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

Het belangrijkste voordeel van het gebruik van lock-in versterking voor XBIC metingen is de dramatische toename van de signaal-ruis verhouding in vergelijking met metingen met standaard versterking. De meetinstellingen die bijzonder belangrijk zijn voor een geslaagde lock-in-versterkte XBIC-meting zullen in de eerste vijf secties worden besproken. Het gaat om: (a) signaal modulatie; b) pre-amplificatie; c) signaal menging in de LIA; d) low-pass filter frequentie van de LIA; e) low-pass filter roll-off van de LIA. Illustraties van de effecten van deze instellingen worden geïllustreerd in figuur 3, Figuur 4, Figuur 6. Voor de metingen, een laboratorium Setup gebruikt een rode laser () in plaats van een röntgenstraal, gemoduleerd op 2177,7 Hz door een optische Chopper. Fluorescerende buizen dienden als bron voor bias Light. De DUT was een thin-film zonnecel met een cu (in, ga) se2 (CIGS) Absorber. Hoewel verschillende meetinstellingen zouden worden gekozen voor andere DUT, zijn de algemene richtlijnen die hier worden beschreven om geschikte instellingen te vinden geldig voor een verscheidenheid aan DUT, zoals zonnecellen met verschillende absorberende lagen of nanodraden. De PA werd gebruikt met een versterkingsfactor van. De hier besproken effecten gelden evenzeer voor andere voorversterkers. Als er niets anders wordt gespecificeerd, is de laagdoorlaatfilter roll-off van de LIA 48 dB/oct. De volgende secties (f)-(i) vertonen voorbeeldige resultaten om de mogelijkheden en uitdagingen van XBIC-metingen in combinatie met andere meetmodi weer te geven. In (f) worden specifieke uitdagingen van XBIC-metingen in de Fly-Scanning-modus besproken. In (g) worden XBIC-en XRF-metingen van een CIGS-zonnecel gecombineerd, en het effect van lock-in versterking wordt besproken met bias voltage toegepast. In (h) wordt XBIV toegevoegd als een meetmodus voor een CIGS Solar Cell. In (i) worden XBIC-en compositorische gegevens van XRF van een CdS-nanodraad weergegeven. Voor alle XBIC-metingen in secties (f) tot (i) gebruikten we een PA en een LIA zoals gespecificeerd in de tabel met materialen en reagentia. a) modulatie van het binnenkomende signaal Figuur 3 toont de vooraf versterkte DUT respons gemeten door een scope zonder (bovenste rij) en met (onderste rij) bias Light ingeschakeld. Naarmate de PA stromen naar spanningen converteert, is het weergegeven signaal in volt. Het is negatief als gevolg van het contact van de zonnecel, met de p-en n-type contacten verbonden met het schild en de kern van de ingang van de PA, respectievelijk. Bij XBIC-metingen wordt het contact met de zonnecel beheerst door de noodzakelijke aarding van het voorste contact zoals beschreven in punt 1.3.6. van het protocol. In vergelijking met Figuur 3a en figuur 3Dnoteren we een offset signaal op de volgorde van 8 MV dat wordt verschoven naar-65 MV door het bias-licht van Fluorescentiebuizen in te schakelen. Bovendien wordt de signaal variatie op korte tijdschema’s aanzienlijk versterkt door het bias Light. Een dergelijke bias offset van ruwweg 70 mV kan problematisch blijken te zijn, als gevolg van limieten in het acceptatie bereik van de PA en LIA. Aangezien we het volledige gamma van de PA willen gebruiken, is een kleine offset zoals in Figuur 3a-C de voorkeur. Daarom moeten alle bronnen van onbedoelde bias, zoals omgevingsverlichting, worden geëlimineerd. Het toevoegen van een gehakte foor-bron, zoals weergegeven in Figuur 3b,C,E,F, verhoogt het geïnduceerde signaal met dezelfde hoeveelheid-ongeveer 66 MV-voor zowel met als zonder bias Light, wanneer de