光致发光(PL)光谱课件
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光致发光(PL)光谱583课件
光致发光(PL)光谱583
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。
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。
单壁碳纳米管的pl谱
单壁碳纳米管的pl谱
单壁碳纳米管的PL谱（光致发光谱）是一种测量单壁碳纳米管光学特性的重要手段。
通过测量单壁碳纳米管的光致发光光谱，可以了解其电子结构和光学性质，进一步研究其物理和化学性质。
光致发光谱是一种光谱学技术，通过测量单壁碳纳米管在特定波长光的照射下发射出的光的强度和波长，可以得到其光致发光光谱。
通过分析光致发光光谱的形状、峰值位置和强度等信息，可以推断出单壁碳纳米管的电子结构和能级结构等重要信息。
单壁碳纳米管的光致发光谱具有多种不同的特征，包括不同的发光峰位、发光峰的形状和强度等。
这些特征与单壁碳纳米管的直径、手性、缺陷和掺杂等性质密切相关。
因此，通过测量单壁碳纳米管的光致发光谱，可以深入了解其基本性质和物理化学特性，进一步推动其在光电器件、传感器和生物医学等领域的应用。
PL谱简介ppt课件
The perovskite PL quantum yield of the MAPbI3-0.2prefilm is largely reduced compared to that of theMAPbI3-0prefilm, demonstrating an enhanced charge carrier extraction and reduced recombination. The thickness reduction of perovskite film and lower amount of residual PbI2 before mentioned may lead to the decreased intensity of PL spectra.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结论：PL谱可以表征位于介孔层内钙钛矿层的载流子复合以及氧化钛对不同钙钛矿 层中载流子的提取能力。通过PL强度反应出来。
Jiang
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Conclusion：First, it is used as a hole acceptor. Second, it works as a conductive electrode to transport holes to the external circuit.
结论：photoluminescence (PL) quenching 可以表征 碳层对钙钛矿层中电荷的提取，通过PL强度反应出 来。
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Contents
实例1：低温碳层做电极的PL谱
目的：为了检测碳层在电池中是否能收集空穴
photoluminescence (PL) quenching
Although the sample of glass/ CH3NH3PbI3 /C has stronger absorption from 600 to 800nm than that of glass/ CH3NH3PbI3, a carbon electrode quenches the perovskite steady-state PL.
PL简介PPT课件
2
二、基本原理
半导体受入射光 激发以后，电子 由于吸收光子的 能量而处于激发 态，由于激发态 是不稳定的，会 最终回到较低的 能量状态，在此 过程中产生无辐 射的弛豫和辐射 复合发光现象。
内转换 振动弛豫内转换
S
系间窜
2
越
S1 能
T1 T2
量
吸 收
发
发
射 荧
外转换
射磷振动弛豫
光
光
S0
l1
l2 l2
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。
8
四、应用
光致发光光谱是一种探测材料电子结构的方法，它与材料无接触且不 损坏材料。光直接照射到材料上，被材料吸收并将多余能量传递给材 料，这个过程叫做光激发。这些多余的能量可以通过发光的形式消耗 掉。由于光激发而发光的过程叫做光致发光。光致发光的光谱结构和 光强是测量许多重要材料的直接手段。光激发导致材料内部的电子跃 迁到允许的激发态。当这些电子回到他们的热平衡态时，多余的能量 可以通过发光过程和非辐射过程释放。光致发光辐射光的能量是与两 个电子态间不同的能级差相联系的，这其中涉及到了激发态与平衡态 之间的跃迁。激发光的数量是与辐射过程的贡献相联系的。
2020/9/16
6
三、光谱仪基本构造
反射
真空泵
镜
透镜
斩波器
二、基本原理
半导体受入射光 激发以后，电子 由于吸收光子的 能量而处于激发 态，由于激发态 是不稳定的，会 最终回到较低的 能量状态，在此 过程中产生无辐 射的弛豫和辐射 复合发光现象。
内转换 振动弛豫内转换
S
系间窜
2
越
S1 能
T1 T2
量
吸 收
发
发
射 荧
外转换
射磷振动弛豫
光
光
S0
l1
l2 l2
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。
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四、应用
