光致发光谱
光致发光(PL)光谱583课件
真空泵
透镜
反射镜
滤光片
激光器
激光器电源
样品室
样品
透镜
狭缝
光电倍增管
单色仪
锁相放大器 计算机
制冷仪
图2 光致发光光谱测量装置示意图
光致发光(PL)光谱583
三、光致发光特点
1、光致发光的优点
• 光致发光分析方法的实验设备比较简单、 测量本身是非破坏性的，而且对样品的尺 寸、形状以及样品两个表面间的平行度都 没有特殊要求。
5、 GaAs材料补偿度的测定 补偿度NA/ND（ND，NA分别为施主、受主杂质浓度）
是表征材料纯度的重要特征参数。
6、少数载流子寿命的测定
光致发光(PL)光谱583
7、均匀性的研究 测量方法是用一个激光微探针扫描样品，根据样
品的某一个特征发光带的强度变化，直接显示样品的 不均匀图像。 8、位错等缺陷的研究
光致发光（PL）光谱
光致发光(PL)光谱583
一、光致发光基本原理
• 1. 定义：所谓光致发(Photoluminescence)指的是以光 作为激励手段，激发材料中的电子从而实现发 光的过程。它是光生额外载流子对的复合过程 中伴随发生的现象
光致发光(PL)光谱583
2. 基本原理：由于半导体材料对能量高于其吸收限的光 子有很强的吸收，吸收系数通常超过104cm-1，因此在 材料表面约1μm厚的表层内，由本征吸收产生了大量的 额外电子-空穴对，使样品处于非平衡态。这些额外载 流子对一边向体内扩散，一边通过各种可能的复合机构 复合。其中，有的复合过程只发射声子，有的复合过程 只发射光子或既发射光子也发射声子
光致发光(PL)光谱583
在上述辐射复合机构中，前两种属于本 征机构，后面几种则属于非本征机构。由此 可见，半导体的光致发光过程蕴含着材料结 构与组份的丰富信息，是多种复杂物理过程 的综合反映，因而利用光致发光光谱可以获 得被研究材料的多种本质信息。
光致发光强度光谱 对苯二甲酸溶液
光致发光强度光谱（photoluminescence intensity spectrum）是一种对材料进行光致发光特性研究的重要手段。
对苯二甲酸溶液（tPA）作为一种重要的有机材料，在光致发光强度光谱的研究中也有着重要的应用。
本文将从简介、原理、实验方法和结果分析几个方面来探讨光致发光强度光谱对苯二甲酸溶液的研究。
1. 光致发光强度光谱简介光致发光强度光谱是指在材料被光激发后，材料所发出的光的强度与波长之间的关系。
它是研究材料的能带结构、载流子的性质、电子态密度等方面的重要手段。
对苯二甲酸溶液作为一种具有荧光性质的有机材料，通过光致发光强度光谱的研究，可以了解材料的激子特性、非辐射复合过程等重要信息。
2. 原理在进行光致发光强度光谱研究时，首先需要用一定波长的激发光来激发材料，然后测量材料发出的荧光光谱强度，并与激发光谱进行比较。
通过对荧光光谱的分析，可以得到材料在激发光作用下的发射光特性，从而了解材料的能带结构、载流子的性质等重要信息。
3. 实验方法在对苯二甲酸溶液的光致发光强度光谱研究中，首先需要选择合适的激发光源和检测系统，以确保能够准确地测量材料的光致发光强度光谱。
通过改变激发光的波长和强度，可以得到材料在不同激发条件下的光致发光强度光谱。
通过对得到的光谱数据进行分析，可以得到材料的光致发光特性参数，如发射峰位置、峰宽、荧光寿命等。
4. 结果分析通过实验得到的光致发光强度光谱数据，我们可以看到在对苯二甲酸溶液中，随着激发波长的变化，荧光发射峰位置也会发生变化。
这说明对苯二甲酸溶液的激子特性和荧光发射特性与激发光波长密切相关。
还可以通过对光谱数据进行拟合和分析得到材料的光致发光寿命等重要参数。
5. 个人观点和理解通过对对苯二甲酸溶液光致发光强度光谱的研究，我们可以深入了解材料的荧光特性和激子特性，这对于材料的应用和性能优化具有重要的意义。
光致发光强度光谱作为一种无损的表征手段，能够为材料的光学性质研究提供重要信息，对于开发新型荧光材料和光电器件具有重要的指导意义。
光致发光光谱 77k 磷光
光致发光光谱 77k 磷光
