をテストし、ロックインアンプの入力範囲が最大であることを確認します。次にプリアンプの出力をロックインアンプの入力に接続します。

X線チョッパーを電動ステージに取り付け、X線ビームの出入りを行い、チョッパーコントローラを介して電源を入れします。この場合、チョッパーをコントロールユニットにロックインアンプで接続します。次に、ロックインアンプの復調周波数で光チョッパを駆動します。

次に、ロックインアンプの出力を電圧-周波数コンバータに接続します。次に、デバイスのアナログAC信号としてロックイン増幅信号の根平均二乗振幅Rを出力する。テスト対象のデバイスが、小屋のすべてのライトから保護されていることを確認します。

小屋を検索します。その地域を離れてください。注意してください、スイッチを入れてください。

そして、X線ビームをオンにします。すべてが正しく設定され、X線ビームがサンプルに当たると、変調されたXBIC信号が表示されます。プリアンプの増幅とロックインアンプの入力範囲を適合させ、一致させます。

プリアンプの応答が、選択したチョッパ周波数に十分な速さであることを確認します。矩形のXBIC信号を観測する必要があります。強い遅延が見える場合は、チョッパ周波数を減らすか、プリアンプのフィルタの立ち上がり時間を調整する必要があります。

ロックインアンプのローパスフィルタ周波数を、スキャン速度と互換性のある最小に設定します。次に、信号対雑音比に対して、オンとビームオフの比ビームに対して増幅信号を最大にする。セットアップは XBIC 測定の準備ができました。

サンプルの手付かずの場所に移動し、測定を開始します。XBIC測定にロックイン増幅を使用する主な利点は、標準増幅を伴う測定と比較して、信号対ノイズ比の劇的な増加です。ここで、試験応答下の事前増幅された装置は、バイアス光をオンにすることなく、及びオンにしたスコープで測定されるように示される。

バイアス光や電圧によって誘導される強いノイズや詐欺成分の存在にもかかわらず、たとえ桁違いに小さくても、バックグラウンド信号から変調されたX線ビーム誘導電流信号を抽出することができる。これら2つの画像を比較すると、蛍光管からのバイアス光をオンにしてマイナス65ミリボルトにシフトされた8ミリボルトの順序でオフセット信号を書き留めます。さらに、短い時間スケールでの信号変動は、バイアス光によって著しく増強される。

適切な設定を使用すると、オフセットと高周波変調の両方を軽減できます。しかし、周囲の照明や電磁ノイズなどの意図しないバイアスの原因はすべて、信号対ノイズ比を最も高くするために排除する必要があります。これらのグラフは、ロックイン増幅された RMS 振幅に対するバイアス ライトと異なるローパス フィルタ設定の効果を強調しています。

高いスキャン周波数の場合、低パスフィルタはできるだけ高いが、低カット周波数で得られるノイズへの信号が最も高い必要があります。この場合、10.27ヘルツに等しいカットオフ周波数のローパスフィルタは、中程度の2つのヘルツでスキャンするための最良の妥協点を提供しました。ここでは、X線ビーム誘導電流測定における信号対雑音比に対するロックイン増幅の影響を確認できます。

直接信号の騒がしくいが明らかであり、ロックイン増幅信号は良い細部の細かい特徴を示す。定量分析の場合、変調されたXBIC信号の形状は、変調されたX線強度の形状を表す必要があります。そのため、チョッパ周波数とローパスフィルタを最適化することが重要です。

ロックイン増幅により、異なる条件下でデバイスを測定することができます。例えば、バイアス電圧やバイアスライトを適用できます。最終的には、ナノスケープで高い空間分解能でIV曲線全体を測定することができます。

XBIC は、他の手法と組み合わせるときに特に便利です。例えば、蛍光回折、タクログラフィ、X線励起光発光を用いた。これらすべてを組み合わせると、構成構造と性能を解決し、デコンボルトすることができます。

電力や激しいX線を扱う際に取られる一般的な予防措置とは別に、少なくともサンプルの操作に対してXBIC測定を行う際に特定のリスクはありませんが、放射線損傷のために死亡する可能性があります。ペトラ4のような回折限源では、ナノフォーカスX線フラックスは桁違いに増加します。これにより、測定速度信号対ノイズ比が向上し、その場合、その範囲とオペランドで全く新しい実験が可能になります。