一種用于測量深低溫強磁場下樣品光致發(fā)光的系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光致發(fā)光的測量系統(tǒng)，創(chuàng)造性的通過光纖將光致發(fā)光測量引入于極低溫、強磁場下，為測量材料的結(jié)構、成分、環(huán)境原子排列的信息以及半導體材料的少數(shù)載流子壽命等提供了新手段，具有簡單、無破壞性、對樣品尺寸無要求、分辨率高等特點。
【背景技術】
[0002]在半導體材料與器件相關的測試手段中，磁輸運是一種重要而基礎的研究手段，用以研究材料的載流子濃度，類型和迀移率等基本信息。而在深低溫的條件下，眾多量子效應呈現(xiàn)出來，作為對經(jīng)典電導的修正，電導的量子效應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器件中得到應用，因此具有重要的研究價值。對電導的量子效應進行研究已經(jīng)成為一門新的學科，研究的現(xiàn)象包括磁阻振蕩、量子霍爾效應、弱局域與反弱局域效應、量子隧穿等。
[0003]目前這些研究大部分采用傳統(tǒng)的電學測試方法，因此受到諸如材料襯底電導、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)在光的激勵下，電子從價帶躍迀至導帶并在價帶留下空穴；電子和空穴在各自在導帶和價帶中通過弛豫達到各自未被占據(jù)的最低激發(fā)態(tài)(在本征半導體中即導帶底和價帶頂)，成為準平衡態(tài);準平衡態(tài)下的電子和空穴再通過復合發(fā)光，形成不同波長光的強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)光測試是一種無損的測試方法，可以快速、便捷地表征半導體材料的缺陷、雜質(zhì)以及材料的發(fā)光性能。光致發(fā)光可以提供有關材料的結(jié)構、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。激光的應用更使這類分析方法深入到微區(qū)、選擇激發(fā)及瞬態(tài)過程的領域，使它又進一步成為重要的研究手段，應用到物理學、材料科學、化學及分子生物學等領域。本發(fā)明充分利用目前光纖材料的發(fā)展優(yōu)勢，將光致發(fā)光測量引入到深低溫、高磁場的測量環(huán)境中，為研究材料在不同溫度下和磁場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、光學性能和構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)光測量方法，并將其引入到了深低溫、強磁場的測量環(huán)境中，為測量材料的結(jié)構、成分、環(huán)境原子排列的信息以及半導體材料的少數(shù)載流子壽命等提供了新手段，具有簡單、無破壞性、對樣品尺寸無要求、分辨率高等特點。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]測試系統(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、待測樣品107、光纖II108、磁輸運樣品室109、光纖組件B110、光譜儀111和測試分析計算機112，基本結(jié)構見附圖1。真空密封接頭104、0型圈105和螺母106具體結(jié)構及其與光纖1103、光纖II108和磁輸運樣品室109的連接見附圖2。
[0007]所述的光纖組件A102兩端通過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左端通過光纖接頭與光纖組件A102連接，右端穿過真空密封接頭104進入磁輸運樣品室109后對準待測樣品107;所述的光纖II108左端通過光纖接頭與光纖組件BI 10連接，右端穿過真空當封接頭104進入磁輸運樣品室109后對準待測樣品107 ；真空當封接頭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，當中采用密封膠固定和密封;真空密封接頭104穿過磁輸運樣品室109，一部分位于磁輸運樣品室109外并有溝槽，O型圈105套進真空密封接頭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樣品室109外壁，真空密封接頭104處于磁輸運樣品室109之內(nèi)的部分上有螺紋，螺絲106擰進螺紋并貼緊磁輸運樣品室109外壁，起固定和真空密封作用；待測樣品107平放于磁輸運樣品室109底端超導線圈內(nèi)；調(diào)整待測樣品107位置以及光纖1103、光纖II108下端對準待測樣品107的角度，使得光纖1103發(fā)出的激光入射到待測樣品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連接到測試分析計算機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)的激光波長短于待測樣品107的被激發(fā)光的波長。
[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足信號傳輸需要和測量要求，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。
[0012]所述的光譜儀(111)所測光波長范圍滿足光致發(fā)光包括光致發(fā)光信號波長范圍；光譜儀(111)之內(nèi)放置與光纖激光器(101)所激發(fā)的激光波長相對應的濾波片以去除激發(fā)激光對測量的影響。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點在于:利用光纖將光致發(fā)光導入到深低溫、強磁場的測量條件下，為表征材料的各種特性尤其是深低溫、強磁場下材料的結(jié)構、成分、環(huán)境原子排列的信息以及半導體材料的少數(shù)載流子壽命等提供了新手段，采用無接觸、不破壞的方法進行測量，方法簡單方便，可對樣品直接進行測量，具有簡單、無破壞性、對樣品尺寸無要求、分辨率高等特點。
【附圖說明】
[0014]圖1:用于測量深低溫、強磁場下樣品光致發(fā)光光譜的系統(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、待測樣品107、光纖