一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng)及方法，通過將一維納米結構放在溝道電極內(nèi)，電極無需與一維納米結構構成歐姆接觸，使用微探針移動被測納米線/帶，改變納米線/帶的位置，使之與電極平行或垂直，測量光生電荷沿寬或長方向分離所產(chǎn)生的光伏；利用三明治結構電極測量光生電荷沿高度方向分離產(chǎn)生的光伏；同時結合同軸激發(fā)的共聚焦顯微鏡，使激發(fā)光光斑大小聚焦到光的衍射極限尺寸，實現(xiàn)分辨率在光衍射極限的微區(qū)光伏和光學響應的同步掃描成像測量。
【專利說明】一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體納米結構光電測量技術，特別涉及一種一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]發(fā)光和光伏是半導體材料在帶隙光激發(fā)下產(chǎn)生的兩個基本物理過程。發(fā)光是由光生電子空穴對的復合而產(chǎn)生，而光伏是光生電子空穴對在空間上的分離而產(chǎn)生。通常情況下，兩者是相互競爭的過程。所以，對發(fā)光和光伏信號的同步表征將對研究和正確理解基本光物理過程起著積極的促進作用。
[0003]半導體一維納米結構(包括納米線和納米帶)由于具有良好的光學和電學特性，即可以作為下一代納電子器件工作單元也可以作為器件間的線路聯(lián)接。所以，對一維納米結構光電性能的研究對制備高性能光電器件尤為重要。傳統(tǒng)的表面光電表征技術，如:突光光譜法、表面光電壓法等，主要是對塊體樣品或大量納米材料的測量的統(tǒng)計結果，無法給出一維納米結構單體的光電性質(zhì)。掃描開爾文探針結合寬照光或近場探針可以對納米尺度的空間表面光伏進行測量，由于此法是將樣品放在導電基地上，導電探針在樣品上掃描，只能測試光生電荷在高度方向的分離產(chǎn)生的光伏。微區(qū)光電導技術可以對單根樣品的光電性質(zhì)進行微區(qū)掃描表征，但是此方法需要對單根納米線進行微電極的搭建，制備工藝要求很高，測量的光電響應只能反映兩個電極間方向上的光生電荷分離情況，同時樣品與電極的接觸對樣品的光電性能就有很大的改變。以上兩種表征技術和方法無法實現(xiàn)光電和光學響應信號的同步表征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng)及方法，其目的在于克服現(xiàn)有技術中只能單獨表征一維納米結構微區(qū)光伏或發(fā)光響應信號，而無法同步表征的問題；同時也克服了現(xiàn)有技術只能測某一維度上產(chǎn)生的光伏信號，無法測三維方向的光伏的問題。
[0005]本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]—種一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng)，包括激光器1、斬波器2、共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3、電極8、鎖相放大器9、共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10及CCD光纖光譜儀11 ;
[0007]所述激光器I發(fā)出的激光經(jīng)過斬波器2調(diào)制，被調(diào)制后的激光經(jīng)過光纖耦合器進入光纖，光纖與共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3相連,共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3與所述CCD光纖光譜儀11相連；
[0008]所述電極8設置于共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3的掃描臺的X-Y平面掃描臺7上且處于共聚焦顯微鏡系統(tǒng)的物鏡4的正下方，所述電極8和斬波器2均與所述鎖相放大器9相連，所述共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3的掃描臺中的X-Y掃描臺7和Z軸方向升降臺6均受控于共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10，所述鎖相放大器9和CCD光纖光譜儀11均與所述共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10相連；
