CN112730240A - 钙钛矿半导体led的多功能集成化在线测试系统 - Google Patents

Abstract

一种钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，属于新型能源、材料和电子技术领域。本发明的目的是通过光泵浦和电泵浦钙钛矿半导体LED的方法分别研究钙钛矿半导体LED器件在光泵浦及电泵浦下的运行机制，有助于明确钙钛矿半导体LED的工作机制及老化机理的钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统。本发明包括连续激光器、脉冲激光器、拉曼激光器、短波发光二极管。本发明对于进行钙钛矿材料及基于钙钛矿材料的光电器件所开展研究的新型能源企业有重要价值，能够有效提高企业的生产效率，研究钙钛矿器件内的光物理过程，明确钙钛矿半导体LED器件内的载流子过程以及分析器件物理都有重要价值。

Description

钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统

技术领域

本发明属于新型能源、材料和电子技术领域。

背景技术

目前基于钙钛矿材料的光电器件各方面性能得到大幅度提升，但相对于商用光电器件仍有较大差距。在整个钙钛矿光电器件中钙钛矿半导体材料本身占据着最重要的地位，因此科研人员在对钙钛矿材料自身的表征和研究中投入了大量努力，并开发了众多优秀的测试系统，这直接推动了近年来钙钛矿半导体太阳能电池、钙钛矿半导体LED的迅猛发展。然而对于汇聚多种功能层材料于一体的钙钛矿半导体光电器件特别是钙钛矿半导体LED而言，仅仅关注钙钛矿半导体材料自身显然是不完备的，原因至少包括下面四点：首先在钙钛矿半导体LED制备过程中与钙钛矿材料紧邻的两层物质的化学性质对于钙钛矿材料的结晶以及稳定性会有很大的影响；其次，钙钛矿半导体LED中使用的载流子注入和载流子传输层对于器件的影响非常显著，会极大地影响器件性能；再者，多功能层的叠层器件引入的众多表界面对于钙钛矿材料自身以及最终的LED器件都有很大的影响；最后，传输层自身的稳定性会极大地限制器件的稳定性，比如目前钙钛矿半导体太阳能电池中最常用的空穴传输层Spiro-OMeTAD以及钙钛矿半导体LED中常用的PEDOT:PSS等都会导致器件不稳定。当前对于钙钛矿半导体LED器件的表征多仅限于钙钛矿半导体材料本身——通过多种表征仪器进行测试，例如通过光致量子效率测试、荧光光谱测试、SEM、XRD等测试技术来分析钙钛矿该有源层材料的成分及性能，但缺乏对钙钛矿半导体LED器件的全方面测试与分析。大部分研究组对于最终器件的表征还不够完善，大部分仅对器件效率、电流电压特性以及寿命进行了测试，而从多个角度对器件的性能进行分析及研究做得还不够全面，这对于最终实现高效、稳定的能够商用化的钙钛矿光电器件显然是无益的。

发明内容

本发明的目的是通过光泵浦和电泵浦钙钛矿半导体LED的方法分别研究钙钛矿半导体LED器件在光泵浦及电泵浦下的运行机制，有助于明确钙钛矿半导体LED的工作机制及老化机理的钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统。

本发明包括连续激光器、脉冲激光器、拉曼激光器、短波发光二极管、空间光、FC接口导轨、FC接口、光纤、积分球观察窗、积分球、器件固定座、三维平移台、电源线、器件光致发光与电致发光示意图、吉时利源表、脉冲电源、半导体特性分析仪、FC接口座、光纤、滤光片、光纤、光谱仪、数据线、电脑、电脑控制三维平移台的信号线、电脑控制电源的信号线，滤光片，光电探测器；

连续激光器：作为荧光量子产率测试所使用的光源，其波长为405 nm，常用功率范围覆盖0.1 ~ 500 mW，满足变激发强度测量PLQY的要求；

脉冲激光器：用作高激发功率的瞬态泵浦光源，其主要特点为最高功率10 W，最窄单脉冲脉宽100 fs，最高单脉冲能量200 uJ，最小重频1Hz，波长在200 ~ 1000 nm范围内连续可调；

拉曼激光器：作为拉曼光谱测试的必备光源，主要特性在于线宽极窄的单纵模激光，并且需要优异的光谱稳定性和功率稳定性；

短波长发光二极管光源：用来为钙钛矿半导体材料的PL光谱测试提供光源，选用峰值波长为405 nm的深蓝光发光二极管；

积分球系统：集成了一个积分球、集成了多个FC光纤接口、多个线缆接口、一个观察窗、一个器件固定座及一个三维平移台；多个FC光纤接口用于引入光源系统产生的光子并导出钙钛矿半导体LED器件所产生的光子；多个线缆接口用于从源表引入驱动钙钛矿半导体LED器件的电缆线；观察窗用以确定激发光斑在样品上的激发区域且能够观察LED器件工作时的发光状态，该观察窗可与CCD连接集成；器件固定座用于固定和连接完成封装后的钙钛矿半导体LED器件，并且根据不同的器件封装方式更换不同的引脚座，不同的引脚座由螺丝固定在器件固定座上；三维平移台用于在XYZ三维尺度上对底座上的钙钛矿半导体LED器件进行平移，可以调整激发光斑在钙钛矿半导体材料上的激发位置；

光谱仪系统：包括了两套不同的光谱探测装置，第一套用于探测钙钛矿半导体LED器件的荧光信号，第二套用于探测钙钛矿半导体LED器件中功能层材料的拉曼信号，两套探测装置都需要用到光纤、滤光片/衰减片安装座；

电源系统：包括三套不同的设备源表吉时利2400、脉冲电源AVTECH AV1015B以及半导体分析仪吉时利4200；测量钙钛矿半导体LED器件电流电压特性、电压亮度特性以及电流-外量子效率特性时由吉时利2400供电，其电流、电压动态范围分别为10 pA到10 A, 10uV到1100 V，准确度可以达到0.012%；脉冲电源AVTECH AV1015B用于研究钙钛矿半导体LED器件再脉冲电压驱动下的工作特性，AVTECH AV1015B能够提供超过100 V的脉冲电压，最高的单脉冲输出功率能够达到12.5 W，脉冲信号的上升沿宽度小于7 ns下降沿宽度小于4ns，在100V输出时最多可以实现1 MHz重频；

电脑主机系统承担对各个子系统进行通讯及指令控制，通过对各个子系统发送指令，可控制各个子系统的工作状态。

本发明拉曼激光器需要使用到两种不同波长的拉曼激光器，分别为峰值在980 nm和364 nm的单模激光器，光谱线宽<0.2 nm；980 nm的激光器用于红光以及红外钙钛矿材料的拉曼测试，由于拉曼效应强度与波长的四次方成反比，因此在使用980 nm的激光器作为拉曼光源时需要更高的功率，这里需要功率1 ~ 800 mW连续可调。

