一种碳化硅小面成像系统及小面识别方法与流程

本发明涉及光学检测，尤其涉及一种碳化硅小面成像系统及小面识别方法。

背景技术：

1、随着半导体材料的发展与进步，如今与硅基半导体材料相比，以碳化硅（sic）为代表的第三代半导体材料，因具有高击穿电场、高饱和电子漂移速度、高热导率等众多优点使得碳化硅得以快速发展以及使用。碳化硅主要应用于新能源汽车、光伏储能、轨道交通等领域。尤其是在车用领域中，预计未来几年在车载主逆变器、充电模块等应用将持续高速增长。随着需求量的不断增加，对小面的成像分析以保证切割后的sic晶圆质量是非常重要的。由于碳化硅晶体会掺杂一定浓度的n元素，在其初期生长过程中其核心的位置（小面）n元素的浓度会比其它正常位置浓度大一些，相对于其它正常位置，小面由于其n元素浓度过大，其电阻率、密度、硬度都会与其它正常位置有一些差异与变化，对于特定波长光的吸收和荧光产生强度都不同，因此可以对碳化硅小面进行成像和识别。

2、碳化硅晶锭高折射率的光学特性给小面区域的检测和精准识别带来了困难，特别是晶锭部分区域反光导致背景不均匀问题，非小面区域的亮度不均匀可能会错误识别成小面区域，大大增加了精准识别的困难。传统测试设备测试方式单一、测试方式较少，传统的成像系统光谱强度信息非常接近，光信号的变化难以用肉眼区分。另外，传统测试光源直接照射碳化硅晶锭，且存在机械接触，可能导致晶锭表面划伤。

技术实现思路

1、本发明主要解决现有技术的碳化硅晶锭的小面检测和识别困难、检测精度低的技术问题，提出一种碳化硅小面成像系统及小面识别方法，小面成像方式是非接触无损测试，并提高小面区域识别的准确率，减少人工干预，降低人工检测成本。

2、本发明提供了一种碳化硅小面成像系统，包括：数据处理模块和数据采集模块；

3、所述数据采集模块，包括：光源、第一滤光片、偏振片、1/2波片、第一透镜组、采集装置、镜头、第二滤光片、第二透镜组、双色镜；

4、所述光源的出射方向依次设置第一滤光片、偏振片、1/2波片、第一透镜组、双色镜；

5、所述双色镜与光源的出射方向呈45°角设置，所述双色镜的出射方向依次设置第二透镜组、第二滤光片、镜头和采集装置；所述镜头安装在采集装置上；所述采集装置采用ccd相机或单光子探测器；

6、所述采集装置与数据处理模块信号连接。

7、优选的，还包括：信号同步模块；

8、所述信号同步模块分别与采集装置和数据处理模块信号连接。

9、优选的，所述双色镜的反射方向设置电动转台；所述电动转台用于放置碳化硅晶锭；

10、所述第一透镜组，包括：第一凹透镜和第一凸透镜；

11、所述第二透镜组，包括：第二凸透镜和第二凹透镜。

12、优选的，所述光源发射365nm的光。

13、对应的，本发明还提供一种根据本发明任意实施例提供的碳化硅小面成像系统的小面识别方法，包括以下过程：

14、步骤s1，利用碳化硅小面成像系统，采集原始晶锭照片；

15、步骤s2，在原始晶锭照片中，识别出晶锭边缘，只保留晶锭边缘以内的区域，得到晶锭图像；

16、步骤s3，对晶锭图像进行增强处理，凸显出小面区域；

17、所述增强处理包括但不限于：灰度值缩放处理、均值图像平滑处理、对比度增强处理、阈值化处理、初步筛选、二次识别中的一种或多种；

18、步骤s4，将小面区域的边缘进行圈定，完成小面识别。

19、进一步的，在步骤1中，采集的原始晶锭照片先进行筛选：首先，在原始晶锭照片上选取多个不同位置，作为照片灰度值的判断区域；然后，确定判断区域的灰度值，并将判断区域的灰度值与灰度值阈值进行比较，保留所有判断区域的灰度值都在灰度值阈值范围内的原始晶锭照片，进行后续处理。

20、进一步的，所述灰度值缩放处理，包括：

21、计算晶锭图像的像素灰度平均值，并利用像素灰度平均值，根据以下公式进行灰度值缩放：

22、

23、其中， x为像素点横坐标； y为像素点纵坐标， a1为缩放后图像灰度值， a为缩放前图像灰度值， c为变换系数， d为可调常数。

24、进一步的，所述对比度增强处理，包括：

25、通过均值图像平滑处理，并计算新的图像灰度值，根据以下公式进行对比度增强处理：

26、

27、其中， b1表示增强处理后的图像灰度值， b表示增强处理前的图像灰度值； round表示用于将一个浮点数四舍五入为最接近的整数的函数； h表示均值图像平滑处理后的图像灰度值， k表示校正灰度值。

28、进一步的，所述阈值化处理，包括：

29、通过对原始图像和对比度增强处理后图像对应位置的像素点灰度值进行对比，将像素灰度值差异达到一定阈值的像素点确定出来，能够实现小面区域和非小面区域的初步区分；公式如下

30、

31、其中， c1表示原始图像灰度值， c表示增强处理后的图像灰度值； z为阈值参数。

32、进一步的，所述初步筛选：小面区域和非小面区域进行初步区分后，设置参数对上述区域进行初步筛选；参数包括圆度、宽高比、面积、孔洞面积占比；

33、所述二次识别：对初步筛选后的区域通过梯度运算获得像素值梯度变化较大的区域，进行二次识别；

34、运算公式如下：

35、

36、其中， d表示二次识别前的图像灰度值， ∇d表示二次识别后的图像灰度值。

37、本发明提供的一种碳化硅小面成像系统及小面识别方法，与现有技术相比具有以下优点：

38、1、本发明中通过透镜组得准直扩束，既可以将光斑均匀放大，相对于传统测试光源直接照射碳化硅晶锭，本发明能够避免发散角所引起光的不均匀分布，减少不同位置光强度的系统误差，有效提高小面成像的准确性和重复性。

39、2、本发明颠覆以往传统测试设备测试方式单一、测试方式较少，本发明可以兼容不同尺寸的晶锭，收集部分的镜头可以不仅可以调节视场大小还能提高分辨率。本发明实现的飞秒量级的时间分辨率，可以消除环境背景干扰信号，补充光谱测量和强度测量的不足，大大提高了小面识别的灵敏度和精准度。

40、3、本发明采用信号同步模块进行时序控制，能够使ccd相机在不同时间下进行图像采集，可以获得不同延迟时间的强度图像，能提供很多传统光学测量技术所不能提供的信息，为小面区域的检测和识别提供了一种高灵敏度和多时间尺度的成像手段。

41、4、本发明增加了偏振相关检测，通过旋转1/2波片从而对光源的偏振方向进行调节，近而更细致的研究不同方向的偏振光对与碳化硅晶锭的测试影响，相对于传统设备的单一检测模式有了质的提升。本发明的小面成像方式是非接触无损测试，克服了传统成像方法的机械接触，避免晶锭表面划伤。

42、5、本发明中的信号同步模块可以精确的调节信号之间的同步，以及精准控制相机的门宽，还可以配合精密移动台和旋转台配合整套测试系统调节光源偏振，晶锭位置来实现不同场合的需求。

43、6、本发明可以对晶锭的小面区域进行图像处理，有效提高了小面区域识别的准确率，能够减少人工干预，降低人工检测成本，提高碳化硅晶圆质量和识别效率。