一种载流子转换效率测量平台和方法

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	一种载流子转换效率测量平台和方法
	黄善杰1 ; 王岭雪 2; 许方宇1 ; 蔡毅 2; 宋腾飞1
申请（专利权）人	中国科学院云南天文台 ; 北京理工大学
专利号	ZL202011446342.8
申请号	CN202011446342.8
	2023-05-02
申请日期	2021-12-09
公开（公告）号	CN112557863A ; CN112557863B
公开日期	2021-03-26
IPC 分类号	G01R31/26 ; G01R31/265
CPC分类号	G01R31/2648 ; G01R31/2653
授权国家	中国
专利类型	发明
专利状态	公开
授权日期	2023-05-02
学科领域	电子、通信与自动控制技术
产权排序	1
摘要	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。
主权项	1.一种载流子转化率测量平台，其特征在于：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。 2.根据权利要求1所述的载流子转化率测量平台，其特征在于：粘结层为导热导电硅胶或银焊层。 3.根据权利要求1所述的载流子转化率测量平台，其特征在于：环形半导体控温装置通过导热且电绝缘硅胶贴于阳极靶面中心孔周围。 4.根据权利要求1所述的载流子转化率测量平台，其特征在于：光功率测量装置的感光面靠近半导体材料的圆形端面且大于端面。 5.一种载流子转化率测量方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤（1）、测量入射至半导体表面电子束功率环形半导体控温装置的控温值设定为温度T，电子束激发半导体发光材料稳定发光后，测量单位时间内入射至半导体表面的电子数量，进而给出电子束流量值I，按下式计算电子束功率W：W=UI；其中，U为电子枪的加速电压；步骤（2）、测量单位时间内半导体发光的总光子数电子束激发半导体材料稳定发光后，首先采用工作波段覆盖发光光谱范围的光功率测量装置测量半导体一个圆形端面的发光功率P1，总发光功率P约为P1的两倍；然后采用经光谱辐射照度校准的光谱测量装置，测量不同波长处的单位波长间隔内的光辐射产生的辐照度；结合测量的半导体总发光功率，依序计算发光光谱范围内不同波长处1nm波长间隔内的光功率值，依序共获得J个参数组合，每个参数组合中包含一个功率值和发光波长，构成一个数列，记为{M(λk，Pk)}，k＝1，2，3，…，J；对于数列{M(λk，Pk)}中的每一项，计算对应的光子数Nk= Pkλk/(hc)，其中h为普朗克常量，c是光速；一共获取J个光子数Nk并求和获得总光子数N；步骤（3）、测量半导体发光材料在温度T的内量子效率测量半导体材料在温度T时的内量子效率IQE：测量某温度T与极低温时的半导体发光材料光致发光的强度，两者的比值即为内量子效率；步骤（4）、计算电子束激发半导体稳定发光后，单位时间内存储在载流子中的能量载流子包括半导体材料导带中的电子与价带的空穴；单位时间内产生的载流子数量M等于总光子数与内量子效率的比值的2倍，即M=2N/IQE；入射电子把半导体材料的一个价电子激发到导带并在价带中留下一个空穴，形成一个电子-空穴对，存储在电子-空穴对的能量约等于禁带宽度Eg；电子-空穴对的总数量为N/IQE，存储在载流子的总能量约为EgN/IQE；步骤（5）、计算电子束激发半导体材料的载流子转化率η 电子束激发半导体材料发光时，载流子转化率等于单位时间内存储在载流子的总能量与电子束功率的比值，即η=EgN/（IQEW）。 6.根据权利要求5所述的载流子转化率测量方法，其特征在于：步骤（2）中，测量光谱时需要移开光功率测量装置，把光谱测量装置的探头指向半导体薄片材料的端面。 7.根据权利要求5所述的载流子转化率测量方法，其特征在于：极低温度为小于30K。
语种	中文
专利代理人	陈左 ; 亢能
代理机构	昆明正原专利商标代理有限公司 53100 ; 昆明正原专利商标代理有限公司 53100
文献类型	专利
条目标识符	http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/24201
专题	天文技术实验室选址与日冕观测组
作者单位	1.中国科学院云南天文台 2.北京理工大学
第一作者单位	中国科学院云南天文台
推荐引用方式 GB/T 7714	黄善杰,王岭雪,许方宇,等. 一种载流子转换效率测量平台和方法. ZL202011446342.8[P]. 2023-05-02.

条目包含的文件
文件名称/大小	文献类型	版本类型	开放类型	使用许可
CN112557863A-一种载流子转换（313KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文
CN112557863B-一种载流子转换（506KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文