光致发光(PL)光谱解读
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。
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。
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。
通过光致发光光谱计算激子解离效率
光致发光光谱（photoluminescence spectrum, PL谱）是一种常用的表征半导体材料光学性质的手段。
通过激发光源照射样品，测量样品发射的光谱特性，可以得到样品的发光峰值、半导体材料的载流子寿命和激子解离效率等重要信息。
本文将通过光致发光光谱计算激子解离效率的相关理论及计算方法进行探讨。
1. 光致发光光谱的基本原理光致发光光谱是指当外界光照射到样品后，通过测量样品发射光的能谱和强度变化，研究样品内部载流子的复合和发光过程。
在激子体系中，激子解离是一个重要的过程，激子的解离效率对半导体材料的发光性能有着重要影响。
通过光致发光光谱可以间接的推断出激子解离效率，为进一步研究半导体材料的光学性质提供了重要手段。
2. 激子解离效率的计算方法激子解离效率可以通过光致发光光谱中的激子发光峰和自由载流子发光峰的位置和强度变化来计算。
在样品中，由于激发光源的作用，激子和自由载流子会产生发光，通过测量样品的光谱可以得到激子和自由载流子的发光峰值。
激子解离效率可以通过以下公式计算：激子解离效率 = (激子发光峰值 - 自由载流子发光峰值) / 激子发光峰值其中，激子发光峰值和自由载流子发光峰值分别为在样品发光光谱中激子和自由载流子的发光峰值。
通过测量样品的光致发光光谱，并进行激子解离效率的计算，可以直观的了解激子解离过程对样品发光性质的影响。
3. 激子解离效率的影响因素激子解离效率受到多种因素的影响，主要包括材料的结构和纯度、激子的束缚能和载流子的密度等。
在材料的结构和纯度方面，晶格缺陷和杂质的存在会损害激子的稳定性，导致激子解离效率的降低。
而激子的束缚能和载流子的密度则会影响激子的形成和解离过程，进而影响激子解离效率的大小。
在研究激子解离效率时，需要综合考虑以上因素的影响，以更准确的评估半导体材料的光学性能。
4. 光致发光光谱计算激子解离效率的应用光致发光光谱计算激子解离效率是一种非常有效的手段，可以为半导体材料的光学性能研究提供重要的参考。
PL谱
激光器
激光器电源
狭缝
光电倍增管
锁相放大器 单色仪
样品室 样品 透镜
计算机
制冷仪 图2 光致发光光谱测量装置示意图
实验室仪器
氩离子激 光器电源
氩离子 激光器
He-Cd 激光器
样品架 样品室 (杜瓦瓶 杜瓦瓶) 杜瓦瓶
制冷仪
真空泵
TRIAX550 PL谱仪 谱仪
放大器
) 放置样品(晶片，粉体，薄膜 晶片 2. 抽真空 3. 降温 4. 激光器使用 5. 光谱仪自检 6. 校准 7. 样品发光光谱测量 8. 变温测量 9. 变功率测量 10.关机 关机
高质量CZT晶体 谱的近带边区 晶体PL谱的近带边区 图4 高质量 晶体
谱的主峰为中性施主的束缚激子峰（ 该PL谱的主峰为中性施主的束缚激子峰（D0, X）。 谱的主峰为中性施主的束缚激子峰 ） 而 CdTe和 Cd0.96Zn0.04Te在该区域内的主发光峰则通常为 和 在该区域内的主发光峰则通常为 受主－束缚激子峰（ 受主 － 束缚激子峰 （ A0,X） 。 在 Cd0.9Zn0.1Te晶体的近带 ） 晶体的近带 边区的PL谱除此之外中 ， 边区的 谱除此之外中， 还可以看到基态自由激子峰 谱除此之外中 （X1）、上偏振带峰（Xup）以及第一激发态自由激子峰 上偏振带峰（ 对于质量较差的CZT晶体， 无法看到其自由激 晶体， （ X2 ） 。 对于质量较差的 晶体 子峰（ 和一次激发态自由激子峰（ 低温PL谱 子峰（X1）和一次激发态自由激子峰（X2）。低温 谱 可以用来比较全面的评价CZT晶体的质量， 并由此来推 晶体的质量， 可以用来比较全面的评价 晶体的质量 断晶体的探测性能。 断晶体的探测性能。
10
IV
III
pl光致发光光谱测试条件
pl光致发光光谱测试条件一、测试目的光致发光（PL）光谱测试是一种用于研究材料发光特性的重要手段。
通过PL光谱测试，可以了解材料的发光性质、能级结构以及材料内部的缺陷和杂质等信息。
本测试条件旨在规范PL光谱测试的实验操作流程，确保测试结果的准确性和可靠性。
二、测试原理光致发光（PL）光谱是材料在吸收光子后，将能量转化为荧光发射的现象。
PL 光谱反映了材料内部能级结构、缺陷和杂质等信息。
