[发明专利]一种载流子转换效率测量平台和方法

说明书

本发明涉及一种载流子转化率测量平台和方法，包括真空腔体，真空腔体内有电子束发生系统，电子束发生系统配有电子束流量检测装置。电子束发生系统前方有阳极靶面，阳极靶面为带中心圆孔的环形导体，中心圆孔置有薄圆柱型半导体发光材料，半导体材料的柱侧与中心孔之间设有粘结层，电子束正好完全覆盖半导体的圆形表面。中心孔外侧的阳极靶面表面设有环形半导体控温装置。背对电子束一侧的半导体材料前方设有光功率测量装置和光谱测量装置；电子束入射至半导体材料后，积累的电子从半导体材料经粘结层、阳极靶面与电子束发射端形成回路。本发明可为基于电子束激发半导体发光的半导体光源选择发光效率高的电子束激发参数和半导体发光材料。

技术领域

本发明涉及一种测量平台，尤其是一种载流子转化率测量平台，还涉及该载流子转化率的测量方法。

背景技术

电子束入射至半导体材料时，入射电子与原子内部的电子和原子核之间的相互作用主要是库仑相互作用。关于电子入射至半导体内部后的激发机理，目前有两种理论：一种理论认为，入射电子首先通过非弹性散射激发材料表面附近原子的内层电子，由于入射电子能量很大，电子将被激发成高能量自由电子，称之为高速“次级”电子。高速“次级”电子会激发其它价电子至导带，成为能量较低的“次级”电子，这样不断地增殖下去。“次级”电子能量不足以激发其它电子时，会与晶格电子相互作用，通过声子释放多余的能量。最终结果是把大量价电子激发到导带；另一种理论认为，高能入射电子的75-90％的能量首先产生大量不同能量的等离激元(入射电子引起的大量正负电荷的量子化震荡)，等离激元再产生不同能量的“次级”电子，“次级”电子再激发其它价电子，一直到不能激发其它价电子，成为最终状态的低能“次级”电子，低能“次级”电子位于导带的不同能级。例如电子束加速电压为1keV时，一个电子可产生几十至上百个低能“次级”电子，不能激发其它价电子的低能“次级”电子和价带中的空穴可称为为电子束激发产生的载流子，类似于光生载流子。最终状态的低能“次级”电子能量衰减落到导带底时，会跃迁到价带与价带空穴复合发出光子，由于半导体材料不可避免存在各种缺陷，还会产生其它电子能级跃迁发光。一定程度上可认为，电子束激发产生的载流子越多，载流子辐射复合产生的光子越多，发光能力越强。能量为E_p电子束进入有源层后，只有部分能量E_e最终转化并存储在载流子中，E_e/E_p的比值称之为载流子转化率η。电子束不断地把价电子激发到导带，把电子束能量存储在载流子中。电子束激发半导体处于稳定状态下，半导体中的载流子数量是基本稳定的。即单位时间内产生载流子的数量与载流子复合的数量是大致相等的。

电子束激发产生的载流子中，只有一部分通过辐射复合转化为光子。半导体材料发出光子数与电子束激发半导体材料产生的载流子数的比值，称为电子束激发半导体材料的内量子效率，记为IQE。一般情况下，内量子效率主要取决于半导体材料种类、生长质量和结构等半导体材料的固有属性，与电子束参数关系较小。载流子转化率则与电子束的电子能量、电子束流量密度、电子束空间分布均匀性等参数紧密相关。载流子转化率大小从根本上主导了半导体发光效率的潜力上限。半导体材料的载流子转化率越高，其发光效率的潜力越大。不同的电子束参数，具有不同的载流子转化率。目前尚未调研到测量电子束激发半导体材料的载流子转化率的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种载流子转化率测量平台和方法，本发明的技术方案具体如下：

一种载流子转化率测量平台，包括真空腔体，真空腔体内有电子束发生系统，电子束发生系统配有电子束流量检测装置。电子束发生系统前方有阳极靶面，阳极靶面为带中心圆孔的环形导体，中心圆孔置有薄圆柱型半导体发光材料，半导体材料柱侧与中心孔之间设有粘结层，电子束正好完全覆盖半导体的一个圆形端面。中心孔外侧的阳极靶面安装有环形半导体控温装置。半导体材料的另一个圆形端面前方设有光功率测量装置和光谱测量装置；电子束入射至半导体材料后，积累的电子从半导体材料经粘结层、阳极靶面与电子束发射端形成回路。

进一步地，粘结层为导热导电硅胶或银焊层。