技術領域

本發明涉及一種光致發光的測量系統，創造性的通過光纖將光致發光測量 引入于極低溫、強磁場下，為測量材料的結構、成分、環境原子排列的信息以 及半導體材料的少數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

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，類型和遷移率等基本信息。而在深低溫的 條件下，眾多量子效應呈現出來，作為對經典電導的修正，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——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 究已經成為一門新的學科，研究的現象包括磁阻振蕩、量子霍爾效應、弱局域 與反弱局域效應、量子隧穿等。

目前這些研究大部分采用傳統的電學測試方法，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。光致發光是指物質在光的激勵下，電子從價帶躍遷至導帶并在價 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的 最低激發態(在本征半導體中即導帶底和價帶頂)，成為準平衡態；準平衡態 下的電子和空穴再通過復合發光，形成不同波長光的強度或能量分布的光譜 圖。在激發光能量不是非常大的情況下，光致發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、雜質以及材料的發光性能。光致發 光可以提供有關材料的結構、成分及環境原子排列的信息，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、選擇激發及 瞬態過程的領域，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。本發明充分利用目前光纖材料的發展優勢，將 光致發光測量引入到深低溫、高磁場的測量環境中，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。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于光纖的光致發光測量方法，并將其引入到了 深低溫、強磁場的測量環境中，為測量材料的結構、成分、環境原子排列的信 息以及半導體材料的少數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。

本發明的技術方案如下：

測試系統包括光纖激光器101、光纖組件A102、光纖I103、真空密封接 頭104、O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，基本結構見附圖1。真空 密封接頭104、O型圈105和螺母106具體結構及其與光纖I103、光纖II108 和磁輸運樣品室109的連接見附圖2。

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 I103連接；所述的光纖I103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B110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；真空密封接頭104為圓形，內有剝 去外皮僅留中心石英部分的光纖I103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；調整待測樣品107位置以及光纖I103、光纖II108 下端對準待測樣品107的角度，使得光纖I103發出的激光入射到待測樣品107 上，所激發的光致發光被光纖II108所接收；光纖組件B110兩端通過光纖接 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。

所述的光纖激光器101所激發的激光波長短于待測樣品107的被激發光的 波長。