straal door het hakmes gaat; Wanneer de straal wordt geblokkeerd door het blad, blijft het signaal op het niveau van de respectieve offset, zoals verwacht. De frequentie van de Chopper verschilt in het signaal van Figuur 3b en 3e met een periode van MS. In figuur 3D-Fnoteren we een extra modulatie met een frequentie van 90 kHz. De bron van deze hoogfrequente modulatie is de elektronische ballast van de fluorescerende buis, die wordt gereden op 45 kHz. Hoewel de vergrendelings versterking in staat is om de bijdragen van verschillende modulatie frequenties te differentiëren, zoals weergegeven in Figuur 6, is de reductie van het geluidssignaal van het allergrootste belang voor een goede meting. Omgevingslicht is slechts één mogelijke bron, maar andere elektronica kan ook ruis veroorzaken, die vervolgens op het signaal zou worden bovenop. Merk op dat bias Light niet altijd ongewenst lawaai is, maar vaak wordt bias Light toegepast om de DUT in de bedrijfsomstandigheden te zetten. In Figuur 3b,C,E,F, merken we verder dat de reactie van de DUT bij verandering van de intensiteit van de bestraling vertraagd is. Deze toename-tijd effecten zullen worden besproken in meer detail in de volgende sectie en zijn afkomstig uit twee verschillende effecten: ten eerste, de steile stijging en afname van de DUT reactie op de 2177,7-Hz modulatie wordt vertraagd door de low-pass filter in de PA. Ten tweede blijft het signaal toenemen/afnemen bij langzamere tijdschema’s (bijv. zichtbaar tussen 0,68 en 0,80 MS in figuur 3c), die we aan de bezettings kinetiek van defect toestanden in de zonnecel toeschrijven. (b) pre-amplificatie De PA versterkt niet alleen het gemoduleerde signaal van de DUT, maar kan zijn golfvorm aanzienlijk veranderen. Zoals hierboven beschreven, zijn de contacten van de zonnecel zodanig dat een negatieve spanning wordt gemeten bij verlichting. Voor de in Figuur 4getoonde metingen werd geen bias Light toegevoegd. De metingen werden genomen met stijgende filter stijg tijden om hun effecten te demonstreren wanneer de versterkings sterkte constant wordt gehouden. In veel gevallen zijn filter stijg tijden hardware-gekoppeld aan de versterking. Hoe sterker de versterking is, hoe langer de responstijd is, en hoe kleiner de cut-off-frequentie is van het low-pass filter in de PA36,37. Met een filter stijgtijd van 10 μs zoals in het bovenste paneel van Figuur 4, het signaal is nauwelijks vertraagd, overspant het nominale piek-tot-piek bereik van ongeveer 10 MV tot-65 mv, en bereikt plateaus bij de piekwaarden. Met 100 μs filter stijgtijd, delay effecten zijn zichtbaar in het gemoduleerde signaal, maar de modulatie is nog steeds verschillend en de amplitude is in een vergelijkbaar bereik als voor 10 μs. Een filter stijgtijd van 1 MS is langer dan de periode van de modulatie (0,46 MS). Daarom wordt de modulatie onderdrukt tot amplitudes onder 10 mV en de vorm weerspiegelt alleen het begin van de stijgende en dalende rand, die duidelijk niet geschikt is voor kwantitatieve XBIC-metingen. Dit verband tussen Gain en filter stijgtijd moet in het achterhoofd worden gehouden, met name voor de combinatie van snelle modulatie frequenties, met sterke versterking. (c) signaal menging Het belangrijkste verschil tussen standaard signaalversterking en lock-in versterking is het mengen van het DUT-signaal met een referentiesignaal en de daaropvolgende onderdrukking van hoge frequenties door een low-pass filter. Het signaalpad voor het mengen is afgebeeld in Figuur 5. Voor de bespreking van de signaal menging worden enkele vereenvoudigingen aangebracht. Het referentiesignaal kan worden beschreven als