一種用于測(cè)量深低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下樣品光致發(fā)光的系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于測(cè)量深低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下樣品光致發(fā)光的系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)主要由光纖激光器、光纖組件、光纖、真空密封接頭、O型圈、螺母、待測(cè)樣品、磁輸運(yùn)樣品室、光譜儀和測(cè)試分析計(jì)算機(jī)等組成。該測(cè)量系統(tǒng)的主要特征在于利用光纖組件在深低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境中對(duì)樣品進(jìn)行光致發(fā)光測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了光致發(fā)光測(cè)試與深低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)輸運(yùn)測(cè)量的結(jié)合。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種用于測(cè)量深低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下樣品光致發(fā)光的系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種光致發(fā)光的測(cè)量系統(tǒng)，創(chuàng)造性的通過(guò)光纖將光致發(fā)光測(cè)量引入于極低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)下，為測(cè)量材料的結(jié)構(gòu)、成分、環(huán)境原子排列的信息以及半導(dǎo)體材料的少數(shù)載流子壽命等提供了新手段，具有簡(jiǎn)單、無(wú)破壞性、對(duì)樣品尺寸無(wú)要求、分辨率高等特點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體材料與器件相關(guān)的測(cè)試手段中，磁輸運(yùn)是一種重要而基礎(chǔ)的研究手段，用以研究材料的載流子濃度，類(lèi)型和迀移率等基本信息。而在深低溫的條件下，眾多量子效應(yīng)呈現(xiàn)出來(lái)，作為對(duì)經(jīng)典電導(dǎo)的修正，電導(dǎo)的量子效應(yīng)反映出材料的自旋特性等物理信息，這些特性可能在新一代的物理器件一一自旋電子學(xué)器件中得到應(yīng)用，因此具有重要的研究?jī)r(jià)值。對(duì)電導(dǎo)的量子效應(yīng)進(jìn)行研究已經(jīng)成為一門(mén)新的學(xué)科，研究的現(xiàn)象包括磁阻振蕩、量子霍爾效應(yīng)、弱局域與反弱局域效應(yīng)、量子隧穿等。
[0003]目前這些研究大部分采用傳統(tǒng)的電學(xué)測(cè)試方法，因此受到諸如材料襯底電導(dǎo)、三維方向上的載流子、樣品腐蝕不易和可能破壞樣品、以及樣品電極制備不易等制約。光致發(fā)光是指物質(zhì)在光的激勵(lì)下，電子從價(jià)帶躍迀至導(dǎo)帶并在價(jià)帶留下空穴；電子和空穴在各自在導(dǎo)帶和價(jià)帶中通過(guò)弛豫達(dá)到各自未被占據(jù)的最低激發(fā)態(tài)(在本征半導(dǎo)體中即導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂)，成為準(zhǔn)平衡態(tài);準(zhǔn)平衡態(tài)下的電子和空穴再通過(guò)復(fù)合發(fā)光，形成不同波長(zhǎng)光的強(qiáng)度或能量分布的光譜圖。在激發(fā)光能量不是非常大的情況下，光致發(fā)光測(cè)試是一種無(wú)損的測(cè)試方法，可以快速、便捷地表征半導(dǎo)體材料的缺陷、雜質(zhì)以及材料的發(fā)光性能。光致發(fā)光可以提供有關(guān)材料的結(jié)構(gòu)、成分及環(huán)境原子排列的信息，是一種非破壞性的、靈敏度高的分析方法。激光的應(yīng)用更使這類(lèi)分析方法深入到微區(qū)、選擇激發(fā)及瞬態(tài)過(guò)程的領(lǐng)域，使它又進(jìn)一步成為重要的研究手段，應(yīng)用到物理學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)及分子生物學(xué)等領(lǐng)域。