深紫外发光光谱（PL）测试

1. 深紫外发光光谱技术简介

深紫外发光光谱是研究半导体材料物理性质的一种重要手段。通常所说的半导体发光是半导体中电子从高能态跃迁至低能态时，伴之以发射光子的辐射复合。我们利用深紫外激光器产生的激光或电子q发出的电子束到达样品室并入射到样品表面，样品发出的荧光信号被收集进入单色仪，该信号经单色仪分光后由探测系统探测，计算机对探测信号进行采集并形成最终的深紫外发光光谱。

2. 供测量的光谱类型及其应用范围

光致发光（PL）：使用飞秒激光激发样品，波长：（1）177nm；（2）210nm-330nm可调；（3）345nm-495nm可调；（4）690nm-990nm可调。PL光谱可以实现稳态光谱和瞬态（时间分辨）光谱的测量。稳态光谱可用于研究半导体材料的基本物理性质，如晶体结构、电子态、声子结构、杂质、缺陷、激子复合机制等。瞬态光谱采用条纹相机探测，既可以得到不同时刻的时间分辨光谱，也可以得到某一波长处的荧光衰退曲线，时间分辨率为2ps。可以用来研究半导体材料载流子动力学性质。

阴极荧光（CL）：使用电子束激发样品，最大能量30keV。可用于表征宽禁带半导体材料性质。波长扫描范围：170nm-800nm。

3、深紫外发光光谱测试设备介绍：

1. PL光谱

技术参数与能力：

波长：690nm-990nm，345nm-495nm和210nm-330nm三个波段内可调，最小激光波长可达177nm

波长扫描范围：170nm-800nm

温度范围：8K-350K

时间分辨率(瞬态光谱)：2ps

狭缝、步长及激光功率视具体情况而定

2. CL光谱

技术参数与能力：

电子束能量：最高可达30keV

波长扫描范围：170nm-800nm

温度范围：8K-350K

狭缝和步长视具体情况而定

-------------米格实验室

确定半导体是直接带隙还是间接带隙的可以用光致发光光谱。

光效率很大的话差不多就是直接带隙，发光效率低的话就是间接带隙。直接带隙材料吸收光谱应该能比较明显地区分出本征吸收带和吸收边，变化相对较缓，而间接带隙材料比较陡峭。

间接带隙半导体材料（如Si、Ge）导带最小值（导带底）和满带最大值在k空间中不同位置。形成半满能带不只需要吸收能量，还要改变动量。

电子在k状态时的动量是（h/2pi）k，k不同，动量就不同，从一个状态到另一个必须改变动量。与之相对的直接带隙半导体则是电子在跃迁至导带时不需要改变动量。

扩展资料：

光致发光过程包括荧光发光和磷光发光。通常用于半导体检测和表征的光致发光光谱指的是光致荧光发光。

光致发光特点：

1、光致发光优点

设备简单，无破坏性，对样品尺寸无严格要求；分辨率高，可做薄层和微区分析。

2、光致发光缺点

通常只能做定性分析，而不作定量分析；如果做低温测试，需要液氦降温，条件比较苛刻；不能反映出非辐射复合的深能级缺陷中心。

参考资料来源：百度百科--光致发光光谱

下面以光谱测试法为例介绍半导体材料光学带隙的计算方法:

对于半导体材料，其光学带隙和吸收系数之间的关系式为[]:

ah v -B0HEg)u ( 1) .

其中a为摩尔吸收系数, h为普朗克常数，v为入射光子频率，B为比例常数，Eg

为半导体材料的光学带隙，m 的值与半导体材料以及跃迁类型相关:

推导1:根据朗伯比尔定律可知:

A=ab c?(2)

其中A为样品吸光度，b 为样品厚度，c为浓度，其中be为一常数，若

B1=(B/be)1/m，则公式(1)可为:

(Ahv1)m=B1(hv-Eg) (3)

根据公式(3)，若以hv值为x轴，以(Ah v )1/m值为y轴作图，当y=0时，反向延

伸曲线切线与x轴相交，即可得半导体材料的光学带隙值Eg。

禁带宽度是半导体的一个重要特征参量，其大小主要决定于半导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。禁带 宽度的大小实际上是反映了价电子被

束缚强弱程度的一个物理量，也就是产生本征激发所需要的最小能量。

禁带宽度可以通过电导率法和光谱测试法测得,为了区别用电导率法测得禁带宽度值，用光谱测试法测得的禁带宽度值又叫作光学带隙。

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