本发明系统初始化流程：光源、需要用到的电源、需要测试的内容，检测正常后，执行与光谱仪模块的指令交互，检测正常后，执行与光源模块的指令交互，检测正常后，与电源模块进行指令交互，检测正常后，将初始化信息显示到人机交互界面，方便工作人员查看。

本发明脉冲激光器作用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程：首先打开测试系统及测试软件，确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下，初始化正常，设置板卡的采样深度、采样间隔、分辨率、分频以及采样时间，其中荧光衰减时间测量是通过高增益光电探测器连接板卡实现，板卡集成到PC主机中，确认完成后再通过上位机软件采集暗光谱并扣除背底，扣除完成后应确认此时的暗噪声计数值小于10，若未达到该要求则需检查上述操作是否按流程进行并在此进行扣背景噪声操作，直到暗噪声计数值小于10，再打开脉冲激光器，设置激发功率、激发脉宽、能量密度，待激光计数数值稳定后，在软件上确认采集激发光谱，并设置激发光谱范围为360 nm到440 nm，然后调节三维平移台将积分球底部放置器件样品的器件固定座从积分球中移出并将样品固定在器件固定座上，确定样品放置稳固后调节三维平移台回到初始位置。

本发明拉曼激光器作用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程：首先打开测试系统及测试软件，确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下，初始化正常，通过PLQY测试软件将拉曼光谱仪QE Pro与电脑建立通讯并调节光谱仪测试参数，标准设置积分时间为100 ms、平滑次数5次、平滑度为3，完成上述操作后需要对积分球以及光谱系统扣除暗背底，扣除背底之前需再次确认积分球内没有放置任何光源、输入积分球的光纤无光源输入、积分球保持关闭状态，确认完成后再通过测试软件采集暗光谱并扣除背底。

本发明短波发光二极管用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程：首先打开测试系统及测试软件确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下，通过PLQY测试软件将海洋光谱仪QE Pro与电脑建立通讯并调节光谱仪测试参数，标准设置积分时间为100 ms、平滑次数5次、平滑度为3，完成上述操作后需要对积分球以及光谱系统扣除暗背底，扣除背底之前，需再次确认积分球内没有放置任何光源、输入积分球的光纤无光源输入、积分球保持关闭状态，确认完成后，再通过测试软件采集暗光谱并扣除背底，扣除完成后，应确认此时的暗噪声计数值小于10，若未达到该要求则需检查上述操作是否按流程进行并在此进行扣背底操作直到暗噪声计数值小于10。

本发明半导体特性分析仪测试钙钛矿半导体LED的工作流程：首先打开测试系统及测试软件确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下，在上位机界面选择需要测试的项目，包括需要对器件扫描的方式，要测试的项目，分别包括电容-电压特性、电容-频率特性等，完成背底扣除后再打开半导体特性分析仪4200，选择对应的SMU模块，然后调节三维平移台将积分球底部放置器件样品的器件固定座从积分球中移出并将样品固定在器件固定座上，确定样品放置稳固后调节三维平移台回到初始位置。

本发明对于进行钙钛矿材料及基于钙钛矿材料的光电器件所开展研究的新型能源企业有重要价值，能够有效提高企业的生产效率，无论是更有效的发现和解决问题还是日后更快的进行出厂质量检测，该系统都能提供必要的帮助。对于科研单位而言，该原位测试系统更有助于科研人员获得更多更丰富的数据信息，对于从本质上解决钙钛矿材料问题，研究钙钛矿器件内的光物理过程，明确钙钛矿半导体LED器件内的载流子过程以及分析器件物理都有重要价值。

附图说明

图1是本发明中原位光泵浦和电泵浦LED的多功能集成化在线测试系统；

图2是系统初始化流程图；

图3是本发明中脉冲激光器作用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程图；

图4是本发明中拉曼激光器作用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程图；

图5是本发明中短波发光二极管用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程图；

图6是半导体特性分析仪测试钙钛矿半导体LED的工作流程图；

图7是本发明中连续激光器作用于钙钛矿半导体薄膜测试流程图；

图8是本发明中钙钛矿半导体LED电致荧光外量子效率测试流程图；

图9是本发明中脉冲光-连续电信号作用于钙钛矿半导体LED的工作流程图；

图10是本发明中连续光-脉冲电信号作用于钙钛矿半导体LED的工作流程图；

图11是本发明中脉冲光-脉冲电信号作用时工作流程图。

具体实施方式

本发明为了更好的研究钙钛矿光电器件的工作原理和老化机制，本发明提出了一种集成光泵浦与电泵浦为一体的多功能的原位钙钛矿半导体LED在线测试系统。为指导LED材料设计及LED器件结构优化做出促进作用，为最终实现基于钙钛矿材料的器件商业化应用起到推动作用。本发明包括光源系统、积分球系统、光谱仪系统、电源系统和电脑主机系统。积分球系统中装配有用于放置LED器件的驱动底座，并且拥有三维平移台用于对LED器件的位置进行XYZ三个维度方向的调整；光源系统为待测LED器件提供脉冲、连续、拉曼等泵浦光源；光谱仪系统为准确测量荧光光谱、拉曼光谱以及光子计数提供了三套全面的光谱设备，包括海洋光谱仪、拉曼光谱仪和光电探测器；电源系统为待测器件LED提供泵浦电源和精密的电学测试设备；电脑主机系统为数据处理的上位机，一方面承担对积分球系统、光源系统、电源系统进行指令控制的功能，另一方面承担对基于钙钛矿材料的LED测试数据进行数据处理的功能。该原位集成测试系统本质上是将常用于钙钛矿材料的光学表征手段以及用于钙钛矿半导体LED器件的电学表征手段结合在一套设备中，进而可以实现实时甚至同时监测钙钛矿半导体LED器件中钙钛矿功能层的性质变化以及钙钛矿半导体LED器件作为一个整体的性能变化。当前很多有关于材料和最终器件的表征设备都是分离的，很难进行这样多方面的集成的实时的在线测试，该发明中提到的新系统的出现可以很好的解决这一问题，这样不仅简化了测试的繁琐程度、同时还提高了获取器件信息的效率。

本发明所要解决的技术问题在于一方面是目前器件的光电表征多是基于多个独立的测试仪器，例如光致荧光量子效率测试系统、电致荧光外量子效率测试系统，均是采用独立测试仪器实现，暂时没有可实现多功能、集成化的测试系统对器件进行原位多手段同时监测，导致不同测试仪器测试的结果难以一一对应；另一方面由于目前器件测试手段多是分离的测试状态，例如对于电致荧光量子效率测试，无法做到器件同时工作在光泵浦和电泵浦的条件下，以研究器件的工作机制及老化机理。本发明所提出的一种原位光泵浦和电泵浦钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，可实现钙钛矿半导体LED器件同时工作在光泵浦和电泵浦条件下，通过对光泵浦源、电泵浦源进行同时驱动、交替驱动，可探究在不同驱动条件下钙钛矿半导体LED器件的工作机制，同时集成了其它常用的光学和电学表征手段，包括了瞬态荧光分析、拉曼光谱测量以及阻抗谱分析等部分，从而实现无需转移改换多个测试系统对器件进行测试，仅用一套测试系统就可以完成对器件进行原位多手段检测的目的。

本发明通过光泵浦和电泵浦钙钛矿半导体LED的方法分别研究钙钛矿半导体LED器件在光泵浦及电泵浦下的运行机制，有助于明确钙钛矿半导体LED的工作机制及老化机理，为指导钙钛矿半导体LED材料设计及优化器件结构做出促进作用，为最终实现基于钙钛矿材料的光电器件商业化应用起到推动作用。

本发明适用于进行钙钛矿材料及基于钙钛矿材料的光电器件开展研究的实验室或新型能源企业，以探究钙钛矿材料生长过程中所发生的变化为着眼点，以优化基于钙钛矿材料的光电器件为方向，为基于钙钛矿材料的光电器件得到商业化应用做出积极推进作用。本发明的技术和方法同样适用于其它原位生长的材料的研究，以明确材料生长过程的变化，为人们充分了解材料性能并拓展为实用化器件提供研究思路和方法。

本发明中原位光泵浦和电泵浦钙钛矿半导体LED多功能集成化在线测试系统由以下五个子系统组成。

光源系统：为待测LED器件提供探测光源，包括一台连续激光器、一台脉冲激光器、两台拉曼激光器和一个短波长LED光源。主要用于对钙钛矿材料以及钙钛矿半导体LED器件的光学性能相关表征提供可靠光源，执行对样品监测过程中给予激发光的作用，有助于光谱仪模块监测到钙钛矿材料的性质变化。

积分球系统：为整个系统提供可靠的光学监测手段，主要包括了积分球、、光纤滤光片/衰减器安装座、多根光纤、滤光片等。主要用于对钙钛矿材料以及钙钛矿半导体LED产生的光致以及电致荧光信号进行收集、探测，是分析钙钛矿材料以及钙钛矿半导体LED器件性质最必不可少的组成部分之一。基于积分球的系统可收集钙钛矿半导体LED在光致或电致下的荧光信号，有助于研究者直接分析得到荧光光谱、荧光量子效率。

光谱仪系统：光谱仪系统包含高信噪比海洋光纤光谱仪以及拉曼光谱仪，其中高信噪比光谱仪用于测量激光信号、光致荧光信号和电致荧光信号，拉曼光谱仪用于测量拉曼激光器作用到样品后所产生的拉曼信号。

电源系统：为器件电学测试提供驱动电源与测量电表，主要包括一台吉时利源表、一台脉冲电源、半导体特性分析仪以及多条电缆线和信号线。利用脉冲电源实现对钙钛矿半导体LED的脉冲驱动，有利于研究钙钛矿半导体LED在脉冲驱动下的电流-电压特性、亮度-电压特性等信息。脉冲的工作方式能够显著减小器件工作时的热效应，为进一步理解钙钛矿半导体LED的工作原理以及分析钙钛矿半导体LED器件工作的稳定性提供重要的手段。同时，脉冲电源还能够提供更高的瞬时驱动功率以获得更极限条件下器件的工作数据。至于半导体特性分析仪，通过测量基于不同钙钛矿材料所制备的钙钛矿半导体LED的电容-电压特性、电容-频率特性，不仅能分析基于不同材料的器件的性能，同时可对器件的工作过程进行更好的表征和研究，提取出更多有用的信息，这对于分析器件的工作机制以及老化机理有重要意义。

电脑主机系统：其特征在于电脑主机中包括了整套集成在线系统的控制软件、数据采集和分析软件，可以非常简单的实现自动化控制并且提供基本的数据分析功能，可降低了学习成本并且极大的提高了测试效率。其它组件主要是连接到系统各个部分的数据连接线以及信号线。

以下结合附图，对本发明实施例进行清楚、完整的描述：

图1为原位光泵浦和电泵浦LED的多功能集成化在线测试系统。系统包括连续激光器101、脉冲激光器102、拉曼激光器103、短波发光二极管104、空间光105、FC接口导轨106、FC接口107、光纤108、积分球观察窗201、积分球202、器件固定座203、三维平移台204、电源线205、器件光致发光与电致发光示意图206、吉时利源表301、脉冲电源302、半导体特性分析仪303、FC接口座401、光纤402、滤光片403、光纤404、光谱仪405、数据线501、电脑502、电脑控制三维平移台的信号线503、电脑控制电源的信号线504，滤光片601，光电探测器602。

本发明连续激光器101、脉冲激光器102、拉曼激光器103、短波发光二极管104是固定到带FC接口导轨106的光学平台上，不同光源的出光口和带有光纤的FC接口107均在一个水平面以方便光路的对正，不同光源所激发的光均以空间光105输出到带有光纤的FC接口107上，在进行光致荧光量子效率测量时，根据不同测试需求选择对应光源时，只需要移动FC接口导轨106与光源进行光路对正，即可保证光源的空间光105入射，进入FC接口107的激发光经由光纤108进入积分球202，光源激发光能够照射到放置在器件固定座203上的薄膜或者器件，三维平移台204用来移动薄膜或者器件以保证激发光能够辐照到样品不同的测试区域，待测样品在光致发光、电致发光时如206所示，积分球观察窗201用来查看放置到器件固定座203上的薄膜或者器件的位置，以方便光致或电致时样品位置的对应，吉时利源表301、脉冲电源302、半导体特性分析仪303作为研究不同参数的电源，可通过切换电源线205来选择连接到器件固定座203上的激发电源，待测样品在电致或者光致下发出的激发光通过FC接口座401进入光纤402，滤光片403用于滤除光致时的激发光，以得到待测样品的荧光，然后通过光纤404进入光谱仪405，光谱仪输出的信号经过数据线501连接到电脑502，将测试数据实时传输到上位机软件上，当用脉冲激发光、脉冲激发电源来激发待测样品以查看荧光衰减时间时，需要通过滤光片601滤除激发光，得到纯净的待测样品信号进入光电探测器602，光电探测器602输出的信号进入电脑502的上位机以进行分析，三维平移台204、电源模块均需要与电脑502进行数据交互，其交互信号分别是通过电脑控制三维平移台的信号线503、电脑控制电源的信号线504来实现。

