X-ray Beam geïnduceerde stroommetingen voor multimodale X-Ray microscopie van zonnecellen

Röntgenfoto's veroorzaken een stroom in veel elektronische apparaten. Heel erg als zichtbare fotonen in fotovoltaïsche zonnecellen. Het signaal wordt x-ray beam geïnduceerde stroom genoemd.

Met andere woorden, de testapparaten worden bediend als röntgendetectoren en XBIC levert de prestaties van het lokale apparaat op. XBIC combineert de hoge speciale resolutie van elektronenbundel-geïnduceerde stroom met een hoge penetratiediepte van laserstraal geïnduceerde stroom. Deze combinatie levert de lokale prestaties, zelfs in verschillende structuren zoals in ingekapselde zonnecellen met hoge resolutie.

Aan de slag met het XBIC-signaal kunnen we de ruimtelijk opgeloste laadinzamelingsefficiëntie bepalen, wat essentieel is voor de elektrische prestaties van halfgeleiderapparaten. In principe kunnen XBIC-metingen worden uitgevoerd op alle systemen die elektrische respons op de ruimte laten zien, zoals zonnecellen, röntgendetectoren, op nanodraden van halfgeleiders. Het nemen van XBIC metingen is eigenlijk verrassend eenvoudig als je het signaal pad van het apparaat naar de versterkers en de data-acquisitie te volgen.

Begin met het ontwerpen van een monsterhouder om maximale vrijheid te bieden aan de plaatsing van verschillende detectoren in de nabijheid. Stel de monsterhouder in op een kinematische basis om monsters met micrometerpositie eenvoudig te herpositioneren. Gebruik een printplaat die zo is ontworpen dat het kan worden gebruikt als een houder voor het elektronische apparaat voor XBIC-metingen.

Plak vervolgens het elektronische apparaat dat moet worden getest op de printplaat. Besteed aandacht om kortsluiting te voorkomen met behulp van polyimide tape. Fixeer de contactdraden ook met tape.

Sluit het stroomopwaartse contact aan dat de röntgenstraalstraal van het incident onder ogen ziet met het schild van de coaxiale kabel. Sluit vervolgens het stroomafwaartse contact aan met de kern van de coaxiale kabel. Monteer vervolgens de printplaat in de monsterhouder.

Monteer vervolgens de monsterhouder op het monsterstadium. Sluit het monster aan via de BNC-connector op de monstermount. Plaats de bedrading zodanig dat geen montage deel of bedrading blokkeert het incident x-ray beam of een detector.

Zorg ervoor dat de bekabeling van het monster wordt afgelost, zodat de monsterbewegingen niet worden beperkt. Controleer of het monster goed geaard is. Draai nu het podium zodanig dat het vlak van belang loodrecht op de incidentstraal staat.

Dit minimaliseert de voetafdruk van de bundel en maximaliseert de ruimtelijke resolutie. Als u multimodale metingen uitvoert, plaatst u de detectoren rond het monster, bijvoorbeeld voor röntgenfluorescentiemetingen. Meet vervolgens de signaalamplitude van het testapparaat om het bereik van het signaal onder verschillende omstandigheden te testen.

Plaats een voorversterker in de nabijheid van het monster en sluit deze aan op een bedieningseenheid buiten het hok. Hierdoor kunnen op afstand wijzigingen worden ingesteld zonder het hok opnieuw in te voeren en worden de versterkingsinstellingen automatisch opgeslagen. Sluit de voorversterker aan op een schoon stroomcircuit en schakel hem aan.

Zorg ervoor dat de signaalamplitude van het testapparaat overeenkomt met het ingangsbereik van de voorversterker. Het is een goede gewoonte om de versterking van de voorversterker op de minimale gevoeligheid te houden wanneer er geen meting plaatsvindt om onbedoelde oververzadiging te voorkomen. Sluit nu het testapparaat aan op de voorversterker.

Gezien de kleine signaalamplitude is het van cruciaal belang om de bedrading kort en op afstand van geluidsbronnen te houden. Vervolgens splits het voorversterkte signaal in drie parallelle signaaltakken. Deze worden gebruikt om de positieve en negatieve DC-waarden afzonderlijk op te nemen, samen met de gemoduleerde AC-componenten.

Sluit de lock-in versterker aan op een bedieningseenheid buiten het hok. Power it from a clean power circuit. Zorg ervoor dat de uitgang van de voorversterker onder alle omstandigheden overeenkomt met de ingang van de lock-in versterker.

Hier is het maximale vermogen van de voorversterker 10 volt, maar het maximale ingangsbereik van de lock-in versterker is 1,5 volt. Test daarom de signaalamplitude na de voorversterker en zorg ervoor dat het ingangsbereik van de lock-in versterker maximaal is. Sluit vervolgens de uitgang van de voorversterker aan op de ingang van de lock-in versterker.