光致发光光谱是一种探测材料电子结构的方法，它与材料无接触且不 损坏材料。光直接照射到材料上，被材料吸收并将多余能量传递给材 料，这个过程叫做光激发。这些多余的能量可以通过发光的形式消耗 掉。由于光激发而发光的过程叫做光致发光。光致发光的光谱结构和 光强是测量许多重要材料的直接手段。光激发导致材料内部的电子跃 迁到允许的激发态。当这些电子回到他们的热平衡态时，多余的能量 可以通过发光过程和非辐射过程释放。光致发光辐射光的能量是与两 个电子态间不同的能级差相联系的，这其中涉及到了激发态与平衡态 之间的跃迁。激发光的数量是与辐射过程的贡献相联系的。
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三、光谱仪基本构造
反射
真空泵
镜
透镜
斩波器
最新光致发光(PL)光谱
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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。
）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
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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
光致发光测量的结果经常用于相对的比较， 因此只能用于定性的研究方面。
测量中深陷阱一类不发光的中心，发光方法 显然是无能为力的。 __________________________________________________
四、光致发光分析方法的应用
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
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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。
（4）浅能级与本征带间的载流子复合——即导 带电子通过浅施主能级与价带空穴的复合，或价 带空穴通过浅受主能级与导带电子的复合； （5）施主-受主对复合——专指被施主-受主杂质 对束缚着的电子-空穴对的复合，因而亦称为施 主-受主对(D-A对)复合； （6）电子-空穴对通过深能级的复合——即SHR 复合，指导带底电子和价带顶空穴通过深能级的 复合，这种过程中的辐射复合几率很小。
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。
）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
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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
光致发光测量的结果经常用于相对的比较， 因此只能用于定性的研究方面。
测量中深陷阱一类不发光的中心，发光方法 显然是无能为力的。 __________________________________________________
四、光致发光分析方法的应用
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
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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。
（4）浅能级与本征带间的载流子复合——即导 带电子通过浅施主能级与价带空穴的复合，或价 带空穴通过浅受主能级与导带电子的复合； （5）施主-受主对复合——专指被施主-受主杂质 对束缚着的电子-空穴对的复合，因而亦称为施 主-受主对(D-A对)复合； （6）电子-空穴对通过深能级的复合——即SHR 复合，指导带底电子和价带顶空穴通过深能级的 复合，这种过程中的辐射复合几率很小。
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
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样品室
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透镜
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单色仪
光电倍增管
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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(PL)光谱56099讲课教案
四、光致发光分析方法的应用
1、组分测定 例如，GaAs1-xPx是由直接带隙的GaAs和间接带
隙的GaP组成的混晶，它的带隙随x值而变化。发光 的峰值波长取决于禁带宽度，禁带宽度和x值有关。 因此，从发光峰峰值波长可以测定组分百分比x值。
2、杂质识别 根据特征发光谱线的位置，可以识别GaAs和GaP
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。
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 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识 别被测样品发射出来的光。
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