een sinusoïdale signaal (6) , waar is de amplitude en is de modulatie frequentie van het referentiesignaal. Het gemoduleerde signaal van de DUT dat in de LIA wordt gevoed, kan op een vergelijkbare manier worden weergegeven als (7) , waar is de amplitude en is de modulatie frequentie van het DUT-signaal, en is een faseverschuiving van het DUT-signaal naar het referentiesignaal. Na de volgende gegevens van (1) en (2) is het gemengde signaal: (8) . De modulatie frequentie van de DUT is de referentie frequentie . Daarom is het trigonometrische principe 9  kan worden gebruikt om te herschrijven als de som van twee termen met verschillende frequenties: (10) . De low-pass filter vermindert het snelle signaal, zodat het lock-in versterkte signaal kan worden benaderd38,39 als (11) . Het DUT-signaal vermengd met het referentiesignaal wordt de in-Phase- component genoemd, en het DUT-signaal vermengd met de 90 ° fase-verschoven verwijzing wordt de Quadrature-component genoemd: 12  (13) . Van EQ. (12) en (13), de RMS-amplitude 14 Naast de fase 15 van het gemengde signaal kan worden verkregen met de twee-argument Arcus Tangent functie. Veel LIA hebben een interne fase aanpassen aan nul instellen tijdens metingen. (d) low-pass filter frequentie Figuur 6 toont het effect van bias Light en verschillende low-pass filterinstellingen op de lock-in versterkte RMS amplitude, . We gebruikten een LIA waarmee we het signaal dat het resultaat is van verschillende filter parameters tegelijkertijd konden opnemen. De cut-off frequentie van een low-pass filter definieert de frequentie, waarbij het signaal wordt verzwakt tot 50%. Terwijl lagere frequenties worden verzonden, worden hogere frequenties onderdrukt. Afbeelding 6a,E tonen het directe signaal met = 466,7 kHz, die effectief geen ruis of lagere frequentie modulaties elimineert, maar laat ze passeren met het onbewerkte signaal. De conversie van het RAW-voorversterkte signaal naar de RMS-  amplitude leidt tot een extra factor voor frequenties die voldoende lager is. Bijvoorbeeld, een constante ingangsspanning van wordt uitgevoerd als. Overwegende dat de gemiddelde offset in figuur 6e verwaarloosbaar is zonder bias Light (gemiddeld 2 MV), het stijgt tot een gemiddelde van ongeveer 75 MV met bias Light (Figuur 6a). Het verschil is van vergelijkbare sterkte als tussen Figuur 3a en Figuur 3D, maar pas op dat dit afzonderlijke metingen waren. In beide gevallen leidt het inschakelen van de snij bron tot een aanzienlijke toename en de piek-naar-piek variatie van  correspondeert met de piek-naar-piek variatie van het onbewerkte signaal zoals weergegeven in Figuur 3b en Figuur 3E . In afbeelding 6b,F, wordt de RMS -amplitude weergegeven na het gebruik van een low -pass-filter met 1000 Hz. Opnieuw een offset kan worden waargenomen in Figuur 6b als gevolg van de bias Light, maar de verschuiving is kleiner met rond 18 MV gemiddeld. Deze offset wordt veroorzaakt door de 100 Hz modulatie van het fluorescerende licht, terwijl de 90 kHz modulatie wordt geblokkeerd door het low-pass filter. Bovendien is het geluidsniveau van de “beam on”-toestand nog steeds significant met een piek-naar-piek variatie rond 46 mV, terwijl de gemiddelde signaal waarde 32 mV bedraagt. Zonder bias Light (figuur 6F) bedraagt de piek-tot-piek variatie ongeveer 17 MV tijdens ‘ beam on ‘ met een gemiddelde waarde van 23,5 MV. De gemiddelde offset bij ‘ Beam off ‘ is kleiner dan 0,5 mV. Deze metingen tonen aan dat de combinatie van een low-pass filter met 1000 Hz en een snij frequentie van 2177,7 Hz niet ideaal is: het signaal dat de modulatie frequentie draagt, wordt slechts