CS241340B1 - Zariadenie pre optická excitáciu nosičov náboja - Google Patents

Abstract

Vynález sa týká odboru prístrojovej techniky pre spektroskopiu hlbokých záchytných centier v tuhých látkách. Zariadenie je určené pre excitáciu volných nosičov náboja v tuhých látkách, predovšetkým v polovodičcch, v kryostate, optickým spůsobom. Účelom vynálezu je možnost jeho využitia v kryostate bez vákuového čerpacieho systému pri súčasnom zvýšení účinnosti excitácie optického žiarenia a jeho přenosu do priestoru vzorky v kryostate. Uvedeného účelu je možné dosiahnuť tým, že uzávěr kryostatu sa v mieste uloženia vzorky opatří otvorom, cez ktorý je vedený svetlovod polovodičového zdroja žiarenia. Zdroj žiarenia je uchytený na chladiči. Medzi uzáverom kryostatu a chladičom je umiestnené’ tepelné tienenie z tepelno- -izolačného materiálu. Vynález je možné využit v oblasti výskumu a výroby tuhých látok, predovšetkým polovodičov.

Description

Vynález sa týká kryosta^ir i-možabs^ou excitácie nosičov náboja ofJticfeýňi /sgOscjr * bom. Spadá ,do oblasti charakterizácie pev- * ných látok, predovšetkým polovodičov v odbore fyzikálnej elektroniky.

. 'Při charakterizácii pevných látok je v niektorých prípadoch potřebné skúmať ich vlastnosti pod vplyvom dopadajúceho optického žiarenia v širokom teplotnom intervale. V oblasti charakterizácie polovodičov sa využívá například metoda ODLTS — Optical-Deep-Level Transient Spectroscopy, pri ktorej je vyšetřovaná vzorka ožarovaná optickým žiarením, čím sa v oblasti skumaného materiálu excitujú vol'né nosiče náboja.

Pri charakterizácii sa vychádza z analýzy fyzikálnych relaxačných procesov po skončení ožarovania v širokom teplotnom intervale, obvykle 77 až 450 K. Používajú sa dve základné modifikácie ODLTS metody, a to s energiou žiarenia hv váčšou ako energetická šířka zakázaného pásma E_g polovodiče, alebo s energiou menšou ako zodpovedá E_g. Pre tento účel sa konštruujú kryostaty s optickým zdrojom žiarenia. Ako optický zdroj je možné použit polovodičové diody a lasery, plynové lasery, alebo širokospektrálny zdroj s filtrom vymedzujúcim požadovanú vlnovú dlžku. Kryostaty majú vákuový čerpací systém a sú opatřené okienkom pre možnost ožarovania vzoriek umiestnených v kryostate.

Ďalej je známe riešenie kryostatu, ktorý nevyžaduje použitie vákuového čerpacieho, systému, kde vymrazovanie vodných pár pri teplotách pod 273 K nastáva na uzávere kryostatu, ktorý je najchladnejším miestom v priestore vzorky.

Doposiaf nie je známe zariadenie umožňujúce optickú excitáciu nosičov náboja v tomto type kryostatu. Známe riešenia využívajú kryostat s okienkom a vyžadujú vákuový čerpací systém, čo kladie zvýšené nároky na konštrukciu a prevádzku týchto zariadení.

V důsledku strát žiarenia je nutné používat optické zdroje s dostatočne vysokým žiarivým výkonom, predovšetkým polovodičové lasery schopné pracovat v kontinuálnom režime. Často používané plynové lasery majú nevýhodu v nutnosti použitia mechanickej modnlácie světelných impulzov.

Uvedené nevýhody v podstatnej miere odstraňuje zariadenie pre optickú excitáciu nosičov náboja podfa vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že uzávěr kryostatu je v mieste uloženia vzorky opatřený otvorom, cez ktorý je vedený svetlovod polovodičového zdroja žiarenia. Zdroj žiarenia je uchytený na chladiči. Medzi uzáverom kryostatu a chladičom je umiestnené tepelné tienenie z tepelno-izolačného materiálu.

Vynálezom je možné realizovat úsporné a efektívne zariadenie pre optickú excitáciu nosičov náboja v, kryostate. Umiestnenie pofbvodiobtfeho Ždřftja ^žiárefiia *ná chladiči chlad CO om. vhpdným médiom nutným pre činnost kryostatu, například kvapalným dusíkom alebo, jeho parami, umožňuje využit vyššiu kvantovú účinnost tejto teplote.

Malá vzdialenosť zdroja žiarenia od vzorky a použitie vhodného svetlovodu zabezpečuje malé straty žiarenia vedením. To umožňuje využit ako zdroj žiarenia okrem polovodičových laserov diody LED, napriek ich menšiemu žiarivému výkonu. Symetrickým umiestnením dvoch polovodičových zdrojov žiarenia s různými vlnovými dlžkami Ái, Á2 zodpovedájúcim frekvenciám w, v2 emitovaného žiarenia spíňajúcimi podmienky h vi > E_g, h v2 < E_g na chladičoch s vedením žiarenia otvořmi v uzávere kryostatu v miestach uloženia vzorky a snímača teploty je možné jedným zariadenim využit obe modifikácie metody ODLTS jednoducho pootočením uzávěru kryostatu o 180°.

Na priloženom výkrese je na obr. 1 znázorněný nárys, na obr. 2 půdorys a na obrázku 3 priečny rez navrhovaného riešenia.

‘ Uzávěr kryostatu 1 je kovový blok, v iktorom sú vybratia 2, 2‘ pre vzorku a snímač teploty. Vybratia 2, 2‘ sú opatřené otvormi, cez ktoré sú do, priestoru vzorky a snímača teploty vedené světlovody 3, 3‘. Polovodičové zdroje žiarenia 4, 4‘ sú uchytené v chladičoch 5, 5‘. Medzi uzáverom kryostatu 1 a chladičmi 5, 5* sú valčeky 7, 7‘ z tepelno-izolačného materiálu, v dutině ktorých sú vedené světlovody 3, 3‘ a tepelné tienenie 6 z tepelno-izolačného materiálu.

Uzáverom 1 podfa vynálezu sa skrutkou 8 uzavrie kryostat. Chladiče 5, 5‘ sa vnoria do chladiaceho média. Prívodmi 9, 9* sa privