[发明专利]快速检测II型红外超晶格界面质量的光谱方法和装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种快速检测II型红外超晶格界面质量的光谱方法和装置。具体地说，主要是利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）的步进扫描模式实现磁场下II型红外超晶格的光致发光测量的方法和装置，从而快速判断II型红外超晶格界面质量。

背景技术：

红外探测器无论是在军事还是民事应用上都有重要的作用，尤其是中、远红外波段的探测，在空间技术、卫星定位、遥感传感等方面具有重要的意义。过去几十年中、远红外探测器的材料主要是碲镉汞，但近年来，以InAs/GaSb为代表的II型超晶格在红外探测方面受到人们的关注并发挥着越来越重要的作用。相对于碲镉汞，II型超晶格在扩展动态探测范围、抑制暗电流、增强响应灵敏度等方面都有明显的优势，可以有效地将探测波长拓展到30微米以上甚至太赫兹波段。制备高质量的II型超晶格是有效实现中、远红外探测的关键因素,而材料的界面质量将会显著影响材料和器件性能。如果界面质量得不到改善，基于II型超晶格制备出的红外探测器件不仅没有预期的波长探测范围，甚至探测器的响应灵敏度也得不到保证。因此，快速、准确地检测II型红外超晶格界面质量对于红外材料的生长和器件的制备具有重要的意义。

以InAs/GaSb II型超晶格为例，界面厚度通常小于0.5纳米，X射线衍射谱往往无法给出界面晶格质量的有效信息。目前能够探测到其界面信号的方法主要有两种：拉曼光谱和隧道扫描电镜。前者可以给出界面的振动模信息，但是需要经过复杂冗长的理论计算才能对界面的晶格质量加以判断，需要专业人员才能完成，同时界面信号非常微弱，测试时间很长；后者可以直接的看到界面的原子排布，但是这种测量技术极其复杂，也需要很长的测量时间。在半导体生长过程中，往往需要对生长出的材料进行快速、有效的检测和鉴定，以便对生长条件进行进一步的优化。因此对材料生长人员而言，上述两种技术在应用中具有很大的局限性。

我们实验室已创新地实现了基于傅里叶变换红外（FTIR）光谱仪在不同温度下光致发光（Photoluminescence,PL）和光调制反射光谱的测量。结果表明，与传统的基于单色仪的光谱方法相比，上述方法在信噪比、分辨率、灵敏度等方面都体现出显著的优势，而且该方法快捷、易操作。相对于电学方法，光谱方法具有迅速无损的特点，具有很大的优势。基于上述的进展，我们克服磁场对FTIR光谱仪的影响，进一步实现了磁场下基于FTIR光谱仪的PL信号的测量。并借此建立了对II型超晶格界面质量的快速检测方法和装置，为相关材料体系的生长和表征提供技术支持。

发明内容：

综上所述，如何有效获取II型超晶格界面质量信息是红外探测器件性能的关键所在，也是本发明所要解决的关键技术问题。本发明旨在提供一种可变磁场下基于步进扫描的FTIR光谱仪的方法及其装置，使之能够方便快速地检测II型超晶格界面质量，从而为II型超晶格界面分析提供一种有效途径。

根据本发明的是一种基于可变磁场下红外光致发光谱测量II型超晶格界面质量的方法和装置，包括

-傅里叶变换红外光谱系统，其具有傅立叶变换红外光谱仪和控制及光谱处理的控制台计算机，该光谱仪包括光干涉部件、探测器、电路控制板；

-光调制装置，包含机械斩波器和锁相放大器；

-激光器，其产生连续激光；

-变温变磁场样品测量系统，包括杜瓦底座、超导变温变磁场杜瓦、样品架和待测样品；其中超导变温变磁场杜瓦包括温度传感器和超导线圈；

所述的傅里叶变换红外光谱系统为Bruker Vertex80型FTIR光谱仪；所述机械斩波器为Stanford SR540型机械斩波器；所述锁相放大器为StanfordSR830DSP型锁相放大器；所述的激光器为Spectra-Physics2017型氪离子激光器，波长为647纳米；所述变温变磁场样品测量系统为Oxford Instruments SM4000型低温磁场光学环境仪器；以及所述的待测材料为InAs/GaSb II型超晶格。