gedeeltelijk verwijderd, maar niet volledig onderdrukt door de low-pass Filter. Het resterende deel leidt tot significante piek-tot-piek variaties van  tijdens de ‘ beam on ‘ staat. Wanneer bias Light aanwezig is, verhoogt de 100 Hz modulatie als gevolg van de netto-frequentie van de fluorescentielampen de piek-naar-piekwaarden verder. In figuur 6C,G, kan de invloed van het bias-licht als minimaal worden gezien: de 10,27 Hz low-pass filter vermindert de meeste ruis en modulatie van het fluorescerende licht, en een duidelijk Beam-geïnduceerde signaal kan worden geëxtraheerd. Hoewel hier nauwelijks zichtbaar, de verschuiving en verspreiding van lawaai zijn nog steeds iets groter met bias Light. Dit kan worden veroorzaakt door strooilicht dat door het Chopper wiel op de DUT loopt. Daarom is het raadzaam om de Chopper ver stroomopwaarts te implementeren om de modulatie van strooilicht te voorkomen. Afbeelding 6d,H zijn een zoom in de verandering van ‘ beam on ‘ naar ‘ Beam off ‘ na 6 s in Figuur 6b,C,F,G, respectievelijk. De superopgelegde modulatie bij 100 Hz (fluorescentielampen frequentie) is zichtbaar in figuur 6d voor het low-pass filter met 1000 Hz. Let ook op de vertraging in het signaal na het filter met 10,27 Hz vergeleken met het signaal na het filter met 1000 Hz, wanneer de straal is uitgeschakeld. Vergelijkbaar met het geval voor langzame stijg tijden van de PA, laag van de low-pass filter in de Lia veroorzaken langzamer aanpassing van signaal veranderingen. In totaal hebben we geconstateerd dat een low-pass filter met 10,27 Hz en een roll-off van 48 DB/OCT (zie volgende sectie) biedt in dit geval het beste compromis tussen snelle scansnelheid (ten gunste van hoge waarden) en onderdrukking van bias Light of ruis (in gunst van lage waarden, vooral onder de rasterfrequentie 50 Hz). (e) Afrol van laagdoorlaat filter Zoals veel digitale lock-in versterkers, het model dat hier werd gebruikt maakt gebruik van zogenaamde discrete-time RC filters of exponentiële lopende gemiddelde filters waarvan de kenmerken zijn zeer dicht bij die van een analoge weerstand-condensator RC filter40. Afgezien van de filter cut-off frequentie die in de vorige sectie is besproken, is er slechts één gratis parameter, de Filtervolgorde , die de helling van de cut-off als DB/OCT definieert. Afbeelding 7A toont het effect van de Filtervolgorde op de frequentie afhankelijke demping voor verschillende cut-off frequenties die overeenkomen met de tijd constanten MS en MS. time constanten tussen deze twee uitersten zijn geschikt voor de meeste xbic Metingen. De filter demping is berekend40 in het frequentiedomein als de absolute waarde kwadraat van de complexe overdrachtsfunctie 16  Als een functie van de frequentie en een filter van orde met een tijdconstante . Overdrachtsfuncties van filters voor hogere orders worden verkregen door vermenigvuldiging van de overdrachtsfuncties van de afzonderlijke filters met serienummers. Vergelijkbaar met , we definiëren en als de frequenties, waarbij de verzwakking is respectievelijk 5% en 95%. Het product van deze frequenties en is constant en gegeven in tabel 1 voor de omrekening tussen de cut-off frequenties en de filtertijd constante. In het tijddomein wordt de filter respons voor recursief berekend op basis van een ingangs signaal dat op discrete tijden , , enz., is gedefinieerd, verdeeld over de bemonsterings tijd: 17  De respons van filters met wordt berekend door meerdere iteraties van EQ. 17 met berekend vanaf en. De filter respons op een toenemende (op tijd 0) en afnemende stapfunctie (op tijd ) wordt weergegeven in afbeelding 7b voor filter orders 1 