2、光致发光的缺点
它的原始数据与主要感兴趣的物理现象之 间离得比较远，以至于经常需要进行大量 的分析，才能通过从样品外部观测到的发 光来推出内部的符合速率。
光致发光测量的结果经常用于相对的比较， 因此只能用于定性的研究方面。
测量中经常需要液氦低温条件也是一种苛 刻的要求。
对于深陷阱一类不发光的中心，发光方法 显然是无能为力的。
（4）浅能级与本征带间的载流子复合——即导 带电子通过浅施主能级与价带空穴的复合，或价 带空穴通过浅受主能级与导带电子的复合； （5）施主-受主对复合——专指被施主-受主杂质 对束缚着的电子-空穴对的复合，因而亦称为施 主-受主对(D-A对)复合； （6）电子-空穴对通过深能级的复合——即SHR 复合，指导带底电子和价带顶空穴通过深能级的 复合，这种过程中的辐射复合几率很小。
《光致发光PL光谱》课件
PL光谱的测量方法
激发光源：激光、氙灯等 光谱仪：单色仪、光栅仪等 探测器：光电倍增管（PMT）、CCD摄像机等
PL光谱的应用领域
材料科学研究 凝聚态物理学 光电器件制造等
PL光谱的分析方法
表观荧光量子效率 峰值位置的判断 荧光寿测量等
结论
PL光谱是一种非常重要的材料分析手段，可以提供材料的光电特性信息。 测量PL光谱需要一定的仪器和技术支持，但在凝聚态物理学、材料科学等领 域具有广泛的应用前景。
《光致发光PL光谱》PPT 课件
光致发光PL光谱是一种重要的材料分析手段，通过分析光的激发和发射来了 解材料的光电特性。本课件将介绍PL光谱的定义、测量方法、应用领域以及 分析方法。
什么是光致发光PL光谱？
光致发光（PL）是光在材料中引起电子的激发，并发射出光子的现象。 PL光谱分析材料的光电性能的重要手段，可以了解材料的能带结构、激发程度、缺陷等信息。
光致发光和电致发光谱优质课件
前者需要的能量超过材料的带隙；后者可以略小于带隙。
ZnS型半导特体选课基件质吸收
21
2. 始于激发态的光辐射返回基态：发光
发光材料吸收激发能将发光中心带到激发态的高 振动能级。然后，中心首先回到激发态的最低振动能 级，将多余能量传给周围离子，也可以说原子核调整 到新的激发态位置，这样原子间距离等于激发态平衡 距离，位形坐标改变了△R，此过程称为弛豫。
可观测到发光，在这种情况下发射的光子能量分别为
hv1 E2 E1 hv2 E2 E0
E6 E5 E4 E3 E2
激发过程
非辐射衰 变过程
辐射衰变过程
E1
E0 特选课件
5
（1）发光中心
进行辐射跃迁过程的实体即是发光中心，它是发光体中被激 发的电子跃迁回基态(或与空穴复合)发射出光子的特定中心。
光辐射有平衡辐射和非平衡辐射两大类，即热辐射和发 光。任何物体只要具有一定的温度，则该物体必定具有与此 温度下处于热平衡状态的辐射(红光、红外辐射)。非平衡辐 射是指在某种外界作用的激发下，体系偏离原来的平衡态， 如果物体在回复到平衡态的过程中，其多余 的能量以光辐射的形式释放出来，则称为发 光。因此发光是一种叠加在热辐射背景上的 非平衡辐射，其持续时间要超过光的振动周 期。
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
特选课件
20
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）。
特选课件
12
ZnS型半导特体选课基件质吸收
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2. 始于激发态的光辐射返回基态：发光
发光材料吸收激发能将发光中心带到激发态的高 振动能级。然后，中心首先回到激发态的最低振动能 级，将多余能量传给周围离子，也可以说原子核调整 到新的激发态位置，这样原子间距离等于激发态平衡 距离，位形坐标改变了△R，此过程称为弛豫。
可观测到发光，在这种情况下发射的光子能量分别为
hv1 E2 E1 hv2 E2 E0
E6 E5 E4 E3 E2
激发过程
非辐射衰 变过程
辐射衰变过程
E1
E0 特选课件
5
（1）发光中心
进行辐射跃迁过程的实体即是发光中心，它是发光体中被激 发的电子跃迁回基态(或与空穴复合)发射出光子的特定中心。
光辐射有平衡辐射和非平衡辐射两大类，即热辐射和发 光。任何物体只要具有一定的温度，则该物体必定具有与此 温度下处于热平衡状态的辐射(红光、红外辐射)。非平衡辐 射是指在某种外界作用的激发下，体系偏离原来的平衡态， 如果物体在回复到平衡态的过程中，其多余 的能量以光辐射的形式释放出来，则称为发 光。因此发光是一种叠加在热辐射背景上的 非平衡辐射，其持续时间要超过光的振动周 期。
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
特选课件
20
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）。
特选课件
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光致发光和电致发光谱课件
电致发光的未来发展
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高效节能技术 随着环保意识的提高，电致发光技术将不断向高 效节能方向发展，降低能耗，提高发光效率。
多功能化 电致发光技术将不断拓展其应用领域，如开发具 有温度、湿度、压力等多功能的电致发光器件， 满足更复杂的应用需求。
柔性化与可穿戴化 结合柔性电子技术，实现电致发光器件的柔性化 和可穿戴化，使其能够应用于可穿戴设备、智能 家居等领域。
02
光致发光和电致发光的材料
光致发光材料
光致发光材料在受到光照后，能够将吸收的光能转换为荧 光或磷光并释放出来。