本發(fā)明充分利用目前光纖材料的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，將光致發(fā)光測(cè)量引入到深低溫、高磁場(chǎng)的測(cè)量環(huán)境中，為研究材料在不同溫度下和磁場(chǎng)下的性能提供了一種新的研究方法和手段，是研究材料電學(xué)、光學(xué)性能和構(gòu)造相干器件的有力工具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于光纖的光致發(fā)光測(cè)量方法，并將其引入到了深低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)的測(cè)量環(huán)境中，為測(cè)量材料的結(jié)構(gòu)、成分、環(huán)境原子排列的信息以及半導(dǎo)體材料的少數(shù)載流子壽命等提供了新手段，具有簡(jiǎn)單、無(wú)破壞性、對(duì)樣品尺寸無(wú)要求、分辨率高等特點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]測(cè)試系統(tǒng)包括光纖激光器101、光纖組件A102、光纖1103、真空密封接頭104、0型圈105、螺母106、待測(cè)樣品107、光纖II108、磁輸運(yùn)樣品室109、光纖組件B110、光譜儀111和測(cè)試分析計(jì)算機(jī)112，基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)附圖1。真空密封接頭104、0型圈105和螺母106具體結(jié)構(gòu)及其與光纖1103、光纖II108和磁輸運(yùn)樣品室109的連接見(jiàn)附圖2。
[0007]所述的光纖組件A102兩端通過(guò)光纖接頭分別與光纖激光器101和光纖1103連接；所述的光纖1103左端通過(guò)光纖接頭與光纖組件A102連接，右端穿過(guò)真空密封接頭104進(jìn)入磁輸運(yùn)樣品室109后對(duì)準(zhǔn)待測(cè)樣品107;所述的光纖II108左端通過(guò)光纖接頭與光纖組件BI 10連接，右端穿過(guò)真空當(dāng)封接頭104進(jìn)入磁輸運(yùn)樣品室109后對(duì)準(zhǔn)待測(cè)樣品107 ；真空當(dāng)封接頭104為圓形，內(nèi)有剝?nèi)ネ馄H留中心石英部分的光纖1103和光纖II108穿過(guò)，當(dāng)中采用密封膠固定和密封;真空密封接頭104穿過(guò)磁輸運(yùn)樣品室109，一部分位于磁輸運(yùn)樣品室109外并有溝槽，O型圈105套進(jìn)真空密封接頭104內(nèi)并處于真空密封接頭104溝槽里，O型圈105露出溝槽的部分貼于磁輸運(yùn)樣品室109外壁，真空密封接頭104處于磁輸運(yùn)樣品室109之內(nèi)的部分上有螺紋，螺母106擰進(jìn)螺紋并貼緊磁輸運(yùn)樣品室109外壁，起固定和真空密封作用；待測(cè)樣品107平放于磁輸運(yùn)樣品室109底端超導(dǎo)線(xiàn)圈內(nèi)；調(diào)整待測(cè)樣品107位置以及光纖1103、光纖II108下端對(duì)準(zhǔn)待測(cè)樣品107的角度，使得光纖1103發(fā)出的激光入射到待測(cè)樣品107上，所激發(fā)的光致發(fā)光被光纖II108所接收;光纖組件BllO兩端通過(guò)光纖接頭分別與光譜儀111和光纖II108連接;光譜儀111連接到測(cè)試分析計(jì)算機(jī)112，從而記錄、分析得到的光譜信息。
[0008]所述的光纖激光器101所激發(fā)的激光波長(zhǎng)短于待測(cè)樣品107的被激發(fā)光的波長(zhǎng)。
[0009]所述的光纖組件A(102)、光纖1(103)、光纖11(108)和光纖組件B(IlO)芯徑和傳輸光效率滿(mǎn)足信號(hào)傳輸需要和測(cè)量要求，光纖芯徑不小于I微米，傳輸光效率高于百分之五十。
[0010]所述的光纖1(103)下端為平端面，以便于發(fā)射平行激光。
[0011]所述的光纖11(108)下端為半球面，以便于收集光致發(fā)光信號(hào)。
