[發(fā)明專利]磁圓二向色性光電導(dǎo)譜測量系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210150271.6
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102680408A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃學(xué)驕;王麗國;申超;朱匯
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號: G01N21/19
• 分類號: G01N21/19
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁學(xué)和半導(dǎo)體自旋電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于對半導(dǎo)體自旋電子學(xué)材料(比如：稀磁半導(dǎo)體材料)的自旋相關(guān)光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)的研究，提供了一種磁圓二向色性光電導(dǎo)譜(PC-MCD)測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來自旋電子學(xué)逐漸興起，磁光光譜測量和電學(xué)測量作為重要的測量手段，在自旋電子學(xué)研究中發(fā)揮了重要的作用。

MCD全稱為磁圓二向色性，即在磁場下，物質(zhì)對左旋圓偏振光與右旋圓偏振光的吸收率不同的現(xiàn)象，它是研究材料磁學(xué)性質(zhì)的重要手段。光電導(dǎo)譜測量光照引起的樣品電導(dǎo)率的變化，光吸收產(chǎn)生附加的載流子，引起樣品電導(dǎo)率的變化。由于半導(dǎo)體對不同波長的光吸收率存在差異，特別是在半導(dǎo)體帶隙邊緣，吸收率會有明顯的突變，因此通過測量光電導(dǎo)隨波長的變化，可以獲得樣品能帶結(jié)構(gòu)的信息。光電導(dǎo)正比于光電壓，一般鎖相放大器測量光電壓信號。

通常的光電導(dǎo)測量系統(tǒng)中，入射光設(shè)置成穩(wěn)態(tài)的左圓或右圓偏振光，通過分別測量兩種偏振光引起的光電導(dǎo)的差異，來獲得樣品的光譜結(jié)構(gòu)和磁學(xué)信息。然而通常情況下，這種差異非常小，加之測量系統(tǒng)本身存在的噪聲，使得分辨這種差異變得很困難。

如何設(shè)計一套高信噪比，并且可以靈活改變溫度、磁場、波長的光電導(dǎo)譜測量系統(tǒng)，是各磁學(xué)、光學(xué)實驗室期待解決的重要技術(shù)問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的主要目的在于提供一套配置靈活，有較高分辨率的磁圓二向色性光電導(dǎo)譜(PC-MCD)測量系統(tǒng)，在測量過程中可以根據(jù)實驗需要靈活地改變波長、磁場大小以及樣品的溫度。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種磁圓二向色性光電導(dǎo)譜測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

一超連續(xù)白光光源(LS)，其出射光經(jīng)過單色儀后作為樣品測試光源；

一單色儀(SP)，對該超連續(xù)白光光源(LS)的出射光進(jìn)行濾波，僅選擇單一波長的光通過；

一斬波器(CP)，對該單色儀(SP)出射光進(jìn)行斬波調(diào)制，并為第一鎖相放大器(LIA1)提供參考信號，從而得到樣品光生電壓的強(qiáng)度；

一格蘭泰勒棱鏡(P)，用于將單色儀(SP)出射光變?yōu)榫€偏振光；

一光彈調(diào)制器(MO)，用于將格蘭泰勒棱鏡(P)出射的線偏光變?yōu)橹芷谛云裾{(diào)制光；

一消色差透鏡(L)，用于聚焦入射光到樣品上；

一中心帶有室溫孔洞的超導(dǎo)磁體杜瓦(MG)，提供用于光電導(dǎo)譜測量的磁場；

一電流源(CS)，為樣品提供一穩(wěn)定的直流電流；

第一鎖相放大器(LIA1)和第二鎖相放大器(LIA2)，用于測量樣品光生電壓信號的對應(yīng)特定頻率的信號幅度；以及

一由計算機(jī)組成的數(shù)據(jù)處理與存儲系統(tǒng)。

上述方案中，所述超連續(xù)白光光源(LS)通過一個波長為1064nm的泵浦光激發(fā)一個非線性光纖，得到功率最大2w，波長范圍覆蓋450nm至1500nm的超連續(xù)白光。與傳統(tǒng)的白光光源(如汞燈)相比，該光源具有更大的功率，更好的準(zhǔn)直性，更寬的光譜覆蓋范圍，更均勻的光強(qiáng)分布等顯著優(yōu)點。

上述方案中，該系統(tǒng)利用格蘭泰勒棱鏡(P)將單色儀出射光變?yōu)榫€偏振光，利用光彈調(diào)制器(MO)將線偏光變?yōu)橹芷谛云裾{(diào)制光，利用光生電壓檢測樣品對不同偏振態(tài)光吸收的差別。

上述方案中，所述光彈調(diào)制器(MO)工作在0.25λ模式，工作頻率為50KHZ。所述光彈調(diào)制器(MO)的快軸與慢軸均與格蘭泰勒棱鏡的通光軸成45°角。

上述方案中，該系統(tǒng)利用電流源(CS)為樣品提供恒定電流，利用第一鎖相放大器(LIA1)和第二鎖相放大器(LIA2)組成信號探測和處理系統(tǒng)，將樣品兩端的電壓信號輸入到第一鎖相放大器(LIA1)和第二鎖相放大器(LIA2)中，其中第一鎖相放大器(LIA1)的參考頻率為斬波器頻率，測量樣品光生電壓；第二鎖相放大器(LIA2)的參考頻率為光彈調(diào)制器頻率(50KHZ)，測量信號中頻率為50KHZ的成分的幅度，該幅度正比于樣品對左圓和右圓偏振光吸收的差別。

上述方案中，該系統(tǒng)采用兩端電壓測量法，將樣品做成長條狀，兩端做好歐姆接觸電極，通過電極通恒定電流，用鎖相放大器測量兩端電壓。