[0009]所述共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10與上位機12進行通信連接。
[0010]所述共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3的掃描臺為壓電陶瓷掃描臺。
[0011]所述電極8為溝道電極或三明治結構電極。
[0012]一種一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征方法，采用上述的一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng)，具體步驟如下:
[0013]步驟1:將一維納米結構放置于電極中，使得一維納米結構任一維度方向與電極平行或垂直，采用同軸電纜將電極兩端與鎖相放大器9相連；
[0014]步驟2:激光器I發(fā)射出的激光通過斬波器2調(diào)制后耦合進入光纖，并導入共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3 ；
[0015]步驟3:進入共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3的激光通過物鏡4聚焦在位于電極8中的一維納米結構上，一維納米結構被激光激發(fā)后產(chǎn)生光伏信號和發(fā)光信號；
[0016]步驟4:利用共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器控制X-Y掃描臺按照設定的像素點進行逐點逐行移動，從而獲得一維納米結構每個掃描點的光伏信號和發(fā)光信號；
[0017]所述光伏信號為鎖相放大器獲得的電壓信號，每個掃描點的電壓的大小作為每個掃描點的光伏強度，所述鎖相放大器信號檢測頻率與斬波器的調(diào)制頻率相同；
[0018]鎖相放大器以斬波器給出的參考信號為參考與被測光伏信號同步:光伏信號是產(chǎn)生于被通過斬波器調(diào)制后的脈沖光激發(fā)，光伏信號頻率與脈沖光頻率相同，參考信號頻率也與脈沖光頻率相同。
[0019]所述發(fā)光信號為CCD光纖光譜儀獲得的光譜，對每個掃描點的光譜范圍進行積分獲得每個掃描點的發(fā)光強度；
[0020]步驟5:鎖相放大器將光伏信號放大，放大后的光伏信號經(jīng)過共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后輸送至上位機；
[0021]步驟6:將每個掃描點的光伏強度和發(fā)光強度作為圖像中每個像素點的偽色值，同步獲得一維納米結構在任一維度方向上的光伏圖像和發(fā)光圖像；
[0022]步驟7:按照步驟1-步驟6依次對一維納米結構三個維度方向進行掃描，分別獲得的一維納米結構三個維度方向上的光伏圖像和發(fā)光圖像，從而表征一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光。
[0023]如:對于納米帶，如果要測沿寬度方向光伏，需要將納米帶長度方向與電極平行；如果測沿長度方向，則需要將納米帶長度方向與電極垂直；高度方向需要換成三明治電極。按照步驟1-6掃描三次，獲得一維納米結構的三個維度方向的光伏和發(fā)光圖像。
[0024]所述一維納米結構包括納米線和納米帶。
[0025]所述溝道電極的寬度為10-20微米。
[0026]所述溝道電極的深度為100納米。
[0027]三明治結構電極為兩片大小為1X3厘米的ΙΤ0。
[0028]所述偽色值是指圖像中每個像素點的取值:
[0029]當圖像為灰度圖像時，以每個掃描點的光伏強度轉(zhuǎn)化為光伏圖像中每個像素點的灰度值，以每個掃描點的發(fā)光強度轉(zhuǎn)化為發(fā)光圖像中每個像素點的灰度值；[0030]當圖像為彩色圖像時，以每個掃描點的光伏強度轉(zhuǎn)化為光伏圖像中每個像素點的RGB顏色值，以每個掃描點的發(fā)光強度轉(zhuǎn)化為發(fā)光圖像中每個像素點的RGB顏色值。