所包含模块的详细说明

连续激光器作为荧光量子产率测试所使用的光源，其波长为405 nm，常用功率范围覆盖0.1 ~ 500 mW。其波长可向下或向上兼容，更短波长的紫外激光器与更长波长的蓝光激光器同样适用于该系统。功率范围向上兼容但受限于海洋光谱仪65535的最大计数范围，通过在光线进入海洋光谱仪之前添加适当的中性衰减片可以避免过早饱和进而获得更高的允许激发强度。连续激光器主要用于测量LED器件内有源层钙钛矿半导体材料的荧光量子产率（PLQY），并且可以满足变激发强度测量PLQY的要求。

脉冲激光器用作高激发功率的瞬态泵浦光源，其主要特点为最高功率10 W，最窄单脉冲脉宽100 fs，最高单脉冲能量200 uJ，最小重频1Hz，波长在200 ~ 1000 nm范围内连续可调。原则上各种类型的脉冲激光器均可兼容。该脉冲激光器可以实现三个重要功能：一是待测样品在脉冲激光激发条件下的荧光衰减过程，荧光衰减过程是对发光材料中自由载流子以及激子所经历的物理过程最直接的反应，是半导体材料内激子复合、缺陷态辅助单分子复合、双分子辐射复合以及三分子俄歇复合过程相互竞争的直接表现。荧光寿命与PLQY数据结合可以作为判断钙钛矿材料中缺陷态数目的最基本判据。二是可以用来研究脉冲光对于电致发光的调制作用。三是脉冲激光器作为高功率的泵浦源，可以用来研究钙钛矿材料的ASE以及光致激光的相关性质。目前基于钙钛矿光致激光的研究发展十分迅速，钙钛矿电致激光的研究也成为了一项关键问题，该系统由助于更便捷的研究钙钛矿材料中的受激辐射过程与增益性质。

拉曼激光器作为拉曼光谱测试的必备光源，主要特性在于线宽极窄的单纵模激光，并且需要优异的光谱稳定性和功率稳定性。这里需要使用到两种不同波长的拉曼激光器，分别为峰值在980 nm和364 nm的单模激光器，光谱线宽<0.2 nm。980 nm的激光器用于红光以及红外钙钛矿材料的拉曼测试，由于拉曼效应强度与波长的四次方成反比，因此在使用980 nm的激光器作为拉曼光源时需要更高的功率，这里需要功率1 ~ 800 mW连续可调。选用980 nm激光器的第二点考虑在于需要避开绝大多数钙钛矿材料的荧光波长从而提高拉曼信号的信噪比，同时还能尽量减少更长波长的红外激光器带来的热效应的影响。对于绿光和蓝光钙钛矿材料该系统选用364 nm的激光器来测试拉曼光谱，由于紫外波段拉曼效应显著增强，因此功率只需1 ~ 100 mW连续可调。

短波长发光二极管光源用来为钙钛矿半导体材料的PL光谱测试提供光源，相比连续激光器，短波长发光二极管具有更小的体积、更小的驱动电压、成本更低输出光强更稳定等优势。这里选用峰值波长为405 nm的深蓝光发光二极管，其它的短波长二极管也同样适配。发光二极管光源最大的优势在于其光谱范围相对于连续激光器来说光谱范围更宽，因此在光谱仪饱和范围之内能够提供更多的激发光子数，对于探测发光性能较弱的荧光样品更有优势。

积分球系统集成了一个积分球、集成了多个FC光纤接口、多个线缆接口、一个观察窗、一个器件固定座及一个三维平移台。多个FC光纤接口用于引入光源系统产生的光子并导出钙钛矿半导体LED器件所产生的光子。多个线缆接口用于从源表引入驱动钙钛矿半导体LED器件的电缆线。观察窗用以确定激发光斑在样品上的激发区域且能够观察LED器件工作时的发光状态，该观察窗可与CCD连接集成。器件固定座用于固定和连接完成封装后的钙钛矿半导体LED器件，并且可以根据不同的器件封装方式更换不同的引脚座，不同的引脚座由螺丝固定在器件固定座上。三维平移台用于在XYZ三维尺度上对底座上的钙钛矿半导体LED器件进行平移，可以调整激发光斑在钙钛矿半导体材料上的激发位置

光谱仪系统包括了两套不同的光谱探测装置，第一套用于探测钙钛矿半导体LED器件的荧光信号，第二套用于探测钙钛矿半导体LED器件中功能层材料的拉曼信号。两套探测装置都需要用到光纤、滤光片/衰减片安装座。探测荧光信号的装置配备425 nm高通滤波片过滤激发光的同时保证荧光信号不受衰减，测试变激发强度的PLQY时需将该高通滤波片换为可调中性滤光片，其O.D.在0~ 4范围内连续可调。光谱仪使用海洋光纤光谱仪QE Pro，波长探测范围350 ~ 1100 nm，波长分辨率7.7 nm，波长步长为0.73 nm。探测拉曼信号的装置针对两套不同的拉曼激光器光源配备了两种不同的高截止深度的窄带滤光片用于屏蔽拉曼光源的信号以增加拉曼信号的衬度，两窄带滤光片的中心波长分别为980 nm和364nm，光谱仪选用拉曼光谱仪IsoPlane 81，可探测的波长范围为200 ~ 1100 nm分辨率能够达到3cm^-1。

电源系统包括三套不同的设备源表吉时利2400、脉冲电源AVTECH AV1015B以及半导体分析仪吉时利4200。测量钙钛矿半导体LED器件电流电压特性、电压亮度特性以及电流-外量子效率特性时由吉时利2400供电，其电流、电压动态范围分别为10 pA到10 A, 10uV到1100 V，准确度可以达到0.012%，通过吉时利2400可以获得钙钛矿半导体LED器件直流驱动时的精确电学性能，与准确的荧光信号测量仪器实现了器件EQE的准确测量。脉冲电源AVTECH AV1015B用于研究钙钛矿半导体LED器件再脉冲电压驱动下的工作特性，AVTECHAV1015B能够提供超过100 V的脉冲电压，最高的单脉冲输出功率能够达到12.5 W，脉冲信号的上升沿宽度小于7 ns下降沿宽度小于4ns，在100V输出时最多可以实现1 MHz重频。利用脉冲信号驱动钙钛矿半导体LED有两点关键意义，第一可以用于探究钙钛矿半导体LED对于电脉冲驱动的响应速度对于研究基于钙钛矿半导体LED的电信号调制有重要意义；第二，脉冲电压驱动工作下的钙钛矿半导体LED可以显著减小直流电压驱动下的热效应，因此使得能够在排除了热累积损伤的干扰下钙钛矿半导体LED自身的耐压稳定性以及能够达到的最高亮度，对研究钙钛矿半导体LED器件的稳定性提供了新的平台。半导体特性分析仪通过测量基于不同钙钛矿材料所制备的钙钛矿半导体LED的电容-电压特性、电容-频率特性，能否分析基于不同材料的器件的性能，同时可对器件的工作过程进行更好的表征和研究，提取出更多有用的信息，这对于分析器件的工作以及老化过程有重要意义。脉冲电源承担，利用脉冲电源实现对钙钛矿半导体LED的脉冲驱动，有利于研究钙钛矿半导体LED在脉冲驱动下的电流-电压特性、亮度-电压特性等信息。脉冲的工作方式能够显著减小器件工作时的热效应，为进一步理解钙钛矿半导体LED的工作原理以及分析钙钛矿半导体LED器件工作的稳定性提供了重要的手段。