光致发光光谱（Photoluminescence Spectrum）是一种通过外界光源激发样品并测量其发出的荧光来研究材料属性和结构的实验技术。
光致发光光谱可以提供关于材料的能带结构、能态密度、激子、杂质等信息。
77K是光致发光光谱常用的实验温度，通常在液氮温度下进行实验，以降低杂质激发和热激发的干扰，使得样品能够更好地呈现出光致发光特性。
磷光（Phosphorescence）是一种发光现象，它与光激发后的长寿命能级有关。
相比之下，荧光（Fluorescence）是一种发光现象，它与光激发后的短寿命能级有关。
在光致发光光谱中，由于涉及到能带、能态等信息的研究，往往更多地关注荧光现象。
因此，光致发光光谱 77K 磷光可能指的是在液氮温度下进行的光致发光光谱实验，并关注材料的荧光特性。
这种实验可以提供关于材料能带、激子等性质的信息。
光致发光的光谱
620.3
600
CaS:Eu,Sm的激发光谱和荧光发射光谱波长比较
七、斯托克斯定律和反斯托克斯发光
E13 E12 E11
上发光中心的能级结构示意图
E03 E02 E01
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七、斯托克斯定律和反斯托克斯发光
发光光子的能量就有可能大于激发光子的能量。这种 发光称为反斯托克斯发光，它在实际上是存在的。但是它 的强度很低，常常被看作是一种例外情况，没有实用价值。
5
2 发光和猝灭
并不是激发能量全部都要经过传输，能量传输也不会 无限的延续下去。激发的离子处于高能态，它们就不是稳 定的，随时有可能回到基态。在回到基态的过程中，如果 发射出光子，这就是发光。这个过程就叫做发光跃迁或辐 射跃迁。如果离子在回到基态时不发射光子，而将激发能 散发为热（晶格振动），这就称为无辐射跃迁或猝灭。
发光材料吸收了激发光 ，就会在内部发生能量状态的 转变：有些离子被激发到较高的能量状态，或者晶体内产生 了电子和空穴等。而电子和空穴一旦产生，它们的运动也伴 随着能量的传输和激发态的转移。这样，激发状态也就不会 局限在一个地方，而将发生转移。即使只是离子被激发，不 产生自由电子，处于激发态的离子也可以和附近的离子相互 作用而将激发能量传出去。这就是说，原来被激发的离子回 到基态，而附近的离子则转到激发态。这样的过程可以一个 接一个地继续下去，形成激发能量的传输。
光致发光光谱
1 光致发光发光光谱
2 光致发光光谱的产生机理
3
斯托克斯发光和反斯托克斯 发光
一 光致发光发光光谱（也称发射光谱）
我们知道，光致发光是发光材料吸收光子（或电 磁波）后重新辐射出光（或电磁波）的过程。
1 光致发光发光光谱简介
发光材料的发射光谱，指的是发出光的能量按波长 或频率的分布，许多发光材料的发射光谱是连续的宽带 谱。
半导体材料瞬态成像方法
半导体材料瞬态成像方法
半导体材料瞬态成像的方法主要包括光致发光光谱（PL）、光致发光显微镜（PLM）、时间分辨光致发光光谱（TRPL）和瞬态吸收光谱（TA）等。
这些方法可以用于研究半导体材料的瞬态行为，如载流子的扩散、复合、注入和输运等。
光致发光光谱（PL）是一种常用的半导体材料表征技术，通过测量材料在光激发下发出的荧光光谱，可以获得材料的能级结构和载流子信息。
光致发光显微镜（PLM）则可以将光学图像与光致发光光谱相结合，以获得材料中不同能级结构和载流子分布的信息。
时间分辨光致发光光谱（TRPL）可以进一步研究瞬态行为，通过测量荧光寿命或荧光衰减时间，可以得到载流子的扩散和复合等信息。
瞬态吸收光谱（TA）是一种更先进的表征技术，通过测量材料在光脉冲激发下的瞬态吸收变化，可以获得载流子的动态行为和材料的光学响应。
这些方法都是基于光学的原理，利用不同的技术和参数来研究半导体材料的瞬态行为。
在实际应用中，需要根据具体的研究目标和材料性质选择合适的方法。
光致发光(PL)光谱
e-D+
e-h e-h
e-A
声子参加
D-h
D-A
(a)
(b)
(c)
图1 半导体中多种复合过程示意图（a）带间跃迁（b）带－ 杂质中心辐射复合跃迁（c）施主－受主对辐射复合跃迁
