光致发光光谱仪原理

光致发光(photoluminescence) 即PL，是用紫外、可见或红外辐射激发发光材料而产生的发光，在半导体材料的发光特性测量应用中通常是用激光（波长如325nm、532nm、785nm 等）激发材料（如GaN、ZnO、GaAs 等）产生荧光，通过对其荧光光谱（即PL 谱）的测量，分析该材料的光学特性，如禁带宽度等。光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、高灵敏度的分析方法，因而在物理学、材料科学、化学及分子生物学等相关领域被广泛应用。 传统的显微光致发光光谱仪都是采用标准的显微镜与荧光光谱仪的结合，但是传统的显微镜在材料的PL 谱测量中，存在很大的局限性，比如无法灵活的选择实验所需的激光器（特别对于UV 波段的激光器，没有足够适用的配件），无法方便的与超低温制冷机配合使用，采用光纤作为光收集装置时耦合效率太低等等问题，都是采用标准显微镜难以回避的问题。 北京卓立汉光仪器有限公司结合了公司十余年荧光光谱仪和光谱系统的设计经验和普遍用户的实际需求，推出了“OmniPLMicroS”系列显微光致发光光谱仪，有效的解决了上述问题，是目前市场上最具性价比的的显微PL 光谱测量的解决方案。性能特点： 一体化的光学调校——所有光学元件只需要在初次安装时进行调校，确保高效性和易用 性 简单易用的双光路设计——可随意在水平和垂直光路上进行切换，适用于各种常见的样 品形态 超宽光谱范围**——200nm-1600nm 视频监视光路——可供精确调整测试点 独有的发射光谱校正功能*——让光谱测量更精准且具有可比性 多种激发波长可选**——325nm，405nm，442nm，473nm，532nm，633nm，785nm等 自动mapping功能可选*——50mm×50mm测量区间，可定制特殊规格 电致发光(EL)功能可选*——扩展选项 显微拉曼光谱测量功能可选*——扩展选项 超低温测量附件可选*——提供10K以下的超低温测量*选配项，请详细咨询；**需根据实际需要进行配置确定。参数规格表*应用:不同制冷温度下GaN材料的PL谱激发波长：325nm，功率：20mW，制冷机最低制冷温度：10K ZnO材料的PL谱: 激发波长：325nm ZnO 薄膜样品在382nm 处有一个特别强的荧光谱带，而在500 ～ 600nm 波段，有个弱的可见光荧光谱带。通过研究这些谱带，可以反映ZnO 表面态对荧光的影响以及晶型和缺陷信息。

组合式荧光光谱测量系统-OmniPL系列光致发光（photoluminescence）即PL，是用紫外、可见或红外辐射激发发光材料而产生的发光。PL 荧光测量系统通常是用较强的单色光（如激光器等）激发样品/ 材料（如GaN/ZnO 等）产生荧光，通过对其荧光光谱的测量，分析该材料的光学特性。典型应用于LED 发光材料、半导体材料的研究。OmniPL 系列稳态荧光光谱测量系统采用模块化设计，在满足PL 光谱测量的同时，用户可以根据不同的实验需求，选择不同的配件，灵活的进行系统功能的扩展。系统组成：激发光源+ 样品室＋荧光光谱仪＋数据采集及处理系统＋软件＋计算机OmniPL-LF325型稳态光致发光光谱系统主要技术参数● 激发光源：HeCd激光器● 激发光功率：20mW● 激发波长：325nm● 瑞利散射截止滤光片，OD6● 荧光光谱仪光谱范围：300-850nm（可扩展至2500nm）● 荧光光谱分辨率：优于0.2nm（@1200g/mm光栅）● 波长准确度：±0.2nm● 波长重复性：±0.1nm● 光探测器：科研级制冷型背感光CCD，300-1000nm● 可选配闭循环超低温制冷机，最低温度可达2K● 系统扩展性：系统采用模块化设计，可扩展至近红外波段光谱测量● 软件提供灵活的实验运行步骤自定义功能，可随时储存和提取图谱，并能够进行复杂的光谱处理及光谱数据间的四则运算系统结构图PL图谱