电脑主机系统承担对各个子系统进行通讯及指令控制，通过对各个子系统发送指令，可控制各个子系统的工作状态，其集成在线系统的控制软件、数据采集和分析软件，可以非常简单的实现自动化控制并且提供基本的数据分析功能，可降低了学习成本并且极大的提高了测试效率。其它组件主要是连接到系统各个部分的数据连接线以及信号线。

各个子系统的操作流程图

系统初始化流程图

图2为PC系统软件初始化流程图。开机后先进行初始化自检，接下来在软件界面选择需要测试的项目，包括选择需要用到的光源、需要用到的电源、需要测试的内容，检测正常后，执行与光谱仪模块的指令交互，检测正常后，执行与光源模块的指令交互，检测正常后，与电源模块进行指令交互，检测正常后，将初始化信息显示到人机交互界面，方便工作人员查看。PC系统软件与子模块进行指令交互过程中，对于指令交互失败的信息，同样发送到人机交互界面，有助于工作人员及时明确有问题的子模块，并及时排查问题。当全部初始化通过后，可以选择要进行监测的项目，当选定的测试项目完成后，会对于采集到的数据进行保存，并将采集到的测试数据以及设定的数据在人机交互界面显示，方便数据的拷贝以及其它设备进行数据分析。

脉冲激光器作用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程图

图3为脉冲激光器作用于钙钛矿半导体薄膜的测试步骤流程图。首先打开测试系统及测试软件，确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下，初始化正常。通过上位机软件选择需要测量的光致荧光衰减时间，设置板卡的采样深度、采样间隔、分辨率、分频以及采样时间，其中荧光衰减时间测量是通过高增益光电探测器连接板卡实现，板卡集成到PC主机中。完成上述操作后需要对积分球扣除暗背底，扣除背底之前需再次确认积分球内没有放置任何光源、输入积分球的光纤无光源输入、积分球保持关闭状态（积分球观察窗此时也应保持关闭状态），确认完成后再通过上位机软件采集暗光谱并扣除背底。扣除完成后应确认此时的暗噪声计数值小于10，若未达到该要求则需检查上述操作是否按流程进行并在此进行扣背景噪声操作，直到暗噪声计数值小于10。完成背底扣除后，再打开脉冲激光器，设置激发功率、激发脉宽、能量密度。待激光计数数值稳定后，在软件上确认采集激发光谱，并设置激发光谱范围为360 nm到440 nm，然后调节三维平移台将积分球底部放置器件样品的器件固定座从积分球中移出并将样品固定在器件固定座上，确定样品放置稳固后调节三维平移台回到初始位置。待积分球完全封闭后可以通过积分球观察窗（或CCD相机）观察激光光斑在器件样品上的位置，可以通过XY方向上调节三维平移台来改变器件样品的位置，测试完成后可选择导出光电探测器所测试的数据以便自行分析。通过光电探测器可采集脉冲光作用到钙钛矿材料后，荧光衰减的时间，通过将衰减的时间做分析，可明确待测样品在脉冲激光激发条件下的瞬时荧光及荧光衰减过程，对于分析钙钛矿半导体材料的激子复合过程、激子-载流子相互作用过程、双分子辐射复合过程以及三分子俄歇复合过程可提供有效监测手段。

拉曼激光器作用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程图

图4为拉曼激光器作用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程图。首先打开测试系统及测试软件，确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下，初始化正常。通过PLQY测试软件将拉曼光谱仪QE Pro与电脑建立通讯并调节光谱仪测试参数，标准设置积分时间为100 ms、平滑次数5次、平滑度为3。完成上述操作后需要对积分球以及光谱系统扣除暗背底，扣除背底之前需再次确认积分球内没有放置任何光源、输入积分球的光纤无光源输入、积分球保持关闭状态（积分球观察窗此时也应保持关闭状态），确认完成后再通过测试软件采集暗光谱并扣除背底。扣除完成后应确认此时的暗噪声计数值小于10，若未达到该要求则需检查上述操作是否按流程进行并在此进行扣背底操作，直到暗噪声计数值小于10。完成背底扣除后，再打开拉曼激光器，调节电流旋钮到合适值使得光谱仪计数不超过光谱仪计数上限后待激光器预热5min后强度较稳定时再继续进行下一步测试步骤。待激光计数数值稳定后在软件上确认采集激发光谱，并设置激发光为980nm或364nm，然后调节三维平移台将积分球底部放置器件样品的器件固定座从积分球中移出并将样品固定在器件固定座上，确定样品放置稳固后调节三维平移台回到初始位置。待积分球完全封闭后可以通过积分球观察窗（或CCD相机）观察激光光斑在器件样品上的位置，可以通过XY方向上调节三维平移台来改变器件样品的位置。上述操作准备完毕后在软件上确认采集荧光光谱，并输入荧光光谱范围，注意这里应尽可能的将荧光光谱全部包含在内。测试完成后可选择导出光谱数据以便自行分析。

短波发光二极管用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程图

图5为短波发光二极管测试光致荧光量子效率测试步骤流程图。由于激光属于高峰值功率、窄脉宽的激发光，对于同样激发强度的光，其所包含的光子数量较少，而对于短波发光二极管，由于线宽相对较宽，约为激光的几十倍，故对于同样强度的激发光，其所包含的光子数量相对较多。对于某些光致荧光量子效率非常低的材料，在采用激光作为激发光时，光谱仪已经达到饱和，但是激发荧光很弱还不足以被光谱仪测到，相对背底噪声较大，导致激发光-荧光强度对比太大，导致激发光强度饱和，荧光难以查看到，此时即可换为短波发光二极管来作为激发光源，其中心发光波长与激光相同，由于峰值功率较低，光谱较宽，其包含更多的光子，能够实现激发光-荧光较好的对比。