通过对PL光谱的分析，可以了解材料的发光性质、能级结构以及材料内部的缺陷和杂质等信息。
三、测试条件1. 样品准备（1）样品应具有代表性，能够反映材料的整体性能。
（2）样品应清洁、干燥，无杂质和污染物。
（3）样品尺寸应适中，以便于测试和观察。
2. 测试环境（1）实验室温度应保持在20±5℃。
（2）实验室湿度应保持在50±5%。
（3）实验室应保持清洁、无尘，避免影响测试结果。
3. 光源选择（1）选择合适的激光光源，确保其波长、功率和稳定性满足测试要求。
（2）激光光源的波长范围应覆盖样品发光的主要波段。
4. 样品处理（1）对于固体样品，应将其研磨成粉末或薄片，以便于测试。
（2）对于液体样品，应将其稀释至适当浓度，以便于测试。
5. 测试参数设置（1）设置合适的激发波长和发射波长范围，以便于捕捉样品的PL光谱。
（2）设置合适的扫描速度和步长，以便于获得准确的PL光谱。
6. 数据处理与分析（1）对获得的PL光谱进行去噪、平滑等处理，以提高数据质量。
（2）对PL光谱进行拟合和分析，提取发光峰位、强度等信息。
四、注意事项1. 在进行PL光谱测试前，应对样品进行充分的了解和研究，以便选择合适的测试条件和方法。
2. 在测试过程中，应注意保护眼睛和皮肤，避免长时间暴露在激光光源下。
3. 在数据处理和分析过程中，应注意数据的准确性和可靠性，避免误导实验结果。
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）
17
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
21
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。
荧光光谱pl
荧光光谱pl荧光光谱(pl)是指在某些物质受到光的激发后，发出的瞬间强度较大但持续时间短暂的荧光辐射。
它是研究物质结构、性质的重要手段之一。
以下是关于荧光光谱pl的相关内容：一、荧光光谱pl的基本原理荧光光谱pl是通过向试样中照射一定波长的激发光，使试样分子处于高能激发态，进而发生荧光辐射而获得的。
当试样吸收光子后进入激发态时，仅有部分分子通过非辐射跃迁回到基态，而大部分分子通过跃迁过程来释放激发能量，这种能量释放的过程称之为荧光发射。
荧光光谱pl就是通过检测荧光发射强度对波长的变化来描述样品的发荧光性质的。
二、荧光光谱pl的应用1.荧光光谱pl广泛应用于材料科学、生物学、环境监测、能源等领域。
2.在荧光分析中，荧光光谱pl可用于检测有机化合物、无机离子、蛋白质和DNA等生物大分子，以及某些药品的成分和污染物的存在。
3.荧光光谱pl通过测量荧光发射强度和发射峰位置，可以确定样品的结构、组成和浓度等，同时还可以寻找药物相互作用和广谱荧光探针等。
4.在环境监测中，荧光光谱pl可用于检测水、土壤和空气中的污染物，如多环芳烃、重金属、农药等。
三、荧光光谱pl的实验方法1.激发光源：常用的激发光源有汞灯、氙灯、氩离子激光和绿色半导体激光等。
2.检测器：荧光光谱pl检测器包括荧光光度计、荧光显微镜和荧光图像系统等。
3.样品的制备：根据样品的不同性质和要求，可选择不同的制备方法，如液相、固相和气相制备等。
4.数据分析：荧光光谱pl数据分析包括测量光谱曲线、光谱峰点、荧光稳定性等指标的测定和计算。
总之，荧光光谱pl是研究物质结构、性质的重要手段，其应用广泛，实验方法也较为简单。
随着科技的不断发展，荧光光谱pl在更多领域中也将得到更加深入的研究和应用。
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。
光致发光光谱吸收峰
光致发光光谱吸收峰一、什么是荧光致发光光谱吸收峰荧光致发光(Photoluminescence，简称PL)光谱吸收峰，是可将所收光转化为发光能量的材料特性，与发射光谱中特定波长处的振幅相联系，要求波长吸收峰必须具有可见的吸收能量范围。
吸收峰的宽度和高度受吸收能量的分布、发射的化学温度和其他多种因素影响。
二、荧光致发光光谱吸收峰的应用1. 在能源材料笔头阅读器中：较廉价而又有效的光谱吸收峰是以便准确地阅读磁条记录的数据，和安全地操作支付系统的关键部件。
2. 在健康监测和检验中：由于荧光致发光光谱吸收峰可检测多种物质，在医学检查器械中可用于测试血液、尿液、唾液和细胞液中的民生安全检测等。
3. 在食品业中：允许食品业的检测机构分析食品中的毒素和其他物质，以便确保食品安全性。
