基于腔增强直接频率梳光谱分析半导体气体中的痕量杂质

腔增强直接频率梳光谱（CE-DFCS）因其高带宽、快速数据采集、高灵敏度和高分辨率的独特组合，在痕量气体检测方面展现出强大的潜力，这是传统系统无法实现的。然而，先前的演示仅限于原理验证实验或基础实验室科学研究。在此，我们介绍了CE-DFCS向工业应用的发展——测量砷化氢中的杂质，砷化氢是III-V族半导体化合物制造中使用的一种重要工艺气体。一种具有极强吸收、极其复杂、拥挤且宽带光谱的背景气体使得痕量检测异常困难，但CE-DFCS的能力克服了这一挑战，并使其能够识别和量化与水杂质相关的多条光谱线。此外，频率梳通过高效的非线性光学过程可以轻松访问新的光谱区域。在此，我们展示了在1.75-1.95微米（5710-5130 cm⁻¹）范围内对多种潜在杂质的检测，在氮气中的单通道检测灵敏度约为1×10⁻⁷ cm⁻¹ Hz⁻¹/²，并识别了砷化氢中掺杂的水，灵敏度约为1×10⁻⁶ cm⁻¹ Hz⁻¹/²。