專利名稱：測量電致自旋熒光的顯微測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體光學性質測試技術和磁性材料磁學性質測試技術
領域，特別涉鐵磁性金屬向半導體注入自旋效率的測量技術；提供一種測 量電致自旋熒光的顯微測量系統(tǒng)。
背景技術：
現代信息技術利用電子的電荷自由度來進行信息處理，而用磁性材料 的自旋自由度來存儲信息。自旋電子學這個新興的領域同時利用電子的這 兩個自由度來產生新的功能，這可能引起未來的信息技術的革新。但是， 到目前為止室溫下半導體中自旋極化率仍然很低，所以自旋注入效率是目 前自旋電子學一個研究熱點。通常研究自旋注入效率的方法是測量自旋發(fā) 光二極管的圓偏振光極化率為一種手段。
為此，我們發(fā)明一種利用顯微拉曼光譜儀MRS，結合寬波段線偏振片 LPR以及寬波段四分之一波片QWP搭建了一套測量電致發(fā)光光譜的方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種測量電致自旋熒光的顯微測量系統(tǒng)，利用 這套系統(tǒng)，可以對研究鐵磁材料向半導體注入自旋效率。
本發(fā)明一種測量電致自旋熒光的顯微測量系統(tǒng)，其特征在于，包括
一顯微拉曼光譜儀、 一寬波段線偏振片和一寬波段四分之一波片，所 述的顯微拉曼光譜儀、寬波段線偏振片和寬波段四分之一波片相距一預定 距離，且位于同一光路上；
一磁體系統(tǒng)；
一數字電壓源表，該數字電壓源表與磁體系統(tǒng)并聯；
3一超長工作距離顯微物鏡，該超長工作距離顯微物鏡位于寬波段四分 之一波片和磁體系統(tǒng)之間，且在同一光路上。
其中利用顯微拉曼光譜儀發(fā)出的激光，調整寬波段線偏振片和寬波段 四分之一波片光軸之間成45度夾角，使得圓偏振光通過寬波段四分之一波 片后的線偏振光可以用寬波段線偏振片檢偏。
其中所述的數字電壓源表給樣品加偏壓，測量電致發(fā)光的同時，并同 步監(jiān)視施加于樣品上的電壓和電流。
其中磁體系統(tǒng)是對樣品施加磁場，以得到偏振態(tài)的熒光響應。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明如 后，其中
圖1是一套測量電致自旋熒光的顯微測量系統(tǒng)結構簡圖。
圖2是利用測試系統(tǒng)所測試的Fe/GaAs量子阱樣品在77k下，無磁場 下電致發(fā)光譜，電壓_2. 3伏，電流-O. 0581毫安。
圖3是利用測試系統(tǒng)所測試的Fe/GaAs量子阱樣品在77k下， 1300gauss磁場下電致發(fā)光譜，電壓-2. 3伏，電流-0.0581毫安。
具體實施例方式
請參閱圖l所示，本發(fā)明一種測量電致自旋熒光的顯微測量系統(tǒng)，其 特征在于，包括
一顯微拉曼光譜儀10、 一寬波段線偏振片20和一寬波段四分之一波 片30，所述的顯微拉曼光譜儀10、寬波段線偏振片20和寬波段四分之一 波片30相距一預定距離，且位于同一光路上；
其中利用顯微拉曼光譜儀10發(fā)出的激光，調整寬波段線偏振片20和 寬波段四分之一波片30光軸之間成45度夾角，使得圓偏振光通過寬波段 四分之一波片30后的線偏振光可以用寬波段線偏振片20檢偏，利用顯微 拉曼光譜儀10發(fā)出的激光，調整寬波段線偏振片20和寬波段四分之一波 片30光軸之間成45度夾角；那么，線偏振光將變成圓偏振光；
一磁體系統(tǒng)50，所述的磁體系統(tǒng)50是對樣品施加磁場，以得到偏振態(tài)的熒光響應；
一數字電壓源表60，該數字電壓源表60與磁體系統(tǒng)50并聯；所述的 數字電壓源表60給樣品加偏壓，測量電致發(fā)光的同時，并同步監(jiān)視施加 于樣品上的電壓和電流；
一超長工作距離顯微物鏡40，該超長工作距離顯微物鏡40位于寬波 段四分之一波片30和磁體系統(tǒng)50之間，且在同一光路上。
根據光路可逆的原理，那么左右圓偏振光經過四分之一波片后，會變 成正交的線偏振光；通過轉動線偏振片的角度，就可以檢偏。這就是圓偏 振光通過寬波段四分之一波片30后的線偏振光可以用寬波段線偏振片20 檢偏的原理。磁體系統(tǒng)50是對樣品施加垂直于樣品表面的磁場，那么樣 品中鐵磁材料部分的磁化強度方向將沿外磁場的方向，也即鐵磁材料部分 的電子自旋方向沿外磁場方向。然后利用數字電壓源表60給樣品加偏壓， 那么可以使得鐵磁層中極化電子注入量子阱中，復合空穴發(fā)出部分圓偏振 態(tài)的熒光。熒光通過同一光路上的顯微物鏡40后變成平行光，進入顯微 拉曼光譜儀10就可以測量到此熒光的偏振態(tài)響應強度。數字電壓源表60 可以同步監(jiān)視施加于樣品上的電壓和電流大小。這套測量系統(tǒng)最大的優(yōu)勢 在于可以簡便的測量偏振熒光的強度，從而得到注入自旋極化率。它的最 大精度是由現有成熟技術拉曼光譜儀的精度決定。