光致发光材料通常由无机晶体、玻璃、陶瓷或高分子聚合 物等组成，它们能够将吸收的光能转换为较低能量的光辐 射，如荧光或磷光。这种材料广泛应用于照明、显示、生 物成像和传感等领域。
电致发光材料
发展趋势
光致发光和电致发光的发展趋势也不同，光致发光将更加注重智能化控制和与其他技术的 结合，而电致发光则将更加注重节能环保和柔性化、可穿戴化的发展。
光致发光与电致发光的比较
光致发光和电致发光虽然都是发光现 象，但它们的激发机制、光谱特性和 应用场景有所不同。
VS
光致发光是由光子激发产生的，其光 谱特性与吸收的光线波长有关；而电 致发光是由电流作用产生的，光谱特 性可以通过调节电流和电压进行控制。 光致发光通常用于荧光标记、生物成 像等领域；而电致发光则广泛应用于 显示器和照明技术。
03
光致发光和电致发光的谱线特征
光致发光谱线特征
连续光谱
温度依赖性
光致发光过程中，发射光谱通常是连 续的，这是因为发光过程中涉及的能 级差较小，导致光谱分布广泛。
光致发光谱线的强度和宽度随温度变 化，温度越高，强度越低，谱线越宽。
光致发光光谱
体的质量，并由此来推断晶体的探测性能。
第十七页，共19页。
谢谢大家！
第十八页，共19页。
内容总结
光致发光光谱。光致发光光谱光致发光光谱。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。（3）束缚激子复合 —— 指被施主、受主或其
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
第二页，共19页。
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
第七页，共19页。
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识别被测 样品发射出来的光。
第八页，共19页。
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
第九页，共19页。
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。
第十七页，共19页。
谢谢大家！
第十八页，共19页。
内容总结
光致发光光谱。光致发光光谱光致发光光谱。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。（3）束缚激子复合 —— 指被施主、受主或其
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
第二页，共19页。
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
第七页，共19页。
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识别被测 样品发射出来的光。
第八页，共19页。
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
第九页，共19页。
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。
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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
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
（4）浅能级与本征带间的载流子复合——即导 带电子通过浅施主能级与价带空穴的复合，或价 带空穴通过浅受主能级与导带电子的复合； （5）施主-受主对复合——专指被施主-受主杂质 对束缚着的电子-空穴对的复合，因而亦称为施 主-受主对(D-A对)复合； （6）电子-空穴对通过深能级的复合——即SHR 复合，指导带底电子和价带顶空穴通过深能级的 复合，这种过程中的辐射复合几率很小。
• 测量中经常需要液氦低温条件也是一种苛 刻的要求。
• 对于深陷阱一类不发光的中心，发光方法 显然是无能为力的。
光致发光(PL)光谱
四、光致发光分析方法的应用
1、组分测定 例如，GaAs1-xPx是由直接带隙的GaAs和间接带
隙的GaP组成的混晶，它的带隙随x值而变化。发光 的峰值波长取决于禁带宽度，禁带宽度和x值有关。 因此，从发光峰峰值波长可以测定组分百分比x值。
光致发光(PL)光谱
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
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。
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
光致发光(PL)光谱
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(PL)光谱
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。
光致发光(PL)光谱
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(PL)光谱
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 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识 别被测样品发射出来的光。
• 它在探测的量子能量和样品空间大小上都 具有很高的分辨率，因此适合点
