[發(fā)明專利]一種掃描電鏡的半導(dǎo)體納米線光致發(fā)光特性原位表征系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011140864.5
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112268885B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曲鈞天;張震
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N23/2251
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

本發(fā)明涉及一種光學(xué)特性原位表征系統(tǒng)，尤其涉及一種在掃描電子顯微鏡中應(yīng)用的半導(dǎo)體納米線光致發(fā)光特性原位表征系統(tǒng)。在狹小的掃描電鏡真空腔內(nèi)部嵌入了節(jié)省空間的激光激勵光纖和熒光檢測光纖，并通過光纖適配器穩(wěn)定地固定在納米定位平臺上，實現(xiàn)半導(dǎo)體納米線光致發(fā)光特性原位表征。本發(fā)明優(yōu)點在于：適配器前端彎曲金屬管具有0?90度可調(diào)的彎曲角度，可以滿足不同的激光照射角度和熒光檢測角度需求。同時納米定位平臺可以為光纖提供納米級定位精度，支持光致發(fā)光特性原位表征?？諝?真空連接端口保證了光信號在空氣和真空之間的有效傳輸。系統(tǒng)高度集成納米線光學(xué)表征器件、高效、適用性廣，可應(yīng)用于不同種類的半導(dǎo)體納米線。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)特性原位表征系統(tǒng)，尤其涉及一種在掃描電子顯微鏡中應(yīng)用的半導(dǎo)體納米線光致發(fā)光特性原位表征系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近二十年來，納米材料在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域展現(xiàn)了卓越的應(yīng)用前景，促使人們開展了一系列廣泛的研究。這其中，一維半導(dǎo)體納米線，由于優(yōu)越的物化特性和光學(xué)特性(如亞波長光學(xué)現(xiàn)象)，已被廣泛應(yīng)用在可持續(xù)能源、能量轉(zhuǎn)換和光電子等領(lǐng)域。半導(dǎo)體納米線的光致發(fā)光特性(Photoluminescence，簡稱PL)是一種重要的光學(xué)特性，指物質(zhì)吸收光子后重新輻射出光子的過程。因此，如何通過實驗方法精確表征半導(dǎo)體納米線先進(jìn)的光致發(fā)光特性對其廣泛應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。

近年來，掃描電子顯微技術(shù)與納米材料原位操縱技術(shù)的發(fā)展推動了掃描電鏡在材料表征各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，已有一系列研究利用掃描電鏡納米操控技術(shù)進(jìn)行半導(dǎo)體納米線的原位機(jī)械和電學(xué)特性表征。然而，由于在狹小的掃描電鏡真空腔內(nèi)嵌入光學(xué)器件的難度很大，因此，迄今為止，很少有相關(guān)研究在掃描電鏡中利用納米操控技術(shù)進(jìn)行納米線光學(xué)特性原位表征。如何在掃描電鏡中嵌入光學(xué)原位表征設(shè)備，以及如何提升光信號的激發(fā)和檢測效率，一直是亟待解決的難點。隨著半導(dǎo)體納米線光學(xué)器件的快速發(fā)展，在掃描電鏡中實現(xiàn)半導(dǎo)體納米線的光致發(fā)光特性原位表征是亟需解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于建立一種基于掃描電子顯微鏡的半導(dǎo)體納米線光致發(fā)光特性原位表征系統(tǒng)，解決了目前在狹小的掃描電鏡真空腔內(nèi)缺少有效的原位表征半導(dǎo)體納米線光致發(fā)光特性系統(tǒng)的問題。通過將激光激勵光纖和熒光檢測光纖有效集成于嵌于掃描電鏡真空腔內(nèi)部的納米定位平臺，實現(xiàn)了半導(dǎo)體納米線光致發(fā)光特性的原位表征。該系統(tǒng)高度集成納米線光學(xué)表征器件、可實現(xiàn)半導(dǎo)體納米線光致發(fā)光特性的定量原位表征，高效、適用性廣，可應(yīng)用于不同種類的半導(dǎo)體納米線在掃描電鏡中的原位光致發(fā)光表征。

如圖1所示，一種基于掃描電子顯微鏡的半導(dǎo)體納米線光致發(fā)光特性原位表征系統(tǒng)由以下各部分組成：

①掃描電子顯微鏡，②掃描電鏡真空腔，③405nm半導(dǎo)體激光器，④405nm帶通濾光鏡，⑤激光激勵光纖(空氣部分)：100μm紫外/可見光(UV/VIS)PMMA密封多模光纖，⑥激光激勵光纖(真空部分)：100μm紫外/可見光(UV/VIS)拋磨多模裸光纖，⑦熒光檢測光纖(空氣部分)：100μm紫外/可見光(UV/VIS)PMMA密封多模光纖，⑧熒光檢測光纖(真空部分)：100μm紫外/可見光(UV/VIS)拋磨多模裸光纖，⑨納米定位平臺，⑩光纖適配器(2個)，425nm長通濾光鏡，高精度光譜儀，空氣/真空連接端口。

各組成部分功能如下：

①掃描電子顯微鏡：提供實時的納米級視覺反饋；

②掃描電鏡真空腔：提供半導(dǎo)體納米線光致發(fā)光特性表征環(huán)境，在真空腔內(nèi)嵌入⑨納米定位平臺、⑥激光激勵光纖(真空部分)、⑧熒光檢測光纖(真空部分)和⑩光纖適配器；

③405nm半導(dǎo)體激光器：照射半導(dǎo)體納米線并激發(fā)光致發(fā)光特性；

④405nm帶通濾光鏡：過濾激光器的雜波；

⑤激光激勵光纖(空氣部分)：在空氣中傳導(dǎo)激光信號；

⑥激光激勵光纖(真空部分)：在真空腔內(nèi)傳導(dǎo)激光信號；