[0031]斬波器也叫調(diào)制扇，配合鎖相放大器使用，鎖相放大器只能檢測交流電信號，所以需要將連續(xù)的光利用斬波器調(diào)制成脈沖光，樣品在脈沖光作用下將產(chǎn)生與脈沖光頻率相同的光伏信號，同時斬波器將調(diào)制頻率通知鎖相放大器，此時放大器將只檢測與斬波器頻率相同的光伏信號，而濾除其他頻率噪音信號，從而提高信號放大的信噪比。
[0032]有益效果
[0033]本發(fā)明提供了一種一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng)及方法，通過將一維納米結構放在溝道電極內(nèi)，電極無需與一維納米結構構成歐姆接觸，使用微探針移動被測納米線/帶，改變納米線/帶與電極的相互平行或垂直位置，測量光生電荷沿寬或長方向分離所產(chǎn)生的光伏；利用三明治結構電極測量光生電荷沿高度方向分離產(chǎn)生的光伏；同時結合同軸激發(fā)的共聚焦顯微鏡，使激發(fā)光光斑大小聚焦到光的衍射極限尺寸，實現(xiàn)分辨率在光衍射極限的微區(qū)光伏和光學響應的同步掃描成像測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明所述系統(tǒng)的結構示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明所使用的電極結構示意圖,其中，圖a表示溝道電極，圖b表示三明治結構電極；
[0036]圖3為當納米帶長度與溝道電極平行時，應用本發(fā)明對納米帶長度方向進行測量同步獲得的納米帶光伏和發(fā)光圖像，其中，圖a為光伏圖像，圖b為發(fā)光圖像；
[0037]圖4為當納米帶長度與溝道電極垂直時，應用本發(fā)明對納米帶長度方向進行測量同步獲得的納米帶光伏和發(fā)光圖像，其中，圖a為光伏圖像，圖b為發(fā)光圖像；
[0038]圖5為采用三明治結構電極，應用本發(fā)明對納米帶厚度進行測量同步獲得的納米帶光伏和發(fā)光圖像，其中，圖a為光伏圖像，圖b為發(fā)光圖像；
[0039]圖6為當納米線部分長度與溝道電極平行，納米線另一部分長度與溝道電極垂直時，應用本發(fā)明對納米線進行測量同步獲得的納米線光伏和發(fā)光圖像，其中，圖a為光伏圖像，圖b為發(fā)光圖像；
[0040]圖7為使用探針將圖6中的納米線與溝道電極垂直部分撥動，使得納米線與溝道電極垂直部分調(diào)整為與溝道電極平行，應用本發(fā)明對納米線長度方向進行測量同步獲得的納米線光伏和發(fā)光圖像，其中，圖a為光伏圖像，圖b為發(fā)光圖像；
[0041]標號說明:
[0042]1-激光器，2-斬波器,3-共聚焦顯微鏡系統(tǒng),4-物鏡,5-照明光源，6_Z軸方向升降臺，7-X-Y掃描臺，8-電極，9-鎖相放大器，10-共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器，Il-CXD光纖光譜儀，12-計算機。
【具體實施方式】
[0043]下面將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0044]如圖1所不,一種一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng),包括激光器
1、斬波器2、共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3、電極8、鎖相放大器9、共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10及CXD光纖光譜儀11 ;
[0045]所述激光器I發(fā)出的激光經(jīng)過斬波器2調(diào)制，被調(diào)制后的激光經(jīng)過光纖耦合器進入光纖，光纖與共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3相連,共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3與所述CCD光纖光譜儀11相連；
[0046]所述電極8設置于共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3的掃描臺的X-Y平面掃描臺7上且處于共聚焦顯微鏡系統(tǒng)的物鏡4的正下方，所述電極8和斬波器2均與所述鎖相放大器9相連，所述共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3的掃描臺中的X-Y掃描臺7和Z軸方向升降臺6均受控于共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10，所述鎖相放大器9和CCD光纖光譜儀11均與所述共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10相連；