在这个过程中，有六种不同旳复合机构会发射光 子，它们是： （1）自由载流子复合 —— 导带底电子与价带顶空穴 旳复合； （2）自由激子复合 —— 晶体中原子旳中性激发态被 称为激子，激子复合也就是原子从中性激发态向基态 旳跃迁，而自由激子指旳是能够在晶体中自由运动旳 激子，这种运动显然不传播电荷； （3）束缚激子复合 —— 指被施主、受主或其他陷阱 中心(带电旳或不带电旳)束缚住旳激子旳辐射复合，其 发光强度伴随杂质或缺陷中心旳增长而增长；
）是表征材料纯度旳主要特征参数。
6、少数载流子寿命旳测定
7、均匀性旳研究 测量措施是用一种激光微探针扫描样品，根据样
品旳某一种特征发光带旳强度变化，直接显示样品旳 不均匀图像。
8、位错等缺陷旳研究
图3 CZT晶体在4.2K下经典旳PL谱。该PL谱涉及四个区域： （1）近带边区；（2）施主－受主对（DAP）区；（3）受主 中心引起旳中心位于1.4eV旳缺陷发光带；（4）Te空位引起旳
2、光致发光旳缺陷
它旳原始数据与主要感爱好旳物理现象之 间离得比较远，以至于经常需要进行大量 旳分析，才干经过从样品外部观察到旳发 光来推出内部旳符合速率。
光致发光测量旳成果经常用于相正确比较， 所以只能用于定性旳研究方面。
测量中经常需要液氦低温条件也是一种苛 刻旳要求。
对于深陷阱一类不发光旳中心，发光措施 显然是无能为力旳。
（4）浅能级与本征带间旳载流子复合——即导 带电子经过浅施主能级与价带空穴旳复合，或价 带空穴经过浅受主能级与导带电子旳复合； （5）施主-受主对复合——专指被施主-受主杂质 对束缚着旳电子-空穴正确复合，因而亦称为施 主-受主对(D-A对)复合； （6）电子-空穴对经过深能级旳复合——即SHR 复合，指导带底电子和价带顶空穴经过深能级旳 复合，这种过程中旳辐射复合几率很小。
光致发光(PL)光谱课件
图2 光致发光光谱测量装置示意图
真空泵
透镜
反射镜
滤光片
激光器
激光器电源
样品室
样品
透镜
狭缝
单色仪
光电倍增管
锁相放大器 计算机
制冷仪
三、光致发光特点
光致发光分析方法 的实验设备比较简 单、测量本身是非 破坏性的，而且对 样品的尺寸、形状 以及样品两个表面 间的平行度都没有
特殊要求。
1、光致 发光的优
在上述辐射复合机构中，前两种属于本征 机构，后面几种则属于非本征机构。由此 可见，半导体的光致发光过程蕴含着材料 结构与组份的丰富信息，是多种复杂物理 过程的综合反映，因而利用光致发光光谱 可以获得被研究材料的多种本质信息。
仪器及测试
测量半导体材料的光致发 光光谱的基本方法是，用 激发光源产生能量大于被 测材料的禁带宽度Eg、且 电流密度足够高的光子流 去入射被测样品，同时用 光探测器接受并的近带边区
该PL谱的主峰为中性施主的束缚激子峰（D0, X）。而CdTe 和Cd0.96Zn0.04Te在该区域内的主发光峰则通常为受主－ 束缚激子峰（A0,X）。在Cd0.9Zn0.1Te晶体的近带边区的 PL谱除此之外，还可以看到基态自由激子峰（X1）、上偏振 带峰（Xup）以及第一激发态自由激子峰（X2）。对于质量 较差的CZT晶体，无法看到其自由激子峰（X1）和一次激发 态自由激子峰（X2）。低温PL谱可以用来比较全面的评价 CZT晶体的质量，并由此来推断晶体的探测性能。
三．硅中浅杂质的浓度测定
4、辐射效率的比较 半导体发光和激光器件要求材料具有良好的发光性能，
发光测量正是直接反映了材料的发光特性。通过光致发光光 谱的测定不仅可以求得各个发光带的强度，而且也可以的到 积分的辐射强度。在相同的测量条件下，不同的样品间可以 求得相对的辐射效率。
光致发光荧光光谱测试
光致发光荧光光谱测试
光致发光荧光光谱测试是一种常见的物质分析方法，可以用于材料表面性质、结构以及电子能级等方面的研究。
该测试方法通过激发样品表面或体积内的电子，使其跃迁到高能级，然后返回基态时会发射出光子，从而产生荧光或发光信号。
这些信号可以通过光谱仪等设备测量和记录，进而分析样品的性质和结构。
光致发光荧光光谱测试广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域，并在新材料研究、药物开发等方面发挥了重要作用。
