CN112014359A - 一种铟砷锑组分确定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铟砷锑组分确定方法及装置，将预先装入样品的样品室降温至预设温度；将预设功率下激光器发出的激光入射至预设温度的样品上；基于获取的所述样品的光致发光信号确定对应的组分数据，本发明实施例通过将预先装入样品的样品室降温至预设温度，能够极大减少背景辐射对材料信号的影响，从而实现精确获取铟砷锑材料中的组分大小，不用制作器件测试响应值，即可得到材料的发光波长。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测器将技术领域，尤其涉及一种铟砷锑组分确定方法及装置。
背景技术
InAsxSb1-x是一种典型的III-V族三元化合物半导体材料，是目前发现的禁带宽度最小的本征型III-V族化合物半导体。InAsxSb1-x以其结构稳定、高载流子迁移率、小介电常数等优点在中长波红外探测领域具有潜在的应用前景。InAsxSb1-x在室温下的禁带宽度可小到0.099eV(对应截止波长为12.5μm)甚至更小，所以可以用于LWIR的探测。InAsxSb1-x的结构稳定，As与Sb和In之间都是稳定的共价键结合，而且InAsxSb1-x有比HgxCd1-xTe还要高的载流子迁移率，而介电常数(约15)和室温下的自扩散系数(约5.2×10-16cm2/s)都比较小，所以InAsxSb1-x是HgxCd1-xTe比较理想的一种替代材料。
对于分子束外延MBE生长的InAsxSb1-x材料来说，组分的控制对材料后续工艺至关重要。特别的InAsxSb1-x材料中As组分的大小，对材料波长的控制十分重要，但InAsxSb1-x材料光致发光信号较弱，需要制作成器件测试器件响应值得到材料的发光波长。
发明内容
本发明实施例提供一种铟砷锑组分确定方法及装置，实现不用制作器件测试响应值，即可得到材料的发光波长，减少制造成本。
第一方面，本发明实施例提供一种铟砷锑组分确定方法，包括：
将预先装入样品的样品室降温至预设温度；
将预设功率下激光器发出的激光入射至预设温度的样品上；
基于获取的所述样品的光致发光信号确定对应的组分数据。
可选的，将预先装入样品的样品室抽真空后降温至预设温度之前，还包括：
通过预设方法在衬底上生长InAsxSb1-x材料，以获得所述样品。
可选的，将预设功率下激光器发出的激光入射至预设温度的样品上，包括：
开启预设功率下的激光器发出连续激光；
将所述连续激光通过斩波器调制成交变信号后入射到所述预设温度的样品上。
可选的，基于获取的所述样品的光致发光信号确定对应的组分数据，包括：
通过预先抽真空后的干涉仪将所述样品产生的光致发光信号传入锁相放大器进行处理，以获得光致发光信号谱图。
可选的，基于获取的所述样品的光致发光信号确定对应的组分数据，还包括：
根据所述光致发光信号谱图确定目标材料的禁带宽度；
基于所述目标材料的禁带宽度确定对应的组分数据。
可选的，基于所述目标材料的禁带宽度确定对应的组分数据，包括：
通过所述目标材料的禁带宽度与所述预设温度以及组分数据之间的数学关系确定对应的组分数据。
第二方面，本发明实施例提供一种铟砷锑组分确定装置，包括：
控温单元，用于将预先装入样品的样品室降温至预设温度；
激光器，用于在预设功率下发出的激光入射至预设温度的样品上；
数据处理单元，用于基于获取的所述样品的光致发光信号确定对应的组分数据。
本发明实施例通过将预先装入样品的样品室降温至预设温度，能够极大减少背景辐射对材料信号的影响，从而实现精确获取铟砷锑材料中的组分大小，不用制作器件测试响应值，即可得到材料的发光波长。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明第一实施例装置结构示意图；
图2为本发明第一实施例流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
本发明第一实施例提供一种铟砷锑组分确定方法，如图2所示，包括以下具体步骤：
S10、将预先装入样品的样品室降温至预设温度；
S20、将预设功率下激光器发出的激光入射至预设温度的样品上；
S30、基于获取的所述样品的光致发光信号确定对应的组分数据。