• 它的原始数据与主要感兴趣的物理现象之 间离得比较远，以至于经常需要进行大量 的分析，才能通过从样品外部观测到的发 光来推出内部的符合速率。
• 光致发光测量的结果经常用于相对的比较， 因此只能用于定性的研究方面。
光致发光（PL）光谱
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
光致发光(PL)光谱
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
光致发光(PL)光谱
e-h e-h
e-A
声子参与
e-D+
D-h
D-A
(a)
(b)
(c)
图1 半导体中各种复合过程示意图（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
光致发光(PL)光谱
在这个过程中，有六种不同的复合机构会发射光 子，它们是： （1）自由载流子复合 —— 导带底电子与价带顶空穴 的复合； （2）自由激子复合 —— 晶体中原子的中性激发态被 称为激子，激子复合也就是原子从中性激发态向基态 的跃迁，而自由激子指的是可以在晶体中自由运动的 激子，这种运动显然不传输电荷； （3）束缚激子复合 —— 指被施主、受主或其他陷阱 中心(带电的或不带电的)束缚住的激子的辐射复合，其 发光强度随着杂质或缺陷中心的增加而增加；
光致发光(PL)光谱
图3 CZT晶体在4.2K下典型的PL谱。该PL谱包括四个区域： （1）近带边区；（2）施主－受主对（DAP）区；（3）受主 中心引起的中心位于1.4eV的缺陷发光带；（4）Te空位引起的
中心位于1.1eV的发光峰带。
光致发光(PL)光谱
图4 高质量CZT晶体PL谱的近带边区
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
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
（4）浅能级与本征带间的载流子复合——即导 带电子通过浅施主能级与价带空穴的复合，或价 带空穴通过浅受主能级与导带电子的复合； （5）施主-受主对复合——专指被施主-受主杂质 对束缚着的电子-空穴对的复合，因而亦称为施 主-受主对(D-A对)复合； （6）电子-空穴对通过深能级的复合——即SHR 复合，指导带底电子和价带顶空穴通过深能级的 复合，这种过程中的辐射复合几率很小。
• 测量中经常需要液氦低温条件也是一种苛 刻的要求。
• 对于深陷阱一类不发光的中心，发光方法 显然是无能为力的。
光致发光(PL)光谱
四、光致发光分析方法的应用
1、组分测定 例如，GaAs1-xPx是由直接带隙的GaAs和间接带
隙的GaP组成的混晶，它的带隙随x值而变化。发光 的峰值波长取决于禁带宽度，禁带宽度和x值有关。 因此，从发光峰峰值波长可以测定组分百分比x值。
光致发光(PL)光谱
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
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。
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
光致发光(PL)光谱
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(PL)光谱
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。
光致发光(PL)光谱
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(PL)光谱
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 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识 别被测样品发射出来的光。
• 它在探测的量子能量和样品空间大小上都 具有很高的分辨率，因此适合点
• 它的原始数据与主要感兴趣的物理现象之 间离得比较远，以至于经常需要进行大量 的分析，才能通过从样品外部观测到的发 光来推出内部的符合速率。
• 光致发光测量的结果经常用于相对的比较， 因此只能用于定性的研究方面。
光致发光（PL）光谱
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
光致发光(PL)光谱
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
光致发光(PL)光谱
e-h e-h
e-A
声子参与
e-D+
D-h
D-A
(a)
(b)
(c)
图1 半导体中各种复合过程示意图（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
光致发光(PL)光谱
在这个过程中，有六种不同的复合机构会发射光 子，它们是： （1）自由载流子复合 —— 导带底电子与价带顶空穴 的复合； （2）自由激子复合 —— 晶体中原子的中性激发态被 称为激子，激子复合也就是原子从中性激发态向基态 的跃迁，而自由激子指的是可以在晶体中自由运动的 激子，这种运动显然不传输电荷； （3）束缚激子复合 —— 指被施主、受主或其他陷阱 中心(带电的或不带电的)束缚住的激子的辐射复合，其 发光强度随着杂质或缺陷中心的增加而增加；
光致发光(PL)光谱
图3 CZT晶体在4.2K下典型的PL谱。该PL谱包括四个区域： （1）近带边区；（2）施主－受主对（DAP）区；（3）受主 中心引起的中心位于1.4eV的缺陷发光带；（4）Te空位引起的
中心位于1.1eV的发光峰带。
光致发光(PL)光谱
图4 高质量CZT晶体PL谱的近带边区