首先打开测试系统及测试软件确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下。通过PLQY测试软件将海洋光谱仪QE Pro与电脑建立通讯并调节光谱仪测试参数，标准设置积分时间为100 ms、平滑次数5次、平滑度为3。完成上述操作后需要对积分球以及光谱系统扣除暗背底，扣除背底之前，需再次确认积分球内没有放置任何光源、输入积分球的光纤无光源输入、积分球保持关闭状态（积分球观察窗此时也应保持关闭状态），确认完成后，再通过测试软件采集暗光谱并扣除背底。扣除完成后，应确认此时的暗噪声计数值小于10，若未达到该要求则需检查上述操作是否按流程进行并在此进行扣背底操作直到暗噪声计数值小于10。完成背底扣除后，再打开短波发光二极管，调节电流旋钮到合适值使得光谱仪计数不超过光谱仪计数上限后待激光器预热5min后强度较稳定时再继续进行下一步测试步骤。待激发光计数数值稳定后在软件上确认采集激发光谱，并设置激发光谱范围为360 nm到440 nm，然后调节三维平移台将积分球底部放置器件样品的器件固定座从积分球中移出，并将样品固定在器件固定座上，确定样品放置稳固后，调节三维平移台回到初始位置。待积分球完全封闭后可以通过积分球观察窗（或CCD相机）观察激发光光斑在器件样品上的位置，且可以通过调节XY方向上的位移来改变器件样品的位置。上述操作准备完毕后在软件上确认采集荧光光谱，并输入荧光光谱范围，注意这里应尽可能的将荧光光谱全部包含在内。完成上述操作后，软件会自动导出所测器件的光致荧光量子产率。测试完成后可选择导出光谱数据以便自行分析。

半导体特性分析仪测试钙钛矿半导体LED的工作流程图

图6为半导体特性分析仪测试钙钛矿半导体LED的工作流程图。首先打开测试系统及测试软件确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下。在上位机界面选择需要测试的项目，包括需要对器件扫描的方式，要测试的项目，分别包括电容-电压特性、电容-频率特性等，完成背底扣除后再打开半导体特性分析仪4200，选择对应的SMU模块，然后调节三维平移台将积分球底部放置器件样品的器件固定座从积分球中移出并将样品固定在器件固定座上，确定样品放置稳固后调节三维平移台回到初始位置。待积分球完全封闭后可以通过积分球观察窗（或CCD相机）观察器件样品的位置，可以通过XY方向上调节三维平移台来改变器件样品的位置。通过电脑上位机能够和吉时利4200通讯，获取对应的扫描器件的电容-电压特性、电容-频率特性。

作为研究仅连续光泵浦LED荧光量子效率测试系统使用

图7为连续光能测试时光致荧光量子效率测试步骤流程图。首先打开测试系统及测试软件确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下。通过PLQY测试软件将海洋光谱仪QE Pro与电脑建立通讯并调节光谱仪测试参数，标准设置积分时间为100 ms、平滑次数5次、平滑度为3。完成上述操作后，需要对积分球以及光谱系统扣除暗背底，扣除背底之前，需再次确认积分球内没有放置任何光源、输入积分球的光纤无光源输入、积分球保持关闭状态（积分球观察窗此时也应保持关闭状态），确认完成后，再通过测试软件采集暗光谱并扣除背底。扣除完成后，应确认此时的暗噪声计数值小于10，若未达到该要求，则需检查上述操作是否按流程进行并在此进行扣背底操作，直到暗噪声计数值小于10。完成背底扣除后，再打开连续光激光器，调节电流旋钮到合适值使得光谱仪计数不超过光谱仪计数上限后待激光器预热5min后强度较稳定时再继续进行下一步测试步骤。待激光计数数值稳定后，在软件上确认采集激发光谱，并设置激发光谱范围为360 nm到440 nm，然后调节三维平移台将积分球底部放置器件样品的器件固定座从积分球中移出并将样品固定在器件固定座上，确定样品放置稳固后调节三维平移台回到初始位置。待积分球完全封闭后，可以通过积分球观察窗（或CCD相机）观察激光光斑在器件样品上的位置，可以通过XY方向上调节三维平移台来改变器件样品的位置。上述操作准备完毕后，在软件上确认采集荧光光谱，并输入荧光光谱范围，注意这里应尽可能的将荧光光谱全部包含在内。完成上述操作后，软件会自动导出所测器件的光致荧光量子产率。测试完成后可选择导出光谱数据以便自行分析。

作为研究仅直流电驱动LED荧光量子效率测试系统使用

图8为直流电测试时电致发光外量子效率测试步骤流程图。首先打开测试系统及测试软件确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下。通过EQE测试软件将海洋光谱仪QE Pro与电脑建立通讯并调节光谱仪测试参数，设置积分时间为自动、平滑次数5次、平滑度为3。完成上述操作后，需要对积分球以及光谱系统扣除暗背底，扣除背底之前，需再次确认积分球内没有放置任何光源、输入积分球的光纤无光源输入、积分球完全保持封闭状态，确认完成后，再通过测试软件采集暗光谱并扣除背底。扣除完成后，应确认此时的暗噪声计数值小于10，若未达到该要求则需检查上述操作是否按流程进行并在此进行扣背底操作直到暗噪声计数值小于10。确认前述操作完成后，调节三维平移台将积分球底部放置器件样品的器件固定座从积分球中移出，将样品固定在器件固定座上，确定样品放置牢固后，调节三维平移台回到初始位置。待积分球完全封闭后，可以通过积分球观察窗（或CCD相机）观察器件样品位置并通过XY方向上调节三维平移台使得器件样品位于积分球的中心（系统调试时规定三维平移台初始0位置时器件样品恰好位于积分球中心）。完成上述操作后，再进行电源设置，测试EQE时一般将吉时利2400工作在恒压模式下，设定合适的电压扫描范围、扫描步长间隔以及允许的电流上限，最后选择要驱动测量的器件位点（通常一个器件上有4~ 8个位点）。设置完成后，点击开始扫描，到终止电压时扫描会自动停止，EQE测试软件将通过测试得到的电流、电压、光谱、亮度自动计算出电致发光外量子效率。测试完成后可选择导出测试数据以便自行分析。

作为研究脉冲光-直流电驱动LED测试系统使用

图9为脉冲光-直流电驱动LED测试步骤流程图。首先打开测试系统及测试软件确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下。通过脉冲激发测试软件将海洋光谱仪QE Pro与电脑建立通讯并调节光谱仪测试参数，设置积分时间为200 ms、平滑次数1次、平滑度为3。扣除暗背底的标准操作与上述测试过程相同不再赘述。确认前述操作完成后，调节三维平移台将积分球底部放置器件样品的器件固定座从积分球中移出，将样品固定在器件固定座上，确定样品放置牢固后，调节三维平移台使得器件座回到初始零点位置。吉时利2400的设置与测试直流电驱动LED荧光量子效率时相同，设定合适的电压扫描范围、扫描步长间隔以及允许的电流上限，最后选择要驱动测量的器件位点。接着打开脉冲激光器，通过脉冲激光器控制软件设置脉冲光功率、重频以及脉宽等参数，最后调节三维平移台通过积分球观察窗确定脉冲光打在需要测试的器件位点上即可。测试结果会自动记录钙钛矿半导体LED器件的电流、电压以及全部的时间相关的光谱信息。