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光致发光光谱仪介绍
光致发光光谱仪介绍光致发光谱仪主要由激光光源、样品室、发射光谱仪、探测器、数据采集器及数据处理系统和软件等六部分组成。
可用于测量直接带隙且禁带宽度小于3.82eV（1241/325）的材料的光致发光谱。
只要应用于组分测定、杂质识别、杂质浓度测定、变温Pl可以测试材料/器件的发光效率、半导体材料的少数载流子寿命和位错等缺陷的相关作用研究功能：优异的成像性能：采用超环面反射镜纠正散光；通过非对称式光路设计和的光栅在轴扫描设计减少慧差和其他相差；聚焦镜比准直镜更大，使得整个平场范围无暗角（在焦平面边缘无光通量损失）。
消除二次衍射光：经计算机模拟优化的非对称式光路设计，能精确优化定位光学元器件的位置，从而达到消除二次衍射光的目的。
光栅的在轴扫描技术：能够使信号光一直保持在光栅正中心的表面，提高光栅的分光效率与准确性，保证高光通量与光谱稳定性。
灵活&易于使用：光谱仪出入口的可选择性，各种类型的光栅，全系列的附件及相关软件，使得客户能够定制化iHR光谱仪去实现任何一个实验需求。
稳定性：为光谱测量提供了一个长期稳定的平台。
采用高质量的材料和一体化铸造的结构。
驱动部分经过检测和复检以确保该系统符合我们的重复性和精度要求。
与CCD探测器结合：凭借光谱仪的出众品质，结合CCD探测器的制造技术，优化了CCD和光谱仪的设计。
拥有全系列的大型小型CCD芯片可以与光谱仪匹配。
探测器拥有开放电极、背照射、深耗尽及正入射等探测器，均带有TE制冷或液氮制冷功能。
光致发光光谱，简称PL谱，指物质在光的激励下，电子从价带跃迁至导带并在价带留下空穴；电子和空穴在各自的导带和价带中通过弛豫达到各自未被占据的最低激发态（在本征半导体中即导带底和价带顶），成为准平衡态；准平衡态下的电子和空穴再通过复合发光，形成不同波长光的强度或能量分布的光谱图。
光致发光过程包括荧光发光和磷光发光。
光致发光和电致发光谱概述
斯托克斯定律（Stoke’s law）
发光材料的发射光波长一般总是大于激发光波长，这称为 斯托克斯定律，激发光波长（或能量）与发射光波长（或能量） 之差称为斯托克斯位移，或者说发光的光子能量通常要小于激 发光子的能量。
即材料吸收高能量的短波辐射，而发射出低能量的长波辐射。
反斯托克斯效应（Anti-stoke’s effect）
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按照弗兰克－康登原理：
光学吸收跃迁是垂直的。原因是当 发光中心吸收了发光能时，系统的能量 将由基态竖直的跃迁到激发态。从基态 向激发态的跃迁是电子的，而水平位移 是核的，距离只是核间距，电子的激发 时间很短，电子的运动比核快很多，激 发结束的瞬间系统的位形没能来得及发 生变化。所以电子跃迁可以很好地近似 看作在静态环境内进行。
用于波长低于450nm的情形，汞灯和氙灯是常用的两种具有线状 谱的光源，汞灯有高压的和低压的，低压汞灯线状谱较锐，高压 汞灯工作在高温高压下，原子谱线展的较宽。但作为紫外光源， 二者共同的缺点是在可见光区和红外光区有较大的输出，另一种 常见的紫外光源是氘灯，虽然它的光强度较低，但具有很好的紫 外连续谱，且可见光成分很少。
耦合：电子与晶格振动相互作用。 △R反映了这种耦合的强度。
在较高温度下，起始状态也可能是 v＞0的能级，这样会使吸收带更宽。
位形坐标与对应的吸收谱
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基质晶格吸收
除了发光中心吸收外界能量，基质晶格也会吸收能量，通 过两种方式：
1、产生自由电子和空穴；光跃迁属于电荷跃迁类型。 2、产生电子-空穴对（激子）。 前者需要的能量超过材料的带隙；后者可以略小于带隙。
然而，如果△ R≠0，则v＝o与几个v’＞ o能级间有最大的振动重叠，就可以观察到 宽带吸收。吸收带越宽，则△ R值越大。吸 收谱的宽度可以表征激发态和基态之间的△ R值的大小。