[0012]所述的光譜儀(111)所測(cè)光波長(zhǎng)范圍滿(mǎn)足光致發(fā)光包括光致發(fā)光信號(hào)波長(zhǎng)范圍；光譜儀(111)之內(nèi)放置與光纖激光器(101)所激發(fā)的激光波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的濾波片以去除激發(fā)激光對(duì)測(cè)量的影響。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:利用光纖將光致發(fā)光導(dǎo)入到深低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)的測(cè)量條件下，為表征材料的各種特性尤其是深低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)下材料的結(jié)構(gòu)、成分、環(huán)境原子排列的信息以及半導(dǎo)體材料的少數(shù)載流子壽命等提供了新手段，采用無(wú)接觸、不破壞的方法進(jìn)行測(cè)量，方法簡(jiǎn)單方便，可對(duì)樣品直接進(jìn)行測(cè)量，具有簡(jiǎn)單、無(wú)破壞性、對(duì)樣品尺寸無(wú)要求、分辨率高等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1:一種用于測(cè)量深低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)下樣品光致發(fā)光的系統(tǒng)示意圖。圖中各部分為:光纖激光器101、光纖組件A102、光纖1103、真空密封接頭104、0型圈105、螺母106、待測(cè)樣品107、光纖II108、磁輸運(yùn)樣品室109、光纖組件BI 1、光譜儀111和測(cè)試分析計(jì)算機(jī)112。
[0015]圖2是真空密封接頭結(jié)構(gòu)圖，其中:(a)真空密封接頭104俯視圖，(b)真空密封接頭104側(cè)面剖面圖。圖中各部分為:光纖1103、真空密封接頭104、0型圈105、螺母106、光纖II108和磁輸運(yùn)樣品室109。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面根據(jù)
【發(fā)明內(nèi)容】
和【附圖說(shuō)明】給出本發(fā)明的一個(gè)較好的實(shí)例，結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)細(xì)節(jié)、結(jié)構(gòu)特征和功能特點(diǎn)。但此實(shí)例并不限制本發(fā)明范圍，合乎
【發(fā)明內(nèi)容】
和【附圖說(shuō)明】中描述的實(shí)例均應(yīng)包含在本發(fā)明范圍內(nèi)。
[0017]光纖激光器101采用532nm光纖激光器，型號(hào)LSR532H-600。
[0018]光纖組件A102和光纖組件BllO采用石英光纖，產(chǎn)品型號(hào)UV600-1*2。光纖1103和光纖II108采用石英光纖，芯徑I毫米，位于磁輸運(yùn)樣品室109外的部分外層有3毫米護(hù)套，位于真空密封接頭104內(nèi)和磁輸運(yùn)樣品室109內(nèi)部分剝?nèi)プo(hù)套。
[0019]真空密封接頭104采用不銹鋼打造，為圓形中空結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)有溝槽和螺紋，配合O型圈105和螺母106以及密封膠使用，達(dá)到真空密封的目的。具體見(jiàn)圖2。
[0020]磁輸運(yùn)樣品室109結(jié)合已有的深低溫、磁輸運(yùn)系統(tǒng)，為一套牛津無(wú)液氦循環(huán)超導(dǎo)磁體系統(tǒng)的一部分。
[0021]光譜儀110采用光纖光譜儀，型號(hào)PC4000，波長(zhǎng)范圍400?11 OOnm，分辨率約0.5nm。
[0022]在用光纖測(cè)量光致發(fā)光方法中，光纖激光器101發(fā)出激光，經(jīng)過(guò)光纖組件A102和光纖1103由光纖1103的下端平端面發(fā)射照到待測(cè)樣品107上，產(chǎn)生光致發(fā)光信號(hào)由光纖II108下端半球面接收，經(jīng)過(guò)光纖II108和光纖組件BI 10傳入到光譜儀111，由其測(cè)出其光譜信號(hào)，并通過(guò)測(cè)試分析計(jì)算機(jī)112記錄儲(chǔ)存。在不同溫度、不同磁場(chǎng)下可得到待測(cè)樣品107的光致發(fā)光光譜的變化關(guān)系。