如图1所示，实现本发明方法的装置主要包括五部分：激光器7、样品室、控温单元、傅里叶红外光谱系统和信号调制处理系统。控温单元包括与样品室连接的降温连接件2和温度控制器4。傅里叶红外光谱系统，包括迈克尔逊干涉仪6和真空泵5，信号调制系统包括斩波器8、锁相放大器9、电路控制板10和计算机11，其中，真空泵5连接在迈克尔逊干涉仪6上，迈克尔逊干涉仪6包括反射镜组61、分束器63、定镜62、反射镜64、动镜65以及探测器66。
本发明方法在样品1室放入样品后通过温度控制器4对样品室进行降温以达到预设温度，在具体实现是可以采用将液氮/液氦3通过降温连接件2连接到样品室的方式实现对样品的降温，本实施例中通过对样品进行降温减少背景辐射对材料信号的影响，从而实现不用制作器件测试响应值，即可得到材料的发光波长，减少了制造的成本。
可选的，将预先装入样品的样品室抽真空后降温至预设温度之前，还包括：
通过预设方法在衬底上生长InAsxSb1-x材料，以获得所述样品。
具体的说，在具体实施过程中可以采用分子束外延技术(MBE)在GaSb衬底上生长InAsSb材料，由此获得样品，然后可以将所获得的样品放入样品室中等待降温处理。
可选的，将预设功率下激光器发出的激光入射至预设温度的样品上，包括：
开启预设功率下的激光器发出连续激光；
将所述连续激光通过斩波器调制成交变信号后入射到所述预设温度的样品上。
具体的说，在对样品降温完成后，本实施例中进一步对样品进行信号采集，首先设置激光器的功率，例如可以是100mW，然后打开设置好的激光器发出连续激光，如图1所示，激光器发出连续激光通过斩波器调制成交变信号后入射到样品上，由此经过调制的激光入射到样品上，样品可以产生红外调制光致发光信号。
可选的，基于获取的所述样品的光致发光信号确定对应的组分数据，包括：
通过预先抽真空后的干涉仪将所述样品产生的光致发光信号传入锁相放大器进行处理，以获得光致发光信号谱图。
本实施例中进一步对前述样品产生的红外调制光致发光信号进行处理，具体包括，通过预先抽真空后的干涉仪来获取前述光致发光信号，通过经干涉仪的动镜65和定镜62反射后输入探测器，然后通过探测器将信号输入顺次连接的锁相放大器9和电路控制板10，由此可以在计算机11上获得材料的光致发光信号谱图，本实施例中使样品以及样品发光信号采集光路处于真空环境中能够减少空气对光信号的影响，能够进一步提高本发明方法计算的精确度。
可选的，基于获取的所述样品的光致发光信号确定对应的组分数据，还包括：
根据所述光致发光信号谱图确定目标材料的禁带宽度；
基于所述目标材料的禁带宽度确定对应的组分数据。
基于前述实施例对光学腔抽真空并降低测试温度，得到InAsxSb1-x材料的光致发光信号后，本实施例中进一步得到InAsxSb1-x材料的禁带宽度。通过InAsxSb1-x的禁带宽度确定出材料的As组分。本发明方法能过在不损伤样品的情况下，能够快速测定InAsxSb1-x材料中As组分的方法，且测试结果精确。
可选的，基于所述目标材料的禁带宽度确定对应的组分数据，包括：
通过所述目标材料的禁带宽度与所述预设温度以及组分数据之间的数学关系确定对应的组分数据。
进一步，本实施例中，可以从光谱图得出InAsxSb1-x材料发光信号波长λ，由公式Eg＝1.24/λ得出材料禁带宽度Eg。通过InAsxSb1-x的禁带宽度(Eg)和其成分x和温度T的关系式计算出材料的As组分，满足：
其中，T为测试温度可以通过温度控制器4获得，x为组分，由此可以反向求解出对应的组分数据。
InAsxSb1-x材料的光致发光信号较弱，本发明方法通过样品台液氮/液氦降温减少背景辐射对材料信号的影响，使样品以及样品发光信号处于真空环境中能够减少空气对光信号的影响。不用制作器件测试响应值，即可得到材料的发光波长，减少了制造成本。
实施例二
本发明第二实施例提供一种铟砷锑组分确定方法，本实施例中以确定As的材料组分为例进行举例说明。
实现本发明方法的装置主要包括五部分：激光器7、样品室、控温单元、傅里叶红外光谱系统和信号调制处理系统。控温单元包括与样品室连接的降温连接件2和温度控制器4。傅里叶红外光谱系统，包括迈克尔逊干涉仪6和真空泵5，信号调制系统包括斩波器8、锁相放大器9、电路控制板10和计算机11，其中，真空泵5连接在迈克尔逊干涉仪6上，迈克尔逊干涉仪6包括反射镜组61、分束器63、定镜62、反射镜64、动镜65以及探测器66。
步骤1、用MBE方法在GaSb衬底上生长InAsxSb1-x材料。
步骤2、将样品装入样品室
步骤3、打开傅里叶红外光谱系统真空泵，使光路处于真空状态