Monteer de röntgenhelikopter op een gemotoriseerd podium met de mogelijkheid om in en uit de röntgenstraal te bewegen en deze aan te drijven via de choppercontroller. Sluit de chopper aan op de besturingseenheid, in dit geval via de lock-in versterker. Rijd vervolgens met de optische chopper met de demodulatiefrequentie van de lock-in versterker.

Sluit vervolgens de output van de lock-in versterker aan op een voltage-to-frequency converter. Voer vervolgens de root-mean-squared amplitude R van het lock-in versterkte signaal als de analoge AC signaal van het apparaat. Zorg ervoor dat het geteste apparaat is afgeschermd van alle lichten in het hok.

Doorzoek het hok. Verlaat alsjeblieft het gebied. Let op, let op, zet aan.

En zet de röntgenstraal aan. Als alles correct is ingesteld en de röntgenstraal het monster raakt, is een gemoduleerd XBIC-signaal zichtbaar. Pas de versterking van de voorversterker en het ingangsbereik van de lock-in versterker aan zodat ze overeenkomen.

Zorg ervoor dat de respons van de voorversterker snel genoeg is voor de gekozen chopper frequentie. Een rechthoekig XBIC-signaal moet worden waargenomen. Als er een sterke vertraging zichtbaar is, moet de chopperfrequentie worden verlaagd of moet de filterstijgingstijd van de voorversterker worden aangepast.

Stel de low pass filterfrequentie van de lock-in versterker zo laag in dat compatibel is met de scansnelheid. Maximaliseer vervolgens het versterkte signaal ten opzichte van de verhoudingsbundel aan en straal uit en met betrekking tot de signaal-ruisverhouding. De setup is nu klaar voor XBIC metingen.

Ga naar een ongerepte plek op het monster en start de meting. Het belangrijkste voordeel van het gebruik van lock-in versterking voor XBIC-metingen is de dramatische toename van de signaal-ruisverhouding in vergelijking met metingen met standaard versterking. Hier wordt het voorversterkte apparaat onder testrespons weergegeven zoals gemeten door een bereik zonder en met een bias-lampje ingeschakeld.

Ondanks de aanwezigheid van sterke ruis of bedrog componenten veroorzaakt door bias licht of spanning, is het mogelijk om de gemoduleerde X-ray beam geïnduceerde stroomsignaal uit het achtergrondsignaal te extraheren, zelfs als het ordes van grootte kleiner. Het vergelijken van deze twee beelden, let op een offset signaal op de orde van acht millivolt dat is verschoven naar min 65 millivolt door het inschakelen van de bias licht van tl-buizen. Bovendien wordt de signaalvariatie op korte tijdschalen aanzienlijk verbeterd door het bias-licht.

Met de juiste instellingen kunnen zowel de offset als de hoge frequentiemodulatie worden beperkt. Niettemin moeten alle bronnen van onbedoelde vooringenomenheid, zoals omgevingsverlichting en elektromagnetische ruis, worden geëlimineerd voor de hoogste signaal-ruisverhouding. Deze grafieken benadrukken het effect van bias licht en verschillende low pass filter instellingen op de lock-in versterkte RMS amplitude.

Voor een hoge scanfrequentie moet de laagdoorlaatfilter de frequentie zo hoog mogelijk, maar het hoogste signaal naar geluiden met lage afgesneden frequenties. In dit geval bood een low pass filter met een afgesneden frequentie gelijk aan 10,27 Hertz het beste compromis voor het scannen bij matige twee Hertz. Hier ziet u de impact van lock-in versterking op de signaal-ruisverhouding in x-ray beam geïnduceerde stroommetingen.

De luidruchtigheid van het directe signaal is duidelijk en het lock-in versterkte signaal toont fijne eigenschappen in detail. Voor kwantitatieve analyse moet de vorm van het gemoduleerde XBIC-signaal de vorm van de gemoduleerde röntgenintensiteit weergeven. Daarom is het belangrijk om de chopper frequentie en low pass filters te optimaliseren met betrekking tot dat.

Lock-in versterking stelt ons in staat om apparaten te meten onder verschillende omstandigheden. We kunnen bijvoorbeeld bias voltage of bias light toepassen. Uiteindelijk stelt dit ons in staat om hele IV-curve te meten met een hoge ruimtelijke resolutie op het nanolandschap.

XBIC is vooral handig als we het combineren met andere technieken. Bijvoorbeeld, met röntgenfluorescentie diffractie, tachografie, of X-ray opgewonden optische luminescentie. Als we dat allemaal combineren, kunnen we de compositiestructuur en performance oplossen en deconvoleren.

Afgezien van algemene voorzorgsmaatregelen die moeten worden genomen bij het omgaan met elektrische stroom en intense röntgenstralen is er geen specifiek risico bij het uitvoeren van XBIC-metingen voor de werking ten minste het monster, kan sterven als gevolg van stralingsschade. Met diffractie beperkte bronnen, zoals petra vier, de nanofocus X-ray flux zal toenemen door orders van grootte. Dit verhoogt de meetsnelheid signaal tot ruis verhouding en maken geheel nieuwe experimenten in situ en operando mogelijk.