光致发光光谱
光致发光光谱光致发光光谱，又称发光荧光现象，是指某些物质在受到特定范围的电磁辐射，特别是紫外光的照射感应后，产生幅度很大的光谱，叫做发光荧光光谱。
它是一种较新的光谱学，是一种主要应用于分子尺度上的光谱技术，是由发射光谱和吸收光谱组成。
发射光谱是物质在受到特定范围的电磁辐射照射后，将其能量发射出去，产生的一组突出的发光信号，而吸收光谱则是在物质受到辐射的照射后，将辐射能量转换成其他能量，如热量、振动、化学反应等，给出的吸收现象。
光致发光光谱分为线谱和频谱，其中线谱是指受到电磁辐射照射后物质可能出现的光谱线；而频谱则是受照射后物质可能出现的频率。
由于受到辐射照射，物质中的分子会发生跃迁，能量会从低能量态跃迁至高能量态，每一次跃迁都会带来一个特定的光谱线或信号，而且每一条光谱线或信号的频率多采用“h（6.556×10的-27）v”的公式来表示。
光致发光光谱具有很多优点，主要有：1、它可以用来研究物质的结构和性质，可以更加准确地了解物质组成段落；2、它可以用来检测物质中含量较小的元素，可以达到检测纳米量的精度；3、它可以有效地检测气体，可以检测混合气体中的组成及比例；4、它还可以有效地检测生物分子中的结构，这项技术在很多应用场合（如医药、材料等）具有重要的意义；5、光致发光光谱的检测过程不损伤样品，同时它可以很快地给出结果。
光致发光光谱已在化学、材料学、生物医学和环境科学中得到广泛应用。
在化学领域，光致发光光谱用于研究物质的组成结构，可以检测各种元素及其分子结构。
在材料学方面，光致发光光谱主要用于对聚合物和其他有机材料的结构组成，以及聚合物材料的性质，如热稳定性和表面电性等的研究。
在生物医学领域，光致发光光谱可以用来检测生物体内的各种分子，如蛋白质、糖蛋白、基因表达谱等。
此外，光致发光光谱也可以用于环境科学研究，它可以用来检测空气中的污染物，如硫化物和氨气等，从而为环境保护贡献力量。
从上面可以看出，光致发光光谱具有许多优点和广泛的应用，它不仅可以用于科学研究，也可以用于工程实践和环境检测等领域。
光致发光光谱
光致发光光谱光致发光光谱（Photoluminescence，简称PL）是指物质在有一定波长激发光照射下，发出更长波长的发光，从而把激发光和发光光结合起来，形成一种特殊的光谱现象。
这种光谱现象不仅可以揭示物质内部电子跃迁过程，而且还可用来探测物质表层的结构特性，为物质结构分析提供重要的技术条件。
1.致发光光学原理光致发光是一种物理现象，它的形成促使数个电子从它们的能级转变到另一个能级，在此过程中，释放出辐射，这种辐射就是光致发光光谱。
首先，激发光照射到物质表面，产生电子从低能级转移到一个更高的能级，即称为有效光激发。
而这些激发后的电子只能在这个能级停留一段很短的时间，然后又返回到原来的能级，并释放出光子，即为发光回复过程。
这些发出的光子就是光致发光光谱。
2.致发光光谱的应用光致发光光谱具有无损检测的优点，已经在材料结构分析、化学鉴定、有毒和有害气体检测、农业生态等领域发挥着重要作用。
此外，光致发光光谱也可作为非线性光学分析的基础，在非线性增强型激光膜、生物分子识别、荧光对明仪器等研究中也发挥着重要作用。
3.致发光光谱分析技术光致发光分析仪（PL）是一种用于光致发光光谱分析的仪器，它能够实现多种物质表层的结构特性的探测，也能够反映物质内部电子跃迁的过程。
其中，有时间解析光致发光（Time-Resolved PL）和实时光致发光（Real-Time PL）两种分析技术。
时间解析光致发光可以提供物质内部电子跃迁的过程的完整情况，如电子的促迁时间、电子与激发光的相互作用等；实时光致发光则能够更快速、更准确地探测物质表层的结构特性，如晶体结构变化、微结构变化、电子结构变化等。
结尾光致发光光谱是一种特殊的光谱现象，它可以揭示物质内部电子跃迁过程，也可以用来探测物质表层的结构特性。
它已经发挥着重要的作用，在材料结构分析、化学鉴定、有毒和有害气体检测、农业生态等领域。