[0047]所述共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10與上位機12進行通信連接。
[0048]所述共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3的掃描臺為分辨率為Inm的壓電陶瓷掃描臺。
[0049]所述電極8為溝道電極或三明治結構電極。
[0050]如圖2所示,為本發(fā)明所使用的電極結構示意圖,其中，圖a表示溝道電極，圖b表示三明治結構電極，其中，溝道電極的制作方法有三種:1)使用ITO導電玻璃通過激光燒蝕技術方法制作。激光燒蝕技術是通過控制激光聚焦光斑的大小控制溝道的寬度，一般為10-20微米；2)光刻的方法中先用光刻膠均勻旋涂在ITO玻璃上，利用掩模板使之曝光、顯影，然后用ITO腐蝕液腐蝕掉裸露的ITO部分，最后洗掉光刻膠；3)金屬電極是在玻璃基底上用光刻技術先構成需要電極的圖案，然后再真空蒸鍍上金屬薄膜。
[0051]一種一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征方法，采用上述的一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng)，具體步驟如下:
[0052]步驟1:將一維納米結構放置于電極中，使得一維納米結構任一維度方向與電極平行或垂直，采用同軸電纜將電極兩端與鎖相放大器9相連；
[0053]步驟2:激光器I發(fā)射出的激光通過斬波器2調(diào)制后耦合進入光纖，并導入共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3 ；
[0054]步驟3:進入共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3的激光通過物鏡4聚焦在位于電極8中的一維納米結構上，一維納米結構被激光激發(fā)后產(chǎn)生光伏信號和發(fā)光信號；
[0055]步驟4:利用共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器控制X-Y掃描臺按照設定的像素點進行逐點逐行移動，從而獲得一維納米結構每一維度上每個掃描點的光伏信號和發(fā)光信號；
[0056]所述光伏信號為鎖相放大器獲得的電壓信號，每個掃描點的電壓的大小作為每個掃描點的光伏強度，所述鎖相放大器檢測頻率與斬波器的調(diào)制頻率相同；
[0057]所述發(fā)光信號為CCD光纖光譜儀獲得的光譜，對每個掃描點的光譜范圍進行積分獲得每個掃描點的發(fā)光強度；
[0058]步驟5:鎖相放大器將光伏信號放大，放大后的光伏信號經(jīng)過共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后輸送至上位機；
[0059]步驟6:將每個掃描點的光伏強度和發(fā)光強度作為圖像中每個像素點的偽色值，同步獲得一維納米結構在任一維度方向上的光伏圖像和發(fā)光圖像；
[0060]步驟7:按照步驟1-步驟6依次對一維納米結構三個維度方向進行掃描，分別獲得的一維納米結構三個維度方向上的光伏圖像和發(fā)光圖像，從而表征一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光。[0061]如:對于納米帶，如果要測沿寬度方向光伏，需要將納米帶長度方向與電極平行；如果測沿長度方向，則需要將納米帶長度方向與電極垂直；高度方向需要換成三明治電極。按照步驟1-6掃描三次，獲得一維納米結構的三個維度方向的光伏和發(fā)光圖像。
[0062]所述一維納米結構包括納米線和納米帶。
[0063]所述溝道電極的寬度為10-20微米。
[0064]所述溝道電極的深度為100納米。
[0065]三明治結構電極為兩片大小為1X3厘米的ΙΤ0。
[0066]所述偽色值是指圖像中每個像素點的取值:
[0067]當圖像為灰度圖像時，以每個掃描點的光伏強度轉(zhuǎn)化為光伏圖像中每個像素點的灰度值，以每個掃描點的發(fā)光強度轉(zhuǎn)化為發(fā)光圖像中每個像素點的灰度值；