tot en met 8, als functie van de tijd in eenheden van. Houd er rekening mee dat het antwoord is vertraagd met betrekking tot het ingangssignaal en dat deze vertraging toeneemt met. De vertraging wordt in tabel 1 gekwantificeerd als de tijden, en, waarbinnen het verzonden signaal respectievelijk 5%, 50% of 95% bereikt. De keuze van de juiste filter roll-off is net zo kritisch als de cut-off frequentie bij het ontwerpen van het experiment. In toepassing 1 gepresenteerd in sectie (g), zijn kwalitatief hoogwaardige XBIC-metingen verkregen met een Chopper frequentie van 1177 Hz, dwelltijd van 100 MS en cut-off frequentie van 40 Hz bij filter order 8. Met de getallen uit tabel 1vertaalt dit zich in en . Deze tijd is aanzienlijk korter dan de dwelltijd, zodat er geen vertraging-artefacten worden geïntroduceerd. f) verblijfstijd correctie In klassieke stap-modus metingen beweegt de scan fase naar de nominale positie en wordt het begin van de meting bij die pixel positie geactiveerd nadat de precieze positie is bereikt. Voor korte verblijfs tijden wordt de bezinkings tijd beperkt voor de totale scantijd, die zogenaamde Fly-scan-of continue meetmodi motiveert: daar beweegt de scan fase continu en worden de meetgegevens toegeschreven aan pixels met de gecodeerde fase positie in nabewerking. Dit kan echter leiden tot extra problemen zoals weergegeven in afbeelding 8. In dit geval werden de motoren van de monster fase niet gelijkmatig in de richting verplaatst, wat resulteerde in wisselende verblijfs tijden per pixel (Zie figuur 8a). De Dwell-time variaties vertalen direct in variaties in XBIC metingen, zoals te zien in figuur 8C. Daarom moet het XBIC-signaal worden genormaliseerd naar de verblijfstijd, waarvan de resultaten worden weergegeven in figuur 8D. Evenzo, variaties in de intensiteit van de bundel (weergegeven in figuur 8b) vaak moeten worden verantwoord door normalisatie naar de foton flux. Xbic-signaal genormaliseerd naar de foton flux kan worden gezien in afbeelding 8e; voor een minimale fout bij de absolute XBIC-kwantificering is de fotopstroom zelf genormaliseerd tot de mediane waarde. Afbeelding 8F toont de xbic-kaart genormaliseerd naar de dwelltijd en de foton flux, waardoor de impact van de meeste meet artefacten is verminderd. Ten slotte toont afbeelding 8G de xbic-gegevens na conversie van een tellings percentage naar de huidige met behulp van EQ. (1). g) toepassing 1: XBIC van een zonnecel met bias voltage en XRF Figuur 9a-B toont de impact van lock-in versterking op de signaal-ruis verhouding in X-Ray Beam geïnduceerde stroommetingen. De ruis van het directe signaal is duidelijk in figuur 9a: sterke intensiteit contrasteert van lijn tot lijn zijn indicatief van meet voorwerpen, en fijne xbic variaties van de DUT komen begraven in het willekeurig veranderende signaal. Aan de andere kant zijn deze mooie kenmerken duidelijk zichtbaar in figuur 9b. Merk op dat het geluidsniveau in Fig. 9a ongebruikelijk hoog is om onbekende redenen, ondanks de optimalisatie van de installatie voorafgaand aan de metingen. In dergelijke gevallen is de signaal-ruis verhouding verbetering door lock-in versterking aanzienlijk hoger dan in gevallen van een reeds hoge signaal-ruis verhouding met standaard versterking (bijv. toepassing 3 in sectie (i)), waarbij de lock-in versterking alleen leiden tot marginale verbeteringen. Met de PA, voorwaarts (figuur 9C) en omgekeerde (figuur 9d) bias spanningen van-50 mV en + 50 mV, respectievelijk, werden toegepast op het monster en de oppervlakte van figuur 9a-B opnieuw ingeblikt. De dominante kenmerken die zichtbaar zijn in figuur 9b zijn nog