[发明专利]电致发光样本分析装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测和分析的装置，更具体而言，涉及一种用于分析电致发光（EL）样本的装置。

背景技术

太阳能电池，作为将太阳能转换成电能的半导体器件，具有p型半导体和n型半导体的结形式，并且具有与二极管相同的基本结构。当光入射在半导体上时，在吸收的光与构成半导体的材料之间发生相互作用。然后，产生具有负电荷和电子以及具有正电荷的正空穴（其中电子丢失），从而允许电流流动或产生电。这被称作光电效应。有两种类型的半导体，一种是吸引具有负电荷的电子的n型半导体，另一种是牵引具有正电荷的正空穴的p型半导体。太阳能电池将这两种类型的半导体结合在一起。一般地，在半导体中产生的负电荷被拉向n型半导体，而正电荷被拉向p型半导体。因此，负电荷和正电荷分别聚集在任一电极处。通过将这两个电极用电导线连接，可以获得电流和电能。这里，正电荷和负电荷的数目变得相同。因此，只要有光，就可以连续地产生电能。即，一旦有光入射，则在半导体内发生光与材料之间的相互作用以产生正电荷和负电荷，并且通过电荷放电到外部而使电流动，从而允许电能来操作电机或将灯点亮。相应地，太阳能电池不仅可以将太阳光转换成电，也可以将来自荧光灯的光转换成电。

使用太阳能电池的太阳能光伏发电系统被期待着能够为由全球变暖所导致的环境问题和能源问题提供至少一个解决方案，并且太阳能光伏能被期待着在2100年提供全球能源的大约70%。实现能源愿景的最重要问题之一是能源转换的改善。尽管晶体硅太阳能电池占据整个太阳能产品的大约90%，但是它们的效率（目前大约为24.7%）局限于最多改善到29%，因而难以期望效率的明显改善。归功于基于III-V化合物半导体技术的具有InGaP/InGaAs/Ge的3结结构的太阳能电池的密集操作，已经实现了40.8%的效率，并且期望通过诸如4结、5结等的多结来实现大于50%的超高效率。

LED（发光二极管）利用了在为激发态的导带中的半导体的电子移动到为基态的价带的发光过程（电子-空穴的发光复合）。用于实际LED的是化合物半导体，其带隙结构是直接跃迁类型。这是因为只有在位于导带底部的电子的动量与位于价带顶部的正空穴的动量几乎相同时才能实现高可能性的发光复合。LED的发光颜色由构成有源层（即，发光区）的半导体材料的能带隙来确定。GaAs的带隙为大约1.43eV，并且发射870nm的近红外线。可见光LED使用具有更大能带隙的材料。用于高效率LED的是经由具有彼此不同的能带隙的多个化合物半导体薄膜的外延生长而制造出的多层薄膜。对于用于板的材料，使用GaAs（红外线~可见光）或GaP（可见光），并且蓝宝石（Al₂O₃）或碳化硅（SiC）用于蓝光到紫外线。

在LED发展的早期，使用单个p-n结。靠近耗尽层的n型区或p型区用作发光结层。这是含有杂质的区域，因而难以获得高效率的LED。改善发光效率的最常用的方法是双异质（DH）结构，在双异质结构中p型区和n型区的带隙比有源层的带隙大。在通过使有源层变薄来增强将电子和正空穴限制在量子阱结构中的效果的同时，已经试图改善在带端的电子状态的密度。光功率与进入LED的电流的比（即，外量子效应）由从芯片发射光的效率以及发光复合比（即，内量子效应）除去包括电极的串联电阻所引起的焦耳损耗来决定。LED包括板和电极，通过板和电极来吸收由有源层产生的一些光。优选地，板材料的带隙比有源层的带隙大。除了半导体材料以外，目前正在研究由模料引起的表面粗糙和效率恶化的问题。

作为对于太阳能电池和LED器件必须解决的固有问题之一，缺陷电荷陷阱影响了当在捕获激活的电子和空穴时通过改变操作条件来操作器件时的操作特性。因此，为了取代这种器件结构作为下一代器件，需要具有可重复性和耐久性的器件特性，并且不仅需要对尚未解决的薄膜进行系统研究，而且还需要对在多层结构中捕获电子和空穴的过程、陷阱在光激活多层结构中的分布和结构、以及能量分布进行系统研究。