脉冲光-直流电驱动LED有两种工作模式可选：一是调制模式，也就是流程图中所给出的工作模式。该模式下重点关注脉冲激光泵浦对于电致发光的调制。由于电致发光是由直流信号驱动，而脉冲光为一交流信号，因此通过软件中的数字信号处理技术（DSP）很容易区分两类不同状态的荧光信号，换句话说可以通过光谱仪采集到的荧光信号解调出施加在器件上的脉冲光的相关信息。这主要是针对器件对于外界快速调制的响应能力，对基于钙钛矿材料的调制器研究有指导意义。

二是增益模式，该模式下重点关注电驱动对于钙钛矿材料内光子增益的影响。在未施加驱动电源时可以测得钙钛矿器件的ASE阈值，之后逐步增加器件电致发光的驱动电压并在不同的电压下测得一个新的ASE阈值，根据ASE阈值的减少量可以半定量的确定电泵浦时产生钙钛矿半导体LED内产生的光子增益。这对于研究基于钙钛矿材料的增益材料以及激光器件具有重要意义。

作为研究连续光-脉冲电驱动LED测试系统使用

图10为连续光-脉冲电驱动LED测试步骤流程图。确定设备以及软件初始化的方式与之前相同，必须确定初始化完成并且暗背底扣除正确后，才能进一步执行测试步骤。连续光-脉冲电驱动LED测试与脉冲光-直流电驱动LED测试共用一套测试软件，测试所需的准备工作相同，但此时使用的泵浦光源和电泵浦电源完全不同，必须要注意切换。调节连续光激光器电流旋钮到合适值使得光谱仪计数不超过光谱仪计数上限，然后待激光器预热5min后强度较稳定时进行下一步操作。设置脉冲电源参数，包括电压幅值、占空比和频率。完成所有测试设置并按之前的测试步骤流程要求放置好器件后，即可开始测试。软件会自动记录钙钛矿半导体LED器件的电流、电压以及全部的时间相关的光谱信息。

连续光-脉冲电驱动LED测试分为两种不同的工作模式：一是调制模式，也就是流程图中所给出的操作模式。与脉冲光-直流电驱动LED测试不同，连续光-脉冲电驱动LED中的调制模式是电调制，与脉冲光调制不同的是在使用脉冲电调制时会由于器件中存在的电容和电感会导致钙钛矿半导体LED电致荧光信号的调制速度受限。连续光-脉冲电驱动LED测试目的就是为了探究钙钛矿半导体LED电致发光对于电脉冲调制的响应速度，研究在不同光强连续光泵浦的情况下对于电脉冲响应速度的不同有助于分析钙钛矿半导体LED器件内的不同激发强度（载流子浓度）下的载流子复合过程。

二是增益模式，一般来说连续激光的泵浦强度会弱于脉冲激光，但同时脉冲电驱动的电泵浦强度会比直流更高，因此可以用来研究脉冲电泵浦在钙钛矿半导体LED器件中能够提供的最大光学增益，对于研究基于钙钛矿材料的增益材料以及激光器件具有重要意义。需要注意的是以上两种模式也可以在没有连续光泵浦的情况下进行测试，此时完全测试的是钙钛矿半导体LED本身对于电脉冲的响应速度，以及在脉冲电驱动下的器件性能，在减少了连续工作时产生的焦耳热影响下可以更好的研究器件的稳定性问题。

作为研究脉冲光-脉冲电驱动LED测试系统作用

图11为脉冲光-脉冲电驱动LED测试步骤流程图。确定设备以及软件初始化的方式与之前相同，必须确定初始化完成并且暗背底扣除正确后，进一步执行测试步骤。分别连接脉冲光泵浦源、脉冲电泵浦源，在控制软件中选择脉冲光的频率、脉宽、功率，选择脉冲电的频率、脉宽、电流密度。检查硬件设置、软件设置完成后按照之前的测试步骤流程要求实现器件电气连接后，即可开始测试。软件会通过自动控制系统来获取加载到钙钛矿半导体LED器件上的脉冲电泵浦源的电流、电压信息，通过自动控制系统来获取辐照到钙钛矿半导体LED器件上的脉冲光泵浦源的能量密度、频率信息，通过光谱仪获取钙钛矿材料的与时间相关的荧光光谱信息。

脉冲光-脉冲电驱动LED测试分为两种不同的工作模式：一是调制模式，脉冲光-脉冲电驱动LED测试目的就是为了探究钙钛矿半导体LED电致发光对于电脉冲调制、光脉冲调制的响应速度及衰减机制，由于直流电、连续光泵浦钙钛矿半导体材料仍会带来热效应，在消除焦耳热带来热稳定性的因素下，可分别研究在光调制、电调制情况下的器件响应速度及荧光衰减速度，可通过研究分析钙钛矿半导体LED器件内的不同激发强度（载流子浓度）下的载流子复合过程，为研究光泵浦下和电泵浦下的器件稳定性提供研究方法，为最终钙钛矿半导体器件稳定商业化应用提供指导意义。

二是增益模式，一般来说连脉冲激光光的泵浦强度会强于连续激光，同时脉冲电驱动的电泵浦强度会比直流更高，因此可以用来研究双脉冲泵浦情况下在钙钛矿半导体LED器件中能够提供的最大光学增益。对于某些钙钛矿材料其阈值相对较高，如采用连续光和脉冲电仍难以实现钙钛矿半导体材料的粒子数翻转，且长时间的光泵浦和电泵浦会造成材料的损伤，此时可选择光脉冲和电脉冲作用到钙钛矿半导体材料上，即通过同步触发器调整脉冲光和脉冲电的相对作用时间，通过光谱仪探测在光脉冲单独作用、电脉冲单独作用、光脉冲和电脉冲混合相互作用的钙钛矿增益阈值，换算出电脉冲和光脉冲的关系，得到在光脉冲实现粒子数翻转时所需要的电脉冲的强度，进而换算得到加载到钙钛矿半导体LED中的电流密度，为指导电泵浦钙钛矿半导体激光器提供研究思路，且对研究基于钙钛矿材料的增益材料及激光器件具有重要指导意义。

Claims (7)

1.一种钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，其特征在于：包括连续激光器、脉冲激光器、拉曼激光器、短波发光二极管、空间光、FC接口导轨、FC接口、光纤、积分球观察窗、积分球、器件固定座、三维平移台、电源线、器件光致发光与电致发光示意图、吉时利源表、脉冲电源、半导体特性分析仪、FC接口座、光纤、滤光片、光纤、光谱仪、数据线、电脑、电脑控制三维平移台的信号线、电脑控制电源的信号线，滤光片，光电探测器；