步骤4、连接降温连接件，根据所需温度选择液氦或者液氮进行降温，设置测试温度，使用温度控制器使温度达到设定值
步骤5、激光器功率设置成100mW，打开激光器发出连续激光，经斩波器调制成交变信号，经调制的激光入射到样品上产生红外调制光致发光信号。
步骤6、红外调制光致发光信号进入干涉仪，经干涉仪动镜和定镜反射后输入探测器。
步骤7、探测器连接锁相放大器，锁相放大器信号输入电路控制板，最终在计算机上得到材料的光致发光信号谱图。
步骤8、从光谱图得出InAsxSb1-x材料发光信号波长λ，由公式Eg＝1.24/λ得出材料禁带宽度Eg。将Eg和测试温度T代入公式
计算得出InAsxSb1-x材料中As的组分x。
本实施例方法对光学腔抽真空并降低测试温度，得到InAsxSb1-x材料的光致发光信号，进一步得到InAsxSb1-x材料的禁带宽度。通过InAsxSb1-x的禁带宽度(Eg)和其成分x和温度T的关系式计算出材料的As组分。本实施例方法增强了材料的信号强度，能够在不损伤样品的情况下，快速测定InAsxSb1-x材料中As组分的方法，且测试结果精确。采用本发明方法能够实现不用制作器件测试响应值，即可得到材料的发光波长，减少了制造成本。
实施例三
本发明第三实施例提供一种铟砷锑组分确定装置，包括：
控温单元，用于将预先装入样品的样品室抽真空后降温至预设温度；
激光器，用于在预设功率下发出的激光入射至预设温度的样品上；
数据处理单元，用于基于获取的所述样品的致发光信号确定对应的组分数据。
装置主要包括五部分：激光器7、样品室、控温单元、傅里叶红外光谱系统和信号调制处理系统。控温单元包括与样品室连接的降温连接件2和温度控制器4。傅里叶红外光谱系统，包括迈克尔逊干涉仪6和真空泵5，信号调制系统包括斩波器8、锁相放大器9、电路控制板10和计算机11，数据处理单元可以是计算机11也可以是其他具备出具处理能力的设备，其中，真空泵5连接在迈克尔逊干涉仪6上，迈克尔逊干涉仪6包括反射镜组61、分束器63、定镜62、反射镜64、动镜65以及探测器66。
本实施例装置增强了材料的信号强度，能够在不损伤样品的情况下，快速测定InAsxSb1-x材料中组分的方法，且测试结果精确。采用本发明方法能够实现不用制作器件测试响应值，即可得到材料的发光波长，减少了制造成本。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种铟砷锑组分确定方法，其特征在于，包括：
将预先装入样品的样品室降温至预设温度；
将预设功率下激光器发出的激光入射至预设温度的样品上；
基于获取的所述样品的光致发光信号确定对应的组分数据。
2.如权利要求1所述的铟砷锑组分确定方法，其特征在于，将预先装入样品的样品室抽真空后降温至预设温度之前，还包括：
通过预设方法在衬底上生长InAsxSb1-x材料，以获得所述样品。
3.如权利要求1所述的铟砷锑组分确定方法，其特征在于，将预设功率下激光器发出的激光入射至预设温度的样品上，包括：
开启预设功率下的激光器发出连续激光；
将所述连续激光通过斩波器调制成交变信号后入射到所述预设温度的样品上。
4.如权利要求3所述的铟砷锑组分确定方法，其特征在于，基于获取的所述样品的光致发光信号确定对应的组分数据，包括：
通过预先抽真空后的干涉仪将所述样品产生的光致发光信号传入锁相放大器进行处理，以获得光致发光信号谱图。
5.如权利要求4所述的铟砷锑组分确定方法，其特征在于，基于获取的所述样品的光致发光信号确定对应的组分数据，还包括：
根据所述光致发光信号谱图确定目标材料的禁带宽度；
基于所述目标材料的禁带宽度确定对应的组分数据。
6.如权利要求5所述铟砷锑组分确定方法，其特征在于，基于所述目标材料的禁带宽度确定对应的组分数据，包括：
通过所述目标材料的禁带宽度与所述预设温度以及组分数据之间的数学关系确定对应的组分数据。
7.一种铟砷锑组分确定装置，其特征在于，包括：
控温单元，用于将预先装入样品的样品室降温至预设温度；
激光器，用于在预设功率下发出的激光入射至预设温度的样品上；
数据处理单元，用于基于获取的所述样品的光致发光信号确定对应的组分数据。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112014359B (zh) | 2024-04-19 |
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