并且，光致发光分析仪（PL）也可以作为非线性光学分析的基础，运用时间解析PL和实时PL来探测物质内部电子跃迁的过程及表层结构特性。
光致发光(PL)光谱解读
在上述辐射复合机构中，前两种属于本
征机构，后面几种则属于非本征机构。由此
可见，半导体的光致发光过程蕴含着材料结
构与组份的丰富信息，是多种复杂物理过程
的综合反映，因而利用光致发光光谱可以获
பைடு நூலகம்
得被研究材料的多种本质信息。
二、仪器及测试
测量半导体材料的光致发光光谱的基本 方法是，用激发光源产生能量大于被测材料
2、杂质识别 根据特征发光谱线的位置，可以识别GaAs和GaP 中的微量杂质。
3、硅中浅杂质的浓度测定
4、辐射效率的比较 半导体发光和激光器件要求材料具有良好的发光性 能，发光测量正是直接反映了材料的发光特性。通过 光致发光光谱的测定不仅可以求得各个发光带的强度 ，而且也可以的到积分的辐射强度。在相同的测量条 件下，不同的样品间可以求得相对的辐射效率。 5、 GaAs材料补偿度的测定 补偿度NA/ND（ND，NA分别为施主、受主杂质浓度 ）是表征材料纯度的重要特征参数。 6、少数载流子寿命的测定
光致发光（PL）光谱
一、光致发光基本原理
1. 定义：所谓光致发(Photoluminescence)指的是以光 作为激励手段，激发材料中的电子从而实现发 光的过程。它是光生额外载流子对的复合过程 中伴随发生的现象
2. 基本原理：由于半导体材料对能量高于其吸收限的 光子有很强的吸收，吸收系数通常超过104cm-1，因此在 材料表面约1μm厚的表层内，由本征吸收产生了大量的 额外电子-空穴对，使样品处于非平衡态。这些额外载 流子对一边向体内扩散，一边通过各种可能的复合机构 复合。其中，有的复合过程只发射声子，有的复合过程 只发射光子或既发射光子也发射声子
7、均匀性的研究 测量方法是用一个激光微探针扫描样品，根据样 品的某一个特征发光带的强度变化，直接显示样品的 不均匀图像。
第三代半导体的光致发光光谱测量
第三代半导体的光致发光光谱测量在当今科技迅猛发展的世界中，半导体技术一直处于飞速的进步和突破之中。
尤其是第三代半导体，作为半导体领域的新生力量，其在光电子学、光通信、能源领域等方面展现出了巨大的应用前景。
其中，光致发光光谱测量作为第三代半导体研究和应用中的重要手段之一，对于研究半导体材料的发光特性、电子结构等方面起着重要作用。
本文将就第三代半导体的光致发光光谱测量进行探究和分析，以期为读者提供全面、深入的了解和认识。
一、光致发光光谱测量的基本原理1. 光致发光光谱测量是通过外加光激发样品，使其处于激子态或电子激发态，然后测量样品在激发态返回基态时所发射出的光子能量和强度，从而获得样品的光致发光光谱信息。
2. 光致发光光谱测量主要包括时间分辨光致发光谱和能量分辨光致发光谱两种类型，通过这两种测量手段可以获得不同的半导体材料的发光特性和结构信息。
3. 光致发光光谱测量常用的激光器包括脉冲激光器和连续激光器，这些激光器的选择和调节对于光致发光光谱测量的准确性和可靠性具有重要影响。
二、第三代半导体在光致发光光谱测量中的应用1. 第三代半导体材料如氮化镓、碳化硅等具有直接能隙结构，因此在光致发光光谱测量中表现出良好的发光性能和宽广的光谱范围。
2. 通过光致发光光谱测量可以研究第三代半导体材料的能带结构、电子态密度、载流子寿命等重要参数，为其在光电子学和光学器件中的应用提供重要参考。
3. 第三代半导体材料的光致发光光谱测量也为其在发光器件、光伏器件、激光器件等方面的研究和开发提供了有力的手段和支撑。
三、个人观点与总结光致发光光谱测量作为研究半导体材料发光特性和电子结构的重要手段，在第三代半导体领域具有重要的应用和意义。
通过光致发光光谱测量可以深入了解半导体材料的发光机制、载流子动力学、材料缺陷等重要信息，为新型半导体材料的研究、开发和应用提供了重要的支撑。
随着第三代半导体领域的不断进步和发展，光致发光光谱测量将在更多的领域发挥出重要作用，为半导体技术的发展做出更大的贡献。
光致发光光谱 77k 磷光
光致发光光谱 77k 磷光光致发光是一种光谱分析技术，通过激发样品材料产生的荧光或磷光来研究材料的性质。