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于測(cè)量深低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下樣品光致發(fā)光光譜的系統(tǒng)，包括:光纖激光器(101)、光纖組件A( 102)、光纖I (103)、真空密封接頭(104)、0型圈(105)、螺母(106)、待測(cè)樣品(107)、光纖11(108)、磁輸運(yùn)樣品室(109)、光纖組件B(IlO)、光譜儀(111)和測(cè)試分析計(jì)算機(jī)(112)，其特征在于: 所述的光纖組件A(102)兩端通過(guò)光纖接頭分別與光纖激光器(101)和光纖1(103)連接;所述的光纖1(103)左端通過(guò)光纖接頭與光纖組件A(102)連接，右端穿過(guò)真空密封接頭(104)進(jìn)入磁輸運(yùn)樣品室(109)后對(duì)準(zhǔn)待測(cè)樣品(107);所述的光纖11(108)左端通過(guò)光纖接頭與光纖組件B(IlO)連接，右端穿過(guò)真空密封接頭(104)進(jìn)入磁輸運(yùn)樣品室(109)后對(duì)準(zhǔn)待測(cè)樣品(107);真空密封接頭(104)為圓形，內(nèi)有剝?nèi)ネ馄H留中心石英部分的光纖1(103)和光纖II (108)穿過(guò)，當(dāng)中采用密封膠固定和密封;真空密封接頭(104)穿過(guò)磁輸運(yùn)樣品室(109)，一部分位于磁輸運(yùn)樣品室(109)外并有溝槽，O型圈(105)套進(jìn)真空密封接頭(104)內(nèi)并處于真空密封接頭(104)溝槽里，O型圈(105)露出溝槽的部分貼于磁輸運(yùn)樣品室(109)夕卜壁，真空密封接頭(104)處于磁輸運(yùn)樣品室(109)之內(nèi)的部分上有螺紋，螺母(106)擰進(jìn)螺紋并貼緊磁輸運(yùn)樣品室(109)外壁，起固定和真空密封作用;待測(cè)樣品(107)平放于磁輸運(yùn)樣品室(109)底端超導(dǎo)線(xiàn)圈內(nèi)；調(diào)整待測(cè)樣品(107)位置以及光纖1(103)、光纖11(108)下端對(duì)準(zhǔn)待測(cè)樣品(107)的角度，使得光纖1(103)發(fā)出的激光入射到待測(cè)樣品(107)上，所激發(fā)的光致發(fā)光被光纖11(108)所接收;光纖組件B(IlO)兩端通過(guò)光纖接頭分別與光譜儀(111)和光纖11(108)連接;光譜儀(111)連接到測(cè)試分析計(jì)算機(jī)(112)，從而記錄、分析得到的光譜?目息O2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測(cè)量深低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下樣品光致發(fā)光的系統(tǒng)，其特征在于:所述的光纖激光器(101)所激發(fā)的激光波長(zhǎng)短于待測(cè)樣品(107)的被激發(fā)光的波長(zhǎng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測(cè)量深低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下樣品光致發(fā)光的系統(tǒng)，其特征在于:光纖組件A (102)、光纖1(103)、光纖11(108)和光纖組件B (I 1)芯徑不小于I微米，傳輸光效率高于百分之五十。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測(cè)量深低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下樣品光致發(fā)光的系統(tǒng)，其特征在于:所述的光纖I (103)下端為便于發(fā)射平行激光的平端面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測(cè)量深低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下樣品光致發(fā)光的系統(tǒng)，其特征在于:所述的光纖II (108)下端為便于收集光致發(fā)光信號(hào)的半球面。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測(cè)量深低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下樣品光致發(fā)光的系統(tǒng)，其特征在于:光譜儀(111)所測(cè)光波長(zhǎng)范圍滿(mǎn)足光致發(fā)光包括光致發(fā)光信號(hào)波長(zhǎng)范圍；光譜儀(111)之內(nèi)放置有與光纖激光器(101)所激發(fā)的激光波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的濾波片以去除激發(fā)激光對(duì)測(cè)量的影響。
【文檔編號(hào)】G01N21/63GK105911029SQ201610406776
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】呂蒙, 俞國(guó)林, 林鐵, 褚君浩
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所