steeds zichtbaar in figuur 9C en figuur 9d, maar ze zijn minder verschillend omdat de kaarten luidruchtiger zijn. Dit is omdat de toepassing van bias voltage of bias licht induceert een directe stroom die vaak orders van grootte groter dan de gemoduleerde XBIC signaal. Uiteindelijk beperkt de verhouding van direct naar gedifferentieerd signaal de toepasbaarheid van lock-in versterking. Ondanks de slechte signaal-ruis verhouding, is het de moeite waard erop te wijzen dat lock-in versterking het in kaart brengen van de zonnecel prestaties op de nanoschaal mogelijk maakt met bias voltage en bias Light toegepast, die anders nauwelijks mogelijk zouden zijn30. Aangezien de prestaties van de CIGS Solar Cell zijn gecorreleerd aan de absorberende laag samenstelling7,41, hebben we het XRF-signaal gelijktijdig met de xbic gemeten. In figuur 9e-Fworden de concentraties van Ga en in gepresenteerd. Beide elementen maken deel uit van de absorberende laag en hun ratio wordt geacht van grote invloed te zijn op de prestaties van de zonnecel7. De statistieken van ga zijn veel groter dan voor in, wat te wijten is aan de hogere absorptiecoëfficiënt en minder zelf absorptie bij de excitatie-energie van 10,4 keV. Vanwege de lage statistieken zijn de functies in de kaart bijna onzichtbaar, terwijl de Ga-concentratie duidelijk genoeg is om te worden gecorreleerd met de elektrische prestaties in figuur 9b. Voor een hoger signaal kan men kiezen voor langere verblijfs tijden of een absorptie-energie kiezen met een grotere absorptie-dwarsdoorsnede. Dit illustreert het belang van een voldoende lange verblijfstijd en de afstemming van de stralingsenergie op de elementen van belang. Met lange verblijfs tijden en grote kaarten moet een ander punt in gedachten worden gehouden: tijdens metingen die meerdere uren beslaan, kan monster drift een kritieke kwestie worden. Thermische schommelingen (met name na monster wisseling of grote motor bewegingen met een slechte warmteafvoer) en de instabiliteit van mechanische fase componenten leiden vaak tot monster drift zoals te zien is door vergelijking van de verticale posities van figuur 9D en Figuur 9b. h) toepassing 2: XBIC van een zonnecel met XBIV en XRF Figuur 10 toont een multimodale scan van een CIGS-zonnecel, waarbij de cel wordt bediend onder kortsluitbare voorwaarden die Xbic in figuur 10Ameten, en onder open-circuit conditie die Xbiv in figuur 10bmeet. De in figuur 10C getoonde XRF-meting werd gelijktijdig met de XBIV-meting uitgevoerd. Om voldoende XRF-tellingen te verzamelen, was de dwelltijd per pixel 0,5 s voor figuur 10b-C in vergelijking met 0,01 s in afbeelding 10a. Dienovereenkomstig kan een lagere frequentie in het low-pass filter voor de XBIV-meting worden gebruikt in vergelijking met de XBIC-meting (10,27 Hz versus 501,1 Hz, beide met roll-off 48 dB/oct). Voor XBIV metingen alleen konden we dezelfde dwelltijd en low-pass filterinstellingen gebruiken als voor de XBIC meting met vergelijkbare signaal-ruis verhouding. Het was echter over het algemeen meer tijd efficiënt om XBIV te combineren met XRF-metingen met de XRF-meting die de dwelltijd regelt, dan het uitvoeren van afzonderlijke XBIV-en XRF-metingen. In vergelijking met afbeelding 10a, en Figuur 10B, merken we op dat de kortsluitstroom , gemeten als xbic, en de open circuit spanning, gemeten als xbiv, gecorreleerd zijn: grote hoog-en laagpresterende gebieden zijn zichtbaar in beide meetmodi. Dit geeft aan dat de lokale dikte variaties en/of recombinatie domineren de prestaties hier, in plaats van de variaties, die zou leiden tot tegengestelde trends in xbic en xbiv28. Verder, rekening