[0068]當圖像為彩色圖像時，以每個掃描點的光伏強度轉(zhuǎn)化為光伏圖像中每個像素點的RGB顏色值，以每個掃描點的發(fā)光強度轉(zhuǎn)化為發(fā)光圖像中每個像素點的RGB顏色值。
[0069]斬波器也叫調(diào)制扇，配合鎖相放大器使用，鎖相放大器只能檢測交流電信號，所以需要將連續(xù)的光利用斬波器調(diào)制成脈沖光，樣品在脈沖光作用下將產(chǎn)生與脈沖光頻率相同的光伏信號，同時斬波器將調(diào)制頻率通知鎖相放大器，此時放大器將只檢測與斬波器頻率相同的光伏信號，而濾除其他頻率噪音信號，從而提高信號放大的信噪比。
[0070]實施例1:
[0071]CdS納米帶分散在溝道電極內(nèi)，使納米帶與電極平行或垂直；三明治結構電極是納米帶的厚度方向與兩個電極垂直，溝道電極兩端或三明治結構的兩個電極與鎖相放大器9用同軸電纜連接。488nm氬離子激光器I發(fā)射的激光通過斬波器2調(diào)制后耦合入光纖，并導入共聚焦顯微鏡系統(tǒng)，激光經(jīng)物鏡4聚焦至分散在電極8上的CdS納米帶，CdS納米帶被激發(fā)后產(chǎn)生的光伏信號與斬波器調(diào)制頻率相同，鎖相放大器被斬波器同步后即可放大CdS納米帶所產(chǎn)生的光伏信號。鎖相放大器輸出光伏信號通過同軸電纜輸入共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10。CdS納米帶同時產(chǎn)生的發(fā)光信號以反射模式經(jīng)物鏡4共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3，耦合入CCD光纖光譜儀11，CCD光纖光譜儀11采集的光譜信息通過導線進入共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10，經(jīng)過共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10處理的信號進入計算機并記錄。X-Y掃描臺7在計算機控制下按所設像素點逐點掃描，以X-Y方向的尺寸分別作為橫、縱坐標，以每一坐標點所記錄光伏和發(fā)信號強度以偽色強弱表示，并成像，如圖3至圖5所示。
[0072]其中，圖3(a)和圖3(b)分別為一根納米帶與電極平行時所測得的光伏和發(fā)光圖像。圖3 (a)光伏圖像表明只有納米帶沿長度方向的邊緣有明顯的光伏響應，而發(fā)光圖像表明納米帶的每個位置的發(fā)光強度基本相同。這說明造成納米帶不同位置光伏強度的不同并不是由于不同位置的光吸收不同而造成。由于檢測電信號時，所產(chǎn)生的電信號的電場方向必須垂直或在垂直電極方向有分量才可以被檢測到。所以，我們認為納米帶的邊緣由于表面原子排布或吸附等原因是邊緣電子被耗空形成自建電場，并且耗空層的寬度小于納米帶的寬度，只有在耗空層的內(nèi)部或附近的光生電荷才能產(chǎn)生有效光伏，并且此時耗空層自建電場方向與電極垂直，即:光生電荷分離方向也與電極垂直。
[0073]圖4 (a)和圖4 (b)分別是納米帶與電極垂直時的光伏和發(fā)光圖像，從光伏圖像可見只有在納米帶兩端有顯著的光伏響應，而發(fā)光圖像顯示納米帶每個位置發(fā)光強度均一。這也進一步表面只有在納米帶的邊緣才能產(chǎn)生有效的光伏響應。[0074]圖5 (a)和圖5 (b)分別是用三明治結構電極檢測的納米帶厚度方向的光伏圖像和發(fā)光，發(fā)現(xiàn)在納米帶厚度方向的光伏很弱，而發(fā)光在每個位置相差不大。這是由于納米帶厚度在50nm左右，小于耗空層厚度，自建電場沿厚度方向的強度遠小于寬度方向，即:光生電荷主要沿平面四周分離而不是沿厚度方向。因為三明治電極結構只能檢測到納米帶厚度方向的電信號，所以此時的光伏信號很弱。
[0075]這些圖像表明利用溝道電極可以分別檢測光生電荷沿納米帶長度和寬度方向分離產(chǎn)生的光伏，三明治結構電極可以檢測光生電荷沿納米帶厚度方向分離產(chǎn)生的光伏，應用本發(fā)明所述的方法，能夠同步表征光生電荷沿納米帶三維尺度方向分離所產(chǎn)生的光伏和發(fā)光響應信號。
[0076]實施例2:
[0077]納米線分散在溝道電極內(nèi)，使納米線與電極平行或與電極垂直。溝道電極兩端與鎖相放大器9用同軸電纜連接。488nm氬離子激光器I發(fā)射的激光通過斬波器2調(diào)制后耦合入光纖，并導入共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3，激光經(jīng)物鏡4聚焦至分散在電極8上的納米線，納米線被激發(fā)后產(chǎn)生的光伏信號與斬波器調(diào)制頻率相同，鎖相放大器被斬波器同步后即可放大納米線所產(chǎn)生的光伏信號。鎖相放大器輸出的光伏信號通過同軸電纜輸入共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10。納米線同時產(chǎn)生的發(fā)光信號以反射模式依次經(jīng)物鏡4和共聚焦顯微鏡系統(tǒng)3，最后耦合入CCD光纖光譜儀11，CCD光纖光譜儀11采集的光譜信息通過導線進入共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10，經(jīng)過共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器10處理的信號進入計算機并記錄。X-Y掃描臺7在計算機控制下按所設像素點逐點掃描，以X-Y方向的尺寸分別作為橫、縱坐標，以每一坐標點所記錄光伏和發(fā)光信號強度以偽色強弱表示，并成像，如圖6至圖7所示。
[0078]其中，圖6 (a)和圖6 (b)是一根放在溝道電極內(nèi)的CdS納米線獲得的光伏和發(fā)光圖像，納米線的一部分與電極平行，一部分與電極成一定夾角，(見圖6a插圖)，按本發(fā)明所述方法掃描成像后發(fā)現(xiàn):光伏圖像中，只有與電極平行的納米線部分呈現(xiàn)亮色，其他部分相對較暗，說明只有與電極平行的部分可以檢測到顯著的光伏信號；相反在發(fā)光圖像中，整根納米線呈現(xiàn)出顯著的發(fā)光信號，表明納米線每個部分的構成基本相同。由于檢測電信號時，所產(chǎn)生的電信號的電場方向必須垂直或在垂直電極方向有分量才可以被檢測到。所以，圖6表明光生電荷在納米線徑向方向的分離所產(chǎn)生的光伏(此時電場方向垂直于電極),遠大于在長度方向分離所產(chǎn)生的光伏。
[0079]為了進一步驗證此結論，我們用為探針將圖7中的納米線的與電極有夾角部分撥動并與電極平行(見圖7a插圖)。在圖7 (a)光伏圖像中發(fā)現(xiàn)，原來圖6 (a)中與電極有夾角部分也呈現(xiàn)原來平行部分相當?shù)牧炼?，?這兩部分光伏響強度有相當，同時在圖7 (b)的發(fā)光圖像中發(fā)現(xiàn)，納米線的位置改變并沒有對發(fā)光造成顯著的影響。
[0080]此結果表明，利用溝道電極可以檢測和分辨光生電荷在納米線長度方向和徑向分離所產(chǎn)生的光伏。應用本發(fā)明所述的方法，能夠同步表征光生電荷沿納米線長度方向和徑向分離所產(chǎn)生的光伏和發(fā)光響應信號。
【權利要求】
1.一種一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng),其特征在于，包括激光器(I)、斬波器(2)、共聚焦顯微鏡系統(tǒng)(3)、電極(8)、鎖相放大器(9)、共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器(10)及C⑶光纖光譜儀(11)； 所述激光器(I)發(fā)出的激光經(jīng)過斬波器(2)調(diào)制，被調(diào)制后的激光進入光纖耦合器，光纖耦合器與共聚焦顯微鏡系統(tǒng)(3)相連，共聚焦顯微鏡系統(tǒng)(3)與所述CCD光纖光譜儀(11)相連； 所述電極(8)設置于共聚焦顯微鏡系統(tǒng)(3)的掃描臺的X-Y平面掃描臺(7)上且處于共聚焦顯微鏡系統(tǒng)的物鏡(4)的正下方，所述電極(8)和斬波器(2)均與所述鎖相放大器(9)相連，所述共聚焦顯微鏡系統(tǒng)(3)的掃描臺中的X-Y掃描臺(7)和Z軸方向升降臺(6)均受控于共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器(10 )，所述鎖相放大器(9 )和CCD光纖光譜儀(11)均與所述共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器(10)相連； 所述共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器(10)與上位機(12)進行通信連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng)，其特征在于，所述共聚焦顯微鏡系統(tǒng)(3)的掃描臺為壓電陶瓷掃描臺。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng),其特征在于，所述電極(8)為溝道電極或三明治結構電極。