连续激光器：作为荧光量子产率测试所使用的光源，其波长为405 nm，常用功率范围覆盖0.1 ~ 500 mW，满足变激发强度测量PLQY的要求；

脉冲激光器：用作高激发功率的瞬态泵浦光源，其主要特点为最高功率10 W，最窄单脉冲脉宽100 fs，最高单脉冲能量200 uJ，最小重频1Hz，波长在200 ~ 1000 nm范围内连续可调；

拉曼激光器：作为拉曼光谱测试的必备光源，主要特性在于线宽极窄的单纵模激光，并且需要优异的光谱稳定性和功率稳定性；

短波长发光二极管光源：用来为钙钛矿半导体材料的PL光谱测试提供光源，选用峰值波长为405 nm的深蓝光发光二极管；

积分球系统：集成了一个积分球、集成了多个FC光纤接口、多个线缆接口、一个观察窗、一个器件固定座及一个三维平移台；多个FC光纤接口用于引入光源系统产生的光子并导出钙钛矿半导体LED器件所产生的光子；多个线缆接口用于从源表引入驱动钙钛矿半导体LED器件的电缆线；观察窗用以确定激发光斑在样品上的激发区域且能够观察LED器件工作时的发光状态，该观察窗可与CCD连接集成；器件固定座用于固定和连接完成封装后的钙钛矿半导体LED器件，并且根据不同的器件封装方式更换不同的引脚座，不同的引脚座由螺丝固定在器件固定座上；三维平移台用于在XYZ三维尺度上对底座上的钙钛矿半导体LED器件进行平移，可以调整激发光斑在钙钛矿半导体材料上的激发位置；

光谱仪系统：包括了两套不同的光谱探测装置，第一套用于探测钙钛矿半导体LED器件的荧光信号，第二套用于探测钙钛矿半导体LED器件中功能层材料的拉曼信号，两套探测装置都需要用到光纤、滤光片/衰减片安装座；

电源系统：包括三套不同的设备源表吉时利2400、脉冲电源AVTECH AV1015B以及半导体分析仪吉时利4200；测量钙钛矿半导体LED器件电流电压特性、电压亮度特性以及电流-外量子效率特性时由吉时利2400供电，其电流、电压动态范围分别为10 pA到10 A, 10 uV到1100 V，准确度可以达到0.012%；脉冲电源AVTECH AV1015B用于研究钙钛矿半导体LED器件再脉冲电压驱动下的工作特性，AVTECH AV1015B能够提供超过100 V的脉冲电压，最高的单脉冲输出功率能够达到12.5 W，脉冲信号的上升沿宽度小于7 ns下降沿宽度小于4ns，在100V输出时最多可以实现1 MHz重频；

电脑主机系统承担对各个子系统进行通讯及指令控制，通过对各个子系统发送指令，可控制各个子系统的工作状态。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，其特征在于：拉曼激光器需要使用到两种不同波长的拉曼激光器，分别为峰值在980 nm和364 nm的单模激光器，光谱线宽<0.2 nm；980 nm的激光器用于红光以及红外钙钛矿材料的拉曼测试，由于拉曼效应强度与波长的四次方成反比，因此在使用980 nm的激光器作为拉曼光源时需要更高的功率，这里需要功率1 ~ 800 mW连续可调。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，其特征在于：

系统初始化流程：光源、需要用到的电源、需要测试的内容，检测正常后，执行与光谱仪模块的指令交互，检测正常后，执行与光源模块的指令交互，检测正常后，与电源模块进行指令交互，检测正常后，将初始化信息显示到人机交互界面，方便工作人员查看。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，其特征在于：脉冲激光器作用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程：首先打开测试系统及测试软件，确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下，初始化正常，设置板卡的采样深度、采样间隔、分辨率、分频以及采样时间，其中荧光衰减时间测量是通过高增益光电探测器连接板卡实现，板卡集成到PC主机中，确认完成后再通过上位机软件采集暗光谱并扣除背底，扣除完成后应确认此时的暗噪声计数值小于10，若未达到该要求则需检查上述操作是否按流程进行并在此进行扣背景噪声操作，直到暗噪声计数值小于10，再打开脉冲激光器，设置激发功率、激发脉宽、能量密度，待激光计数数值稳定后，在软件上确认采集激发光谱，并设置激发光谱范围为360 nm到440 nm，然后调节三维平移台将积分球底部放置器件样品的器件固定座从积分球中移出并将样品固定在器件固定座上，确定样品放置稳固后调节三维平移台回到初始位置。

5.根据权利要求1所述的钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，其特征在于：

拉曼激光器作用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程：首先打开测试系统及测试软件，确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下，初始化正常，通过PLQY测试软件将拉曼光谱仪QE Pro与电脑建立通讯并调节光谱仪测试参数，标准设置积分时间为100 ms、平滑次数5次、平滑度为3，完成上述操作后需要对积分球以及光谱系统扣除暗背底，扣除背底之前需再次确认积分球内没有放置任何光源、输入积分球的光纤无光源输入、积分球保持关闭状态，确认完成后再通过测试软件采集暗光谱并扣除背底。

6.根据权利要求1所述的钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，其特征在于：短波发光二极管用于钙钛矿半导体薄膜的测试流程：首先打开测试系统及测试软件确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下，通过PLQY测试软件将海洋光谱仪QEPro与电脑建立通讯并调节光谱仪测试参数，标准设置积分时间为100 ms、平滑次数5次、平滑度为3，完成上述操作后需要对积分球以及光谱系统扣除暗背底，扣除背底之前，需再次确认积分球内没有放置任何光源、输入积分球的光纤无光源输入、积分球保持关闭状态，确认完成后，再通过测试软件采集暗光谱并扣除背底，扣除完成后，应确认此时的暗噪声计数值小于10，若未达到该要求则需检查上述操作是否按流程进行并在此进行扣背底操作直到暗噪声计数值小于10。

7.根据权利要求1所述的钙钛矿半导体LED的多功能集成化在线测试系统，其特征在于：半导体特性分析仪测试钙钛矿半导体LED的工作流程：首先打开测试系统及测试软件确认测试相关设备和软件都回到系统默认的初始状态下，在上位机界面选择需要测试的项目，包括需要对器件扫描的方式，要测试的项目，分别包括电容-电压特性、电容-频率特性等，完成背底扣除后再打开半导体特性分析仪4200，选择对应的SMU模块，然后调节三维平移台将积分球底部放置器件样品的器件固定座从积分球中移出并将样品固定在器件固定座上，确定样品放置稳固后调节三维平移台回到初始位置。

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