houdend met figuur 10C , men kan zien dat bepaalde gebieden met lage prestaties zoals bij correleren met lage cu Count tarief, terwijl de prestaties is niet gecorreleerd met de cu Count tarief in andere gebieden. i) toepassing 3: XBIC en XRF van een Nanodraad Naast zonnecellen, gecontacteerd nanodraden24 of nano-sheets, evenals Quantum dots, zijn andere voorbeelden van DUT die kunnen profiteren van lock-in versterkte xbic metingen. Voor demonstratie toont figuur 11a de elementaire verdeling van XRF-metingen en figuur 11b de corresponderende xbic-kaart van een CDs-nanodraad. De twee contacten gemaakt van PT en de CdS-draad zijn duidelijk te onderscheiden, en het XBIC-signaal toont een bijpassende elektrische respons. Bijzonder opmerkelijk is het feit dat XBIC de elektrische prestaties van de nanodraad onder het PT-contact kan onthullen, wat uniek is voor X-Ray nanoprobes en te wijten is aan de hoge penetratie diepte van harde röntgenstralen. De complementatie van de materiaalsamenstelling en elektrische eigenschappen van de nanodraad illustreert de voordelen van multimodale Röntgen metingen. Figuur 1 : Setup voor Lock-in versterkte X-Ray Beam geïnduceerde stroom (XBIC) metingen op een te testen apparaat (DUT). Het straal pad wordt rood afgebeeld. De groene vormen duiden op optionele X-Ray fluorescentie (XRF) en gebied detectoren voor multimodale metingen, geel geeft optioneel bias Light aan. Hardwarecomponenten voor XBIC-metingen zijn zwart gekleurd, terwijl XBIC-signaalpaden blauw zijn met respectievelijk signaaluitgangen en ingangen die worden weergegeven als gevulde en lege cirkels. Vóór het verzamelen van gegevens (DAQ), de DC (gelijkstroom) en AC (wisselstroom) signaal wordt omgezet van een spanning naar een frequentie (V2F). Voor alternatieve signaalpaden verwijzen we naar deel (a) van de discussie sectie. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken. Figuur 2 : Voorbeeld van een kinematische sample houder geoptimaliseerd voor multimodale x-ray microscopie metingen, inclusief x-ray Beam geïnduceerde stroom. Dunne koperen draden zijn gemonteerd op de voor-en achterzijde contacten van een cu (in, ga) se2 (CIGS) zonnecel met zilver verf, en aangesloten op de PCB contacten. Polyimide tape wordt gebruikt om de draden te scheiden, waardoor kortsluiting van het monster wordt vermeden. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken. Figuur 3 : Vooraf versterkte zonnecel respons bij bestraling met bias Light en gemoduleerde straal. Bovenste rij zonder bias Light, onderste rij met bias Light: een & D-Beam uit; B & E-Beam aan; C & F-zoom in de rode rechthoek van B & E. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken. Figuur 4 : Zonnecel respons na pre-amplificatie met drie verschillende filter stijg tijden (10 μs – blauw, 100 μs – rood, 1 MS – groen) in de voorversterker. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken. Figuur 5 : Signaalverwerking door de lock-in versterker31. is de signaal ingang van de DUT en is het referentiesignaal van de Chopper. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.    Figuur 6 : Lock-in versterkte RMS amplitude met low-pass filter cut-off frequenties 466,7 kHz (blauw), 1 kHz (paars), 10,27 Hz (rood) en constante filter roll-off 48 DB/OCT. De DUT was een cu (in, ga) se2 zonnecel met (a, B, C, D) en zonder (E, F, G, H) bias Light toegepast. De tijden waarop de gehakte fotonen balk werd in-en uitgeschakeld, worden in de figuren aangegeven als verticale onderbroken lijnen. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.   