實施例
作為一個實例，我們利用該系統(tǒng)測量了結構為Fe/ GaAs量子阱的光 譜性質。測試結果如圖2和圖3;圖2是利用測試系統(tǒng)所測試的Fe/GaAs 量子阱樣品在無磁場下電致發(fā)光譜；從圖中我們可以看到，電致量子阱的 發(fā)光峰值的強度在零磁場的情況下，左右旋偏振光強相同，如圖中箭頭所 指；這是因為Fe的初始磁化強度方向在平行于表面，所以發(fā)出左右旋圓 偏振光的電致熒光強度應該相等，這也證明了我們搭建系統(tǒng)的正確性；圖 3是利用測試系統(tǒng)所測試的Fe/GaAs量子阱樣品在垂直于表面方向磁場下 電致發(fā)光譜，此時外磁場使得Fe的磁化強度方向轉到垂直于表面。從圖 中我們可以看到，電致量子阱的發(fā)光峰值的強度在磁場下左右旋偏振光強 明顯不同，如圖中箭頭所指；這也與我們加外磁場后Fe的磁化強度方向變化的過程相符合。根據圓偏振光極化率的公式，我們可以得到極化率大 約為8. 1%。
以上實例說明我們設計的這套系統(tǒng)具有一非常顯著的特點，就是利用
該系統(tǒng)可以明顯的測量到自旋注入的效率；該系統(tǒng)可變的變量有磁場強 度。該系統(tǒng)將會在目前電子自旋注入的研究當中得到一定的推廣。
本發(fā)明主要在于用顯微拉曼光譜儀10發(fā)出的激光，調整寬波段線偏 振片20和寬波段四分之一波片30光軸之間成45度夾角；通過磁體系統(tǒng) 50控制鐵磁材料磁化強度方向，利用數字電壓源表60把鐵磁材料中極化 電子注入半導體量子阱；利用顯微拉曼譜儀10掃描功能測量器件發(fā)出的 左或右旋偏振光的強度；根據左右旋偏振光強度的比例，得出自旋注入效 率。
本發(fā)明在觀察樣品的時候，利用了顯微拉曼光譜儀10的顯微功能； 在提高熒光收集效率的時候，利用了顯微拉曼光譜儀10的共焦光路，且 配有工作在近紅外波段超常工作距離的顯微物鏡40。
本發(fā)明可應用于偏振光光致發(fā)光光譜的測試中。
權利要求
1、一種測量電致自旋熒光的顯微測量系統(tǒng)，其特征在于，包括一顯微拉曼光譜儀、一寬波段線偏振片和一寬波段四分之一波片，所述的顯微拉曼光譜儀、寬波段線偏振片和寬波段四分之一波片相距一預定距離，且位于同一光路上；一磁體系統(tǒng)；一數字電壓源表，該數字電壓源表與磁體系統(tǒng)并聯；一超長工作距離顯微物鏡，該超長工作距離顯微物鏡位于寬波段四分之一波片和磁體系統(tǒng)之間，且在同一光路上。
2、 根據權利要求1所述的測量電致自旋熒光的顯微測量系統(tǒng)，其特 征在于，其中利用顯微拉曼光譜儀發(fā)出的激光，調整寬波段線偏振片和寬 波段四分之一波片光軸之間成45度夾角，使得圓偏振光通過寬波段四分之 一波片后的線偏振光可以用寬波段線偏振片檢偏。
3、 根據權利要求1所述的測量電致自旋熒光的顯微測量系統(tǒng)，其特 征在于，其中所述的數字電壓源表給樣品加偏壓，測量電致發(fā)光的同時， 并同步監(jiān)視施加于樣品上的電壓和電流。
4、 根據權利要求1所述的測量電致自旋熒光的顯微測量系統(tǒng)，其特 征在于，其中磁體系統(tǒng)是對樣品施加磁場，以得到偏振態(tài)的熒光響應。
全文摘要
本發(fā)明一種測量電致自旋熒光的顯微測量系統(tǒng)，其特征在于，包括一顯微拉曼光譜儀、一寬波段線偏振片和一寬波段四分之一波片，所述的顯微拉曼光譜儀、寬波段線偏振片和寬波段四分之一波片相距一預定距離，且位于同一光路上；一磁體系統(tǒng)；一數字電壓源表，該數字電壓源表與磁體系統(tǒng)并聯；一超長工作距離顯微物鏡，該超長工作距離顯微物鏡位于寬波段四分之一波片和磁體系統(tǒng)之間，且在同一光路上。
文檔編號G01N21/62GK101581672SQ20081010670
公開日2009年11月18日 申請日期2008年5月14日 優(yōu)先權日2008年5月14日
發(fā)明者劍 劉, 昊 吳, 泉 張, 萍 徐, 匯 朱, 科 朱, 科 李, 李桂榮, 李蘊慧, 甘華東, 超 申, 昊 章, 晶 羅, 肖文波, 袁思芃, 譚平恒, 趙建華, 鄭厚植, 軍 魯 申請人:中國科學院半導體研究所