4. 在存储器材料中：荧光致发光光谱吸收峰的应用可以满足不同的存储和识别要求，从而提高数据存储设备的数据容量和性能。
三、荧光致发光光谱吸收峰的优点1. 能量效率高：荧光致发光光谱吸收峰可以有效地将收到的光能量转化为发光能量，确保更高的效率。
2. 光谱范围广：由于吸收峰的特性，可以测量出较广泛的光谱范围，可以满足复杂的应用要求。
3. 准确性高：由于吸收峰的特点，可以精确测量和比较，从而可以提高测量的准确性和提高工作效率。
四、荧光致发光光谱吸收峰的注意事项1. 使用环境：荧光致发光光谱吸收峰的使用环境要求相对较低，一般需要温度和湿度调节在室温常压条件下。
2. 测量精度：由于光谱吸收峰是观察实验中被测物质的光强变化的参比，所以测量精度要求比较高，应当使用高精度的量程和滤波器，确保测量数据的可靠性。
3. 调制参数：合适的调制参数和最佳调制策略可以有效提高荧光致发光光谱吸收峰的测量准确性，有效的调节温度和湿度也可以改善测量结果。
《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。
钙钛矿太阳能电池 pl光谱
钙钛矿太阳能电池 pl光谱
钙钛矿太阳能电池是一种新一代的太阳能电池技术，使用钙钛矿材料作为光电转换层。
钙钛矿是一种具有优异光吸收性能和电子传输性能的材料，能够将光能高效转化为电能。
PL光谱即光致发光谱（Photoluminescence Spectrum），是用
来研究材料光学特性的一种测量方法。
钙钛矿太阳能电池的
PL光谱测量可以测量材料在受到光照后产生的荧光发射光谱，从而了解材料的光电转换性能和能带结构等关键参数。
通过对钙钛矿太阳能电池的PL光谱进行测量和分析，可以评
估材料的光电性能和发光特性，探索材料光吸收过程中的能带结构、载流子的输运行为等重要信息。
这对于钙钛矿太阳能电池的性能优化和材料的进一步研究具有重要意义。
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光致发光光谱测量（Photoluminescence Spectroscopy，简称PL），是一种常用的实验手段，用于研究材料的光电性能。
随着纳米技术和半导体材料的发展，第三代半导体材料作为一种新兴材料备受关注。
本文将介绍第三代半导体材料的光致发光光谱测量方法及应用。
一、第三代半导体材料的概述第三代半导体材料是指那些相较于传统半导体具有更好性能的新型材料。
常见的第三代半导体材料包括有机半导体材料、有机无机杂化材料以及低维半导体材料等。
这些材料具有较高的载流子迁移率、较高的光电转换效率和更宽的光学吸收范围等特点，被广泛应用于光电器件、光催化等领域。
二、PL测量方法的原理光致发光光谱测量是通过照射样品后，通过测量材料在可见光范围内的发光强度和能量分布来研究材料的光学性质。
具体操作中，首先需要将样品暴露于激光或LED光源的照射下，激发样品中的载流子，随后通过荧光探测器收集样品的发光信号。
最后，利用光谱仪分析并记录样品的发光强度和发光能量分布。
通过对光谱特征的研究，可以详细了解材料的光致发光机制和能带结构。
三、PL测量的实验步骤PL测量的实验步骤通常包括样品的制备、光源和荧光探测器的选择、实验条件的调节以及数据的采集和分析等几个方面。
1. 样品的制备样品的制备是PL测量的基础。
通常要求样品具有一定的光学质量和纯度，以保证测量结果的准确性。
制备过程主要包括样品的切割、抛光和清洗等步骤，确保样品表面光洁度和无杂质。
2. 光源和荧光探测器的选择在PL测量中，合适的光源和荧光探测器的选择对于实验结果的准确性至关重要。
光源可以选择激光或LED，其波长和功率应根据样品的特性和实验需求进行调节。
荧光探测器应具有高增益、低噪声和高灵敏度等特点，以保证测量信号的清晰和稳定。
3. 实验条件的调节PL测量时，实验条件的调节对测量结果也有一定的影响。
常用的实验参数包括激发光功率、激发光波长、测量温度和样品的加工状态等。
pl光致发光光谱测试条件
pl光致发光光谱测试条件PL光致发光光谱测试是一种非常重要的表征材料光学性质的方法。
在此测试中，通过将样品暴露在特定波长的激发光下，可以使样品发生光致发光现象，并通过光谱仪器测量样品的发光强度和波长分布情况。
这种测试方法常用于研究材料的能带结构、载流子性质、电子-光子相互作用等。
PL光致发光光谱测试的条件包括激发光源、样品制备和测量环境等方面。
下面将对这些测试条件进行详细的介绍。
首先是激发光源。
在PL光谱测量中，激发光源是非常关键的。
常见的激发光源包括氙灯、激光器、LED等。
不同的激发光源有各自的特点和适用范围。
