[發明專利]一種載流子轉換效率測量平臺和方法

有效

• 申請號: 202011446342.8
• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112557863B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 黃善杰;王嶺雪;許方宇;蔡毅;宋騰飛
• 申請（專利權）人: 中國科學院云南天文臺;北京理工大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G01R31/265
• 代理公司: 昆明正原專利商標代理有限公司 53100
• 代理人: 陳左;亢能

1.一種載流子轉化率測量平臺，其特征在于：包括真空腔體，真空腔體內有電子束發生系統，電子束發生系統配有電子束流量檢測裝置，電子束發生系統前方有陽極靶面，陽極靶面為帶中心圓孔的環形導體，中心圓孔置有薄圓柱型半導體發光材料，半導體發光材料柱側與中心圓孔之間設有粘結層，電子束正好完全覆蓋半導體發光材料的一個圓形端面；中心圓孔外側的陽極靶面安裝有環形半導體控溫裝置，半導體發光材料的另一個圓形端面前方設有光功率測量裝置和光譜測量裝置；電子束入射至半導體發光材料后，積累的電子從半導體發光材料經粘結層、陽極靶面與電子束發射端形成回路；

所述光功率測量裝置的感光面靠近半導體發光材料的圓形端面且大于圓形端面。

2.根據權利要求1所述的載流子轉化率測量平臺，其特征在于：粘結層為導熱導電硅膠或銀焊層。

3.根據權利要求1所述的載流子轉化率測量平臺，其特征在于：環形半導體控溫裝置通過導熱且電絕緣硅膠貼于陽極靶面中心圓孔周圍。

4.一種載流子轉化率測量方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟(1)、測量入射至半導體發光材料表面的電子束功率

環形半導體控溫裝置的控溫值設定為溫度T，電子束激發半導體發光材料穩定發光后，測量單位時間內入射至半導體發光材料表面的電子數量，進而給出電子束流量值I，按下式計算電子束功率W：W＝U*I；其中，U為電子槍的加速電壓；

步驟(2)、測量單位時間內半導體發光材料發光的總光子數

電子束激發半導體發光材料穩定發光后，首先采用工作波段覆蓋發光光譜范圍的光功率測量裝置測量半導體發光材料一個圓形端面的發光功率P1，總發光功率P為P1的兩倍；然后采用經光譜輻射照度校準的光譜測量裝置，測量不同波長處的單位波長間隔內的光輻射產生的輻照度；結合測量的半導體發光材料總發光功率，依序計算發光光譜范圍內不同波長處1nm波長間隔內的光功率值，依序共獲得J個參數組合，每個參數組合中包含一個光功率值和發光波長，構成一個數列，記為{M(λ_k，P_k)}，k＝1，2，3，…，J；

對于數列{M(λ_k，P_k)}中的每一項，計算對應的光子數N_k＝P_k*λ_k/(h*c)，其中h為普朗克常量，c是光速；一共獲取J個光子數N_k并求和獲得總光子數N；

步驟(3)、測量半導體發光材料在溫度T的內量子效率

測量半導體發光材料在溫度T時的內量子效率IQE：測量溫度T與極低溫時的半導體發光材料光致發光的強度，兩者的比值即為內量子效率；

步驟(4)、計算電子束激發半導體發光材料穩定發光后，單位時間內存儲在載流子中的能量

載流子包括半導體發光材料導帶中的電子與價帶的空穴；單位時間內產生的載流子數量M等于總光子數與內量子效率的比值的2倍，即M＝2N/IQE；入射電子把半導體發光材料的一個價電子激發到導帶并在價帶中留下一個空穴，形成一個電子-空穴對，存儲在電子-空穴對的能量等于禁帶寬度Eg；電子-空穴對的總數量為N/IQE，存儲在載流子的總能量為Eg*N/IQE；

步驟(5)、計算電子束激發半導體材料的載流子轉化率η

電子束激發半導體發光材料發光時，載流子轉化率等于單位時間內存儲在載流子的總能量與電子束功率的比值，即η＝Eg*N/(IQE*W)。

5.根據權利要求4所述的載流子轉化率測量方法，其特征在于：步驟(2)中，采用光譜測量裝置測量時需要移開光功率測量裝置，把光譜測量裝置的探頭指向半導體發光材料的圓形端面。

6.根據權利要求4所述的載流子轉化率測量方法，其特征在于：極低溫為小于30K。