这种技术在化学、材料科学、生物学等领域都有广泛的应用。
我们首先来了解一下光致发光光谱的原理。
光致发光光谱是利用物质在吸收能量后能够发出荧光或磷光的特性进行分析的方法。
在光致发光过程中，样品被照射的激发光能量被吸收后，电子从低能级跃迁到高能级，形成激发态。
随后，由于电子能级不稳定，电子又会回到基态，发出能量等于激发光能量差的光子，即磷光。
这种从激发态回到基态的过程称为发射。
光致发光光谱的分析中，有两种常见的方法：激发光源的连续扫描和激发波长的固定。
在连续扫描的方法中，激发光源的波长会在一定范围内连续变化，可以获得整个激发光谱的信息。
而在激发波长固定的方法中，激发光源的波长在一定时间内保持不变，通过收集样品发出的磷光信号，可以研究其发射光谱的特征。
光致发光光谱的应用非常广泛，下面我们以77K磷光为例来介绍一些典型的应用。
首先，光致发光光谱在材料科学和物理学中的应用非常重要。
通过研究材料的光致发光光谱，我们可以了解材料的电子结构及其能带结构。
例如，铁电材料中的光致发光光谱可以提供关于电子能级的信息，通过分析这些信息，可以更好地理解铁电材料的性质以及优化其性能。
此外，光致发光光谱还可以用于研究材料的能量传输、缺陷态以及材料电子-声子相互作用等方面的问题。
其次，光致发光光谱在生物学和药学领域也有广泛的应用。
一些药物、生物荧光标记物和生物大分子（如DNA、蛋白质等）可以通过光致发光技术来检测和分析。
以荧光标记物为例，通过与样品中的特定分子结合，荧光标记物可以发出特定的磷光信号。
通过测量这些信号的强度和峰位，我们可以在样品中定量分析目标分子的含量，从而在分子生物学研究中起到至关重要的作用。
此外，光致发光光谱还常被用于环境科学和地质学中的样品分析和监测。
例如，在环境污染监测中，通过分析样品中的磷光信息，可以检测到特定的化学物质或有害物质的存在，并评估其浓度。
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光致发光光谱技术的认识、应用及改进
孙奇 2014物理学
2015、4、21
1、光致发光光谱技术的背景介绍
在我们周围,光致发光就是一种很普遍的现象。
常用的日光灯就属于光致发光的一种,它就是利用汞蒸气放电产生的紫外光激发涂覆在灯管壁上的发光物质而发出可见光的。
简单地说,光致发光(PL)就是发光材料吸收光子(或电磁波)后,重新辐射发出光(或电磁波)的过程。
这种过程与材料的结构、成分及原子排列等密切相关。
•紫外光、可见光甚至红外辐射都可以作为激发光,引起光致发光。
•所发出的光,根据弛豫时间的不同,可分为荧光、磷光与上转换发光。
从分子电子结构上解释,荧光就是电子从单线态第一激发态返回到基态时释放的光,具有很短的发光寿命(约1~100 ns),而磷光就是电子从三线态第一激发态返回基态时释放的光,具有较长的发光寿命(约0、1~1000ms)。
当系间窜越的速率小于荧光跃迁速率时,激发态全部以荧光形式辐射回到基态,因而只有在低温条件下,才可以检测到磷光发光。
本文中如未特别指出,所介绍的光致发光都属于荧光发光。
图1、光致发光过程中的光子吸收与能量转移过程。
在实验测试中,荧光发光光谱包括激发谱与发射谱两种。
激发谱就是使用不同波长激发光测试发光材料在某一波长处荧光强度的变化情况,即不同波长激发光的相对效率;发射谱则就是在某一固定波长激发光作用下的荧光强度在不同波长处的分布情况,即荧光中不同波长的光成分的相对强度。
一般情况下,光致发光光子的能
量小于激发光子的能量(斯托克斯位移),在特定条件下发射光子的能量也可以超过激发光子的能量(反斯托克斯位移)。
由于光致发光(荧光或磷光)的特点就是宽激发窄发射,所以测试时,需要选取一个能反映出所测材料发光效率的激发光波长。
激发光波长的选择一般没有定论,简单而常用的方法有两种:1)激发谱:将荧光发光峰波长固定为发射波长(EM),然后做激发波长(EM)扫描,激发波长范围要小于发射波长。
一般选取激发谱最高峰位置对应的波长作为激发光波长。