氙灯是一种广谱光源，可以提供连续的波长范围，适用于大部分情况下的PL光谱测量。
激光器是一种具有较高光强和单一波长的光源，可以提供高分辨率的PL光谱。
LED是一种便携式、低成本的光源，适用于一些小型PL光谱仪器。
其次是样品制备。
在进行PL光谱测量之前，需要对样品进行特定的制备工艺。
一般情况下，样品需要制备成薄膜或粉末的形式，以便光线能够穿过样品。
对于某些无法制备成薄膜或粉末的样品，也可以采用特殊的样品夹具或装置来进行测试。
此外，在制备样品时，还需要注意去除可能存在的杂质或污染物，以保证测试结果的准确性。
再次是测量环境。
PL光谱测量需要在一个相对稳定和干净的环境中进行。
首先，周围的光线应尽量减少对测试结果的影响，因此通常在黑暗的实验室条件下进行测试。
其次，温度和湿度的变化也会对测试结果造成影响，所以需要控制好实验室的温度和湿度。
此外，一些材料对氧气比较敏感，因此需要在惰性气体环境中进行测试，例如在氮气氛围下进行。
除了以上的条件外，还有一些其他的因素也需要考虑。
例如，PL 光谱仪器的特性和性能会对测试结果产生影响。
不同的光谱仪器具有不同的分辨率、灵敏度和波长范围，选择合适的仪器对测试结果的准确性和可靠性非常重要。
此外，在进行测试时，还可以通过改变激发光强度、激发光波长和测量角度等参数来探索样品的光电性质。
PL谱
一、光致发光基本原理 二、仪器及测试 三、应用
一、光致发光基本原理
1. 定义：所谓光致发光(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
实验室仪器
氩离子激 光器电源
氩离子 激光器
He-Cd 激光器
样品架 样品室 (杜瓦瓶)
制冷仪
真空泵
TRIAX550 PL谱仪
放大器
控温仪
测试
1. 放置样品(晶片，粉体，薄膜) 2. 抽真空
3. 降温
4. 激光器使用 5. 光谱仪自检 6. 校准 7. 样品发光光谱测量
8. 变温测量
2. 测定半导体中浅杂质的浓度 3. 半导体中杂质补偿度的测定
4. 对缺陷的研究
5. 对少子寿命的研究 6. 对半导体理论问题的研究
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。
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，
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
8、位错等缺陷的研究
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。
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；
（ 4 ）浅能级与本征带间的载流子复合——即导
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。
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。
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。
反射镜
滤光片
真空泵
透镜
激光器
激光器电源
狭缝
光电倍增管
样品室
单色仪
样品 透镜
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
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。
（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。
e-h
e-h e-A 声子参与 D-h
e-D+
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
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
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，因此适合于作薄层分 析和微区分析。
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。
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。
图4 高质量CZT晶体PL谱的近带边区
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