Figuur 7 : Effect van low-pass filterinstellingen in de lock-in versterker. A-demping door het low-pass-filter in het frequentiedomein voor twee tijd constanten ( MS en MS) en voor filter orders 1 tot en met 8. B-verzonden signaal reactie van het low-pass filter in het tijddomein, in eenheden van de tijdconstante , voor filter orders 1 tot en met 8 op stap-achtige verandering van het ingangssignaal van 0 in 1 op tijd 0 en van 1 naar 0 op tijd. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.   Figuur 8 : Fly-scan meting van een cu (in, ga) se2 zonnecel op beamline P06 bij Petra III, genomen op 15,25 Kev foton Energy met een gerichte flux van ongeveer pH/s. De PA werd gebruikt met   = 106 V/A, en de Lia met Hz (48 DB/OCT). A-dwelltijd, B-foton flux, C-X-Ray Beam geïnduceerde stroom (xbic); Xbic-kaart genormaliseerd naar: D-Dwell time, E-foton flux genormaliseerd naar de mediaanwaarde, F-Dwell tijd en genormaliseerde foton flux. G – genormaliseerd XBIC-signaal na conversie van de telsnelheid naar de huidige met behulp van EQ. (1). Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.  Figuur 9 : X-ray Beam geïnduceerde stroom (XBIC) en x-ray fluorescentie (XRF) metingen van een cu (in, ga) se2 zonnecel, genomen bij de beamline ID16B bij de Europese Synchrotron stralings faciliteit met een gerichte flux op de volgorde van pH/s. De PA werd gebruikt met V/A, de Lia met Hz (48 DB/OCT). De straal energie was 10,4 keV, de Chopper frequentie was 1177 Hz, en de low-pass filter afgesneden bij 40 Hz. De dwelltijd was 100 MS en de pixelgrootte was 40 nm x 40 nm. De kaarten A, B, E en F werden allemaal op hetzelfde moment genomen; C en D worden herneemt na 50 min en 113 min, met 50 mV voorwaartse en omgekeerde biasspanning toegepast, respectievelijk. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.       Figuur 10 : Multimodale meting van een cu (in, ga) se2 zonnecel, genomen bij BEAMLINE P06 bij Petra III met een gerichte flux van ongeveer pH/s. De straal energie was 15,25 keV, de Chopper frequentie was 8015 Hz, en de pixelgrootte 50 nm x 50 nm. A-X-Ray Beam geïnduceerde stroom (XBIC) gemeten met een dwelltijd van 0,01 s, een PA met = 106 V/a, en een LIA met Hz (48 DB/OCT); B-X-Ray Beam geïnduceerde spanning (XBIV) die hetzelfde gebied als paneel A beslaat, gemeten met een verblijfstijd van 0,5 s en een LIA met Hz (48 DB/OCT); C-cu Count rate van een X-Ray fluorescentie (XRF) meting, gelijktijdig genomen met de XBIV-meting. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.          Figuur 11 : Multimodale meting van een CDs nanodraad met PT-contacten, genomen bij beamline 26-id-C van de Advanced photon source met een straal energie van 10,6 keV. A-PT en CD-distributie van een X-Ray fluorescentie meting. B-X-Ray Beam geïnduceerde stroom (XBIC) meting tegelijkertijd uitgevoerd met de XRF-meting, zonder lock-in versterking. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.  Tabel 1: voor discrete-tijd RC filters van de orders 1 tot en met 8, het product van de tijdconstante en de frequentie, waarbij het signaal wordt verzwakt door 5% (), 50% (), en 95% (), is constant en gegeven in het bovenste deel . In het onderste deel wordt de tijdsvertraging gegeven, waarbinnen het signaal 5%(), 50% () en 95% () bereikt, in eenheden van de tijdconstante en van de inverse cut-off frequentie. Klik hier om dit Excel-bestand te downloaden. XBIC EBIC LBIC Multimodale mogelijkheden ++ + + Ruimtelijke resolutie ++ ++ – Penetratie diepte ++ — + Beschikbaarheid — – + Monster schade – — ++ Tabel 2: kwalitatieve beoordeling van X-Ray Beam geïnduceerde stroom (XBIC), elektronenstraal geïnduceerde stroom (EBIC) en door laserstraal geïnduceerde stroom (LBIC).