[發明專利]載流子濃度的測量方法及系統

有效

• 申請號: 201811421201.3
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109540858B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 李登峰;孫方穩;陳向東;李燊
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

1.一種載流子濃度的測量方法，其特征在于，包括：

放置含有NV色心的金剛石與待測樣品；

測量金剛石中NV色心的自發輻射速率；以及

基于金剛石中NV色心的自發輻射速率，并根據金剛石中NV色心自發輻射速率與載流子濃度的標定關系曲線得到待測樣品的載流子濃度。

2.根據權利要求1所述的測量方法，其中，所述金剛石中NV色心自發輻射速率與載流子濃度的標定關系曲線的獲得方法如下：

利用標定樣品和金剛石中NV色心進行多次測量，得到金剛石NV色心自發輻射速率與載流子濃度的關系曲線，并進行曲線擬合，從而得到金剛石中NV色心自發輻射速率與載流子濃度的標定關系曲線。

3.根據權利要求2所述的測量方法，其中，所述曲線擬合為線性擬合或者最小二乘擬合。

4.根據權利要求1或2所述的測量方法，其中，所述標定關系曲線采用載流子可控的樣品進行標定，該載流子可控的樣品為ITO/Al₂O₃/Au異質結結構。

5.根據權利要求1所述的測量方法，其中，所述測量金剛石中NV色心的自發輻射速率利用NV色心自發輻射速率測量系統進行測量，該NV色心自發輻射速率測量系統，包括：自發輻射熒光探測系統、時間幅度轉換器、第二脈沖激光器、多通道分析儀和計算機；

其中，自發輻射熒光探測系統，用于實現NV色心的熒光探測；時間幅度轉換器，與自發輻射熒光探測系統和第二脈沖激光器均相連，在第二脈沖激光器和自發輻射熒光探測系統發出的控制信號下分別實現記錄時間的開始與停止，并將記錄到的時間間隔轉換為幅度信息；多通道分析儀，與時間幅度轉換器相連，將得到的幅度信息進行統計分析；以及計算機，實現數據的處理與存儲。

6.根據權利要求5所述的測量方法，其中，所述測量金剛石中NV色心的自發輻射速率的方法，包括：

第二脈沖激光器發出時間寬度為皮秒的脈沖激光，同時輸出TTL信號到時間幅度轉換器中，時間幅度轉換器開始記錄時間；

自發輻射熒光探測系統探測到NV色心的熒光后輸入一個TTL信號至時間幅度轉換器中停止記錄時間，而后時間幅度轉換器將記錄到的時間間隔轉換為幅度信息輸入到多通道分析儀中；以及

多通道分析儀將得到的幅度信息進行統計分析，在計算機中顯示NV色心熒光的e指數衰減曲線，并對曲線進行擬合處理得到NV色心的自發輻射速率。

7.根據權利要求5或6所述的測量方法，其中，所述自發輻射熒光探測系統包含：第一脈沖激光器、雙色鏡、顯微鏡物鏡、長通濾光片和單光子計數模塊；

其中，第一脈沖激光器和雙色鏡處于第一軸向，顯微鏡物鏡、雙色鏡、長通濾光片和單光子計數模塊處于第二軸向，第一軸向與第二軸向垂直；

所述第一脈沖激光器發出的脈沖激光由雙色鏡反射后進入顯微鏡物鏡中，而后聚焦照射到金剛石中NV色心上；NV色心輻射出的熒光經由顯微鏡物鏡收集后依次透過雙色鏡、長通濾光片，進入單光子計數模塊，實現對NV色心熒光的記錄。

8.根據權利要求1所述的測量方法，其中，

當含有NV色心的金剛石為粉末金剛石時，將該粉末金剛石置于待測樣品上或由原子力顯微鏡尖段附帶該粉末金剛石懸于待測樣品附近；和/或，

當金剛石為塊狀金剛石時，將待測樣品置于該塊狀金剛石表面上。

9.根據權利要求1所述的測量方法，其中，所述待測樣品為金屬、半導體、或拓撲絕緣體材料。

10.一種載流子濃度的測量系統，其特征在于，該載流子濃度的測量系統為一NV色心自發輻射速率測量系統，所述NV色心自發輻射速率測量系統，包括：自發輻射熒光探測系統、時間幅度轉換器、第二脈沖激光器、多通道分析儀和計算機；

其中，自發輻射熒光探測系統，用于實現NV色心的熒光探測；時間幅度轉換器，與自發輻射熒光探測系統和第二脈沖激光器均相連，在第二脈沖激光器和自發輻射熒光探測系統發出的控制信號下分別實現記錄時間的開始與停止，并將記錄到的時間間隔轉換為幅度信息；多通道分析儀，與時間幅度轉換器相連，將得到的幅度信息進行統計分析；以及計算機，實現數據的處理與存儲。