4.一種一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征方法,其特征在于，米用權利要求3所述的一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征系統(tǒng)，具體步驟如下: 步驟1:將一維納米結構放置于電極中，使得一維納米結構任一維度方向與電極平行或垂直，采用同軸電纜將電極兩端與鎖相放大器(9)相連； 步驟2:激光器(I)發(fā)射出的激光通過斬波器(2)調(diào)制后經(jīng)過光纖耦合器進入光纖，并導入共聚焦顯微鏡系統(tǒng)(3); 步驟3:進入共聚焦顯微鏡系統(tǒng)(3)的激光通過物鏡(4)聚焦在位于電極(8)中的一維納米結構上，一維納米結構被激光激發(fā)后產(chǎn)生光伏信號和發(fā)光信號； 步驟4:利用共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器控制X-Y掃描臺按照設定的像素點進行逐點逐行移動，從而獲得一維納米結構每一維度上每個掃描點的光伏信號和發(fā)光信號； 所述光伏信號為鎖相放大器獲得的電壓信號，每個掃描點的電壓的大小作為每個掃描點的光伏強度，所述鎖相放大器檢測信號頻率與斬波器的調(diào)制頻率相同； 所述發(fā)光信號為CCD光纖光譜儀獲得的光譜，對每個掃描點的光譜范圍進行積分獲得每個掃描點的發(fā)光強度； 步驟5:鎖相放大器將光伏信號放大，放大后的光伏信號經(jīng)過共聚焦顯微鏡系統(tǒng)控制器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理后輸送至上位機； 步驟6:將每個掃描點的光伏強度和發(fā)光強度作為圖像中每個像素點的偽色值，同步獲得一維納米結構在任一維度方向上的光伏圖像和發(fā)光圖像； 步驟7:按照步驟1-步驟6依次對一維納米結構三個維度方向進行掃描，分別獲得的一維納米結構三個維度方向上的光伏圖像和發(fā)光圖像，從而表征一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光。
5.根據(jù)權利要求4所述的一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征方法,其特征在于，所述一維納米結構包括納 米線和納米帶。
6.根據(jù)權利要求5所述的一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征方法,其特征在于，所述溝道電極的寬度為10-20微米。
7.根據(jù)權利要求5所述的一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征方法,其特征在于，所述溝道電極的深度為100納米。
8.根據(jù)權利要求5所述的一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征方法,其特征在于，三明治結構電極為兩片大小為1X3厘米的ITO。
9.根據(jù)權利要求4所述的一維納米結構三維方向微區(qū)光伏與發(fā)光表征方法,其特征在于，所述偽色值是指圖像中每個像素點的取值: 當圖像為灰度圖像時，以每個掃描點的光伏強度轉(zhuǎn)化為光伏圖像中每個像素點的灰度值，以每個掃描點的發(fā)光強度轉(zhuǎn)化為發(fā)光圖像中每個像素點的灰度值； 當圖像為彩色圖像時，以每個掃描點的光伏強度轉(zhuǎn)化為光伏圖像中每個像素點的RGB顏色值，以每個掃描點的發(fā) 光強度轉(zhuǎn)化為發(fā)光圖像中每個像素點的RGB顏色值。
【文檔編號】G01N21/63GK103884690SQ201410085386
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權日:2014年3月10日
【發(fā)明者】張清林, 潘安練 申請人:湖南大學