[發(fā)明專利]載流子濃度的測量方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811421203.2
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109342548B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 李登峰;孫方穩(wěn);陳向東;李燊
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N27/72
• 分類號: G01N27/72;G01N27/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發(fā)明公開了一種載流子濃度的測量方法及系統(tǒng)，其中，該測量方法包括：放置含有NV色心的金剛石與待測樣品，使得金剛石中NV色心與待測樣品的距離滿足準靜態(tài)近似的條件；測量金剛石中NV色心的自旋弛豫速率；以及基于金剛石中NV色心的自旋弛豫速率，并根據金剛石中NV色心自旋弛豫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。該測量方法在測量的過程中可以實現非侵入性實時測量，不破壞待測樣品的電學性能，不影響載流子的濃度和空間分布。

技術領域

本公開屬于材料測試技術領域，涉及一種載流子濃度的測量方法及系統(tǒng)，特別涉及一種基于金剛石NV色心自旋弛豫速率實現載流子濃度測量的方法和系統(tǒng)。

背景技術

載流子指可以自由移動的帶有電荷的物質微粒。在半導體物理學中，電子流失導致共價鍵上留下的空位(或空穴)被視為一種載流子，電子也是一種載流子；在金屬中，自由電子作為載流子；在電解液中，正、負離子作為載流子。

載流子對材料的性質有重要的影響，其中，載流子濃度的變化會導致材料電導率的變化，影響材料的電學性質。在材料物理中，載流子隨空間的分布可以使材料展現出拓撲特性。對二維材料載流子濃度的控制可改變其勢壘，用于開發(fā)新一代光電器件。在半導體器件中，載流子濃度的高低決定元件的調制速度，并且影響其擊穿特性，影響其穩(wěn)定性和安全性。因此對載流子濃度的測量是一個很重要的方向。

目前已有一些測量載流子濃度的方法，比如利用肖特基二極管測量流過的電流強度得到載流子的濃度，或者利用原子力顯微鏡(AFM)的多重電子模式測量局域的載流子分布，或者利用普通霍爾效應或者反常霍爾效應測量載流子的濃度，以及利用光霍爾效應測量光致載流子濃度變化。然而，這些方法都需要測量元件與被測樣品歐姆接觸，會對載流子的濃度和空間分布有所改變。

因此，有必要提出一種無損的載流子濃度的測量方法，在測量過程中不影響載流子的濃度和空間分布。

發(fā)明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提供了一種載流子濃度的測量方法及系統(tǒng)，以至少部分解決以上所提出的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種載流子濃度的測量方法，包括：放置含有NV色心的金剛石與待測樣品，使得金剛石中NV色心與待測樣品的距離滿足準靜態(tài)近似的條件；測量金剛石中NV色心的自旋弛豫速率；以及基于金剛石中NV色心的自旋弛豫速率，并根據金剛石中NV色心自旋弛豫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。

在本公開的一些實施例中，金剛石中NV色心自旋弛豫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色心自旋弛豫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色心自旋弛豫速率與載流子濃度的標定關系曲線。

在本公開的一些實施例中，曲線擬合為線性擬合或者最小二乘擬合。

在本公開的一些實施例中，測量金剛石中NV色心的自旋弛豫速率利用NV色心自旋弛豫速率測量系統(tǒng)進行測量，該NV色心自旋弛豫速率測量系統(tǒng)，包括：共聚焦熒光顯微系統(tǒng)，包含：激光器、聲光調制器、雙色鏡、顯微鏡物鏡、長通濾光片和單光子計數模塊；激光器、聲光調制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；調制信號產生器，與聲光調制器相連，用于產生調制電信號，該調制電信號加載于聲光調制器，實現聲光調制器控制激光的打開與關斷；數據采集卡，統(tǒng)計單光子計數模塊記錄下的NV色心的熒光光子數；以及計算機，與調制信號產生器、數據采集卡均相連，實現數據處理和存儲。