PMEye-3000光致发光光谱成像（PL-Mapping）测量系统是卓立汉光最新研制的，用于LED外延片、半导体晶片、太阳能电池材料等，在生产线上的质量控制和实验室中的产品研发检测。该系统对样品的PL谱进行Mapping二维扫描成像，扫描结果以3D方式进行显示，使检测结果更易于分析和比较。该系统的软件窗口界面友好，操作简单，只需简单培训就能使用。测试原理：PL（光致发光）是一种辐射复合效应。在一定波长光源的激发下，电子吸收激发光子的能量，向高能级跃迁而处于激发态。激发态是不稳定的状态，会以辐射复合的形式发射光子向低能级跃迁，这种被发射的光称为荧光。荧光光谱代表了半导体材料内部，一定的电子能级跃迁的机制，也反映了材料的性能及其缺陷。PL是一种用于提供半导体材料的电学、光学特性信息的光谱技术，可以研究带隙、发光波长、结晶度和晶体结构以及缺陷信息等等。应用领域举例：LED外延片，太阳能电池材料，半导体晶片，半导体薄膜材料等检测与研究。 主要特点：◆ PLMapping测量◆ 多种激光器可选◆ Mapping扫描速度：180点/秒◆ 空间分辨率：50um◆ 光谱分辨率：0.1nm@1200g/mm◆ Mapping结果以3D方式显示◆ 最大8吋的样品测量◆ 样品精确定位◆ 样品真空吸附◆ 可做低温测量◆ 膜厚测量一体化设计，操作符合人体工学PMEye3000 PL Mapping测量系统采用立式一体化设计，关键尺寸根据人体工学理论设计，不管是样品的操作高度和电脑使用高度，都特别适合于人员操作。主机与操作平台高度集成，方便于在实验室和检测车间里摆放。仪器侧面设计有可收放平台，可摆放液晶显示器和鼠标键盘。仪器底部装有滚轮，方便于仪器在不同场地之间的搬动。模块化设计PMEye-3000 PL Mapping测量系统全面采用模块化设计思想，可根据用户的样品特点来选择规格配置，让用户有更多的选择余地。激发光源、样品台、光谱仪、探测器、数据采集设备都实现了模块化设计。操作简便、全电脑控制PMEye-3000 PL Mapping测量系统，采用整机设计，用户只需要根据需要放置检测样品，无需进行复杂的光路调整，操作简便；所有控制操作均通过计算机来控制实现。全新的样品台设计，采用真空吸附方式对样品进行固定，避免了用传统方式固定样品而造成的损坏；可对常规尺寸的LED外延片样品进行精确定位，提高测量重复精度。两种测量方式,用途更广泛系统采用直流和交流两种测量模式，直流模式用于常规检测，交流模式用于微弱荧光检测。监控激发光源,校正测量结果一般的PL测量系统只是测量荧光的波长和强度，而没有对激发光源进行监控，而激发光源的不稳定性将会对PL测量结果造成影响。PMEye-3000 PL Mapping测量系统增加对激光强度的监控，并根据监控结果来对PL测量进行校正。这样就可以消除激发光源的不稳定带来的测量误差。激光器选配灵活PMEye-3000 PL Mapping测量系统有多种高稳定性的激光器可选，系统最多可内置2个激光器和一个外接激光器，标配为1个405nm波长高稳定激光器。用户可以根据测量对象选配不同的激光器，使PL检测更加精准。可选配的激光器波长有： 405nm，442nm，532nm、785nm、808nm等，外置选配激光器波长为：325nm。自动Mapping功能PMEye-3000 PL Mapping测量系统配置200× 200mm的二维电控位移台，最大可测量8英寸的样品。用户可以根据不同的样品规格来设置扫描区域、扫描步长、扫描速度等，扫描速度可高达每秒180个点，空间分辨率可达50um。扫描结果以3D方式显示，以不同的颜色来表示不同的荧光强度。 软件功能丰富,操作简便我们具有多年的测量系统操作软件开发经验，,熟悉试验测量需求和用户的操作习惯，从而使开发的这套PMEye-3000操作软件功能强大且操作简便。MEye-3000操作软件提供单点PL光谱测量及显示，单波长的X-Y Mapping测量，给定光谱范围的X-Y Mapping测量及根据测量数据进行峰值波长、峰值强度、半高宽、给定波长范围的荧光强度计算并以Mapping显示，Mapping结果以3D方式显示。同时具有多种数据处理方式来对所测量的数据进行处理。低温样品室附件该附件可实现样品在低温状态下的荧光检测。有些样品在不同的温度条件下，将呈现不同的荧光效果，这时就需要对样品进行低温制冷。如图所示，从图中我们可以发现在室温时，GaN薄膜的发光波长几乎涵盖整个可见光范围，且强度的最高峰出现在580nm附近，但整体而言其强度并不强；随着温度的降低，发光强度开始慢慢的增加，直到110K时，我们可以发现在350nm附近似乎有一个小峰开始出现，且当温度越降越低，这个小峰强度的增加也越显著，一直到最低温25K时，基本上就只有一个荧光峰。GaN薄膜的禁带宽度在室温时为3.40Ev,换算成波长为365nm，而我们利用PL系统所测的GaN薄膜在25K时在356.6nm附近有一个峰值，因此如果我们将GaN薄膜的禁带宽度随温度变化情况也考虑进去，则可以发现在理论上25K时GaN的禁带宽度为3.48eV，即特征波长为357.1nm，非常靠近实验所得的356.6nm，因此我们可以推断这个发光现象应该就是GaN薄膜的自发辐射。