2)紫外-可见光吸收测试:一般以最大吸收波长或等吸收点处的波长作为激发波长。
发光材料的发射光谱,通常就是连续的宽带谱,光谱的形状可以用高斯函数来表示,即:
其中,ν就是频率,Eν就是在频率ν附近的发光能量密度,Eν0就是在峰值频率ν0时的相对能量,a就是正的常数。
光致发光光谱技术就是研究固体或液体中电子过程的重要手段。
根据发光峰的位置。
可以研究材料的带隙、缺陷、以及量子效应影响等特征。
例如,在当前的研究热点中,量子点发光技术就是一项具有很重要应用价值的课题,利用光致发光光谱技术,人们发现量子点的发光波长会随着其尺寸的变化而改变。
根据发光峰的强度,可以研究材料的荧光量子产率、缺陷数量等性能。
例如,在有机电致发光器件(OLED)的研究中,人们为了获得高效率OLED,通常需要使用光致发光光谱技术表征材料的荧光量子产率。
2、光致发光光谱检测数据实例
在实验中,我们需要测试三种材料的PL光谱,但就是在测试之前不知道这三种材料的发光峰位置,所以不能采用激发谱的方法来确定激发光波长。
因而,我们首先测试了这三种材料在薄膜状态下的紫外-可见光吸收光谱。
图1、 M1、M2与M3三种材料的紫外-可见光吸收光谱图。
从紫外-可见光吸收光谱中,可以瞧出这三种材料在紫外光区都有两个吸收峰,分别在280 nm与350 nm附近。
图2、实验中所用到的荧光光谱仪。
接着,我们使用这两种波长的激发光,在FluroMax-4荧光光谱仪上测试了材料M1的PL光谱。
图3、 M1材料在280 nm与350 nm激发光作用下的PL光谱图。
从PL光谱可以瞧出,使用350 nm的激发光测试时,能够获得强度更高的PL光谱,表明350 nm就是更适合的激发光波长。
从归一化PL光谱中,我们还发现激发光波长的不同,并不会对PL光谱的形状与峰位产生很大影响。
图4、 M1、M2与M3材料在350 nm激发光作用下的PL光谱图。
最后,我们使用350 nm的激发光测试了上述三种材料的PL光谱。
发现M1与M2的最大发光峰在470 nm左右,而M3的最大发光峰在510 nm左右。
这个结果与材料的分子结构相一致。
M1与M2具有相似的结构,因它们的发光峰也相似。
M3比M1与M2具有更小的共轭度,能级带隙更大,因而它的发光峰位发生了红移。
3、光致发光光谱技术的改进建议
在选定激发光波长(λex)进行发射谱测试时,发射光谱的扫描范围通常设定在(λex+10)nm ~ (2×λex-10) nm之间,以避免采集到激发光及其二次衍射峰(即倍频峰)。
但就是,有时倍频峰的位置刚好处在所测的材料的发光波长范围内,这样就不能得到完整的发光光谱数据。
例如,当使用320 nm的激发光时,发生光谱的扫描范围可设置为330 nm~630 nm,如果该材料可以发深红光或者双光子发光,那么对于630 nm以上这部分想要的结果,就不能全部得到。
对此测试问题,拟用的改进建议就是,在发射光采集过程中,施加一个滤光片,该滤光片具有波长调节的滤光功能。
由于倍频峰非常窄,滤光片的使用并不会对该段发射光谱产生太大影响,因而该建议具有一定的可行性。
4、光致发光光谱技术的发展趋势
光致发光光谱技术就是目前应用最普遍的一种测试手段,经历多年的发展与改进,也成为一种非常稳定与成熟的测试方法。
但随着人们科学研究的不断深入与研究领域的不断拓宽,光致发光光谱技术会更有应用价值,并朝着操作方法更加方便与灵敏度不断提高的方向发展。
•就光致发光测试的设备而言,激发光源在其中扮演着重要角色,当使用不当时,会严重缩短其使用寿命。
同时我们也发现,在有些测试中,只需要简单的紫外线光源即可对材料进行表征,而并不需要在一台设计复杂、功能强大的荧光
光谱仪上完成。
因而,未来荧光光谱仪的发展会趋于“两极分化”的方向发展,即功能简单、价格低廉的小型光谱仪与功能强大、价格昂贵的大型光谱仪。
尤其就是小型光谱仪的出现,会给研究者们带来很大的测试便利。
•另一方面,近年超快荧光光谱技术与同步辐射技术的出现,让人们发现了材料中原本不为人知的更多特性。
因而这两种技术,将在未来光致发光光谱的研究中给人们带来更多信息,并发挥更加重要的作用。