[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

本發明涉及一種載流子轉化率測量平臺和方法，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，半導體材料的柱側與中心孔之間設有粘結層，電子束正好完全覆蓋半導體的圓形表面。中心孔外側的陽極靶面表面設有環形半導體控溫裝置。背對電子束一側的半導體材料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材料后，積累的電子從半導體材料經粘結層、陽極靶面與電子束發射端形成回路。本發明可為基于電子束激發半導體發光的半導體光源選擇發光效率高的電子束激發參數和半導體發光材料。

技術領域

本發明涉及一種測量平臺，尤其是一種載流子轉化率測量平臺，還涉及該載流子轉化率的測量方法。

背景技術

電子束入射至半導體材料時，入射電子與原子內部的電子和原子核之間的相互作用主要是庫侖相互作用。關于電子入射至半導體內部后的激發機理，目前有兩種理論：一種理論認為，入射電子首先通過非彈性散射激發材料表面附近原子的內層電子，由于入射電子能量很大，電子將被激發成高能量自由電子，稱之為高速“次級”電子。高速“次級”電子會激發其它價電子至導帶，成為能量較低的“次級”電子，這樣不斷地增殖下去。“次級”電子能量不足以激發其它電子時，會與晶格電子相互作用，通過聲子釋放多余的能量。最終結果是把大量價電子激發到導帶；另一種理論認為，高能入射電子的75-90％的能量首先產生大量不同能量的等離激元(入射電子引起的大量正負電荷的量子化震蕩)，等離激元再產生不同能量的“次級”電子，“次級”電子再激發其它價電子，一直到不能激發其它價電子，成為最終狀態的低能“次級”電子，低能“次級”電子位于導帶的不同能級。例如電子束加速電壓為1keV時，一個電子可產生幾十至上百個低能“次級”電子，不能激發其它價電子的低能“次級”電子和價帶中的空穴可稱為為電子束激發產生的載流子，類似于光生載流子。最終狀態的低能“次級”電子能量衰減落到導帶底時，會躍遷到價帶與價帶空穴復合發出光子，由于半導體材料不可避免存在各種缺陷，還會產生其它電子能級躍遷發光。一定程度上可認為，電子束激發產生的載流子越多，載流子輻射復合產生的光子越多，發光能力越強。能量為E_p電子束進入有源層后，只有部分能量E_e最終轉化并存儲在載流子中，E_e/E_p的比值稱之為載流子轉化率η。電子束不斷地把價電子激發到導帶，把電子束能量存儲在載流子中。電子束激發半導體處于穩定狀態下，半導體中的載流子數量是基本穩定的。即單位時間內產生載流子的數量與載流子復合的數量是大致相等的。

電子束激發產生的載流子中，只有一部分通過輻射復合轉化為光子。半導體材料發出光子數與電子束激發半導體材料產生的載流子數的比值，稱為電子束激發半導體材料的內量子效率，記為IQE。一般情況下，內量子效率主要取決于半導體材料種類、生長質量和結構等半導體材料的固有屬性，與電子束參數關系較小。載流子轉化率則與電子束的電子能量、電子束流量密度、電子束空間分布均勻性等參數緊密相關。載流子轉化率大小從根本上主導了半導體發光效率的潛力上限。半導體材料的載流子轉化率越高，其發光效率的潛力越大。不同的電子束參數，具有不同的載流子轉化率。目前尚未調研到測量電子束激發半導體材料的載流子轉化率的方法。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種載流子轉化率測量平臺和方法，本發明的技術方案具體如下：

一種載流子轉化率測量平臺，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，半導體材料柱側與中心孔之間設有粘結層，電子束正好完全覆蓋半導體的一個圓形端面。中心孔外側的陽極靶面安裝有環形半導體控溫裝置。半導體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材料后，積累的電子從半導體材料經粘結層、陽極靶面與電子束發射端形成回路。

進一步地，粘結層為導熱導電硅膠或銀焊層。