[發明專利]一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法

在審

• 申請號: 201911352634.2
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111257713A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 李雙陽;王靜;李斌成;孫啟明
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法，其特征在于：實現所述方法的測量系統由光載流子輻射測量系統和光致發光光譜測量系統綜合組成，兩系統共用激光光源1，平面高反鏡或全反鏡2，聚焦透鏡3，樣品臺4，離軸拋物面反射鏡5和6，組合透鏡系統8，光電探測器9，鎖相放大器10，函數發生器11，上位機或計算機12，以上部件構成光載流子輻射測量系統，當系統工作于光致發光光譜系統時，在組合透鏡系統8之前加入單色儀7。上位機12通過對函數發生器11進行控制來實現對激勵光的調制；光源1發出的激光經過聚焦透鏡3后聚焦在樣品池4中的樣品表面，樣品吸收激勵光能量后經過輻射復合發出的光致發光信號通過離軸拋物面鏡5和6收集后，再經組合透鏡系統8聚焦到光電探測器9后轉化為電信號，電信號傳輸至鎖相放大器10濾除噪聲進行放大，放大后的信號傳入數據處理計算機12進行記錄；而后計算機12對函數發生器11進行調控并重復上述信號采集過程對樣品進行掃頻。通過改變測量實驗條件，分別得到不同條件下光致發光信號相位與激勵頻率的關系，經分析計算得出載流子壽命，從以下三個方面改變實驗條件：a)當系統工作在光載流子輻射測量系統狀態時，此時光電探測器9接收的信號包含待測半導體材料整個發光光譜范圍內全部光信號對波長進行積分的信號；通過改變激勵光1頻率可以得到光致發光波長積分的總信號與頻率之間的關系，由信號幅值及相位與頻率的關系可計算得到載流子多重壽命的有效壽命。b)當系統工作在光致發光光譜測量系統狀態時，光致發光信號經單色儀7再聚焦到光電探測器9上，通過單色儀7掃描波長可得到待測半導體樣品的發光光譜，通過改變激勵光1的頻率，可以得到不同頻率下的光致發光光譜，從而可由數據分析得到不同波長下的光致發光信號幅值及相位與頻率的關系，由信號幅值及相位與頻率的關系可計算得到產生對應波長光致發光信號的載流子壽命。c)根據b)中得到的發光光譜，可確定材料的多個發光峰中心波長，將單色儀7通光波長分別固定在各發光峰中心，改變激勵光1頻率，進行頻率掃描，分別得到各發光峰中心波長處光致發光信號幅值及相位與頻率的關系，從而可計算得到產生對應波長光致發光信號的載流子壽命；a)中得到的有效壽命是b)或c)中得到的多個壽命的加權值；b)和c)中在同一波長下得到的壽命值相等，兩種條件可作為相互驗證的方法。

2.根據權利要求1所述的一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法，其特征在于：所述的激光光源1的輸出光強由函數發生器11所輸出方波進行調制。

3.根據權利要求1所述的一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法，其特征在于：所述的離軸拋物面反射鏡5，采用非90°離軸拋物面鏡，以防止空間上對入射激勵光產生遮擋。

4.根據權利要求1所述的一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法，其特征在于：所述的單色儀7的工作波長范圍應包含所測半導體材料光致發光光譜波長范圍。

5.根據權利要求1所述的一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法，其特征在于：所述的光電探測器9的響應波長范圍應包含所測半導體材料光致發光光譜波長范圍，所述的光電探測器9的帶寬應大于20MHz。

6.根據權利要求1所述的一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法，其特征在于：所述的激光光源1的光強調制信號為由函數發生器11產生的方波信號，函數發生器11所產生方波信號的頻率由計算機12的控制程序控制改變。

7.根據權利要求1所述的一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法，其特征在于：鎖相放大器10的參考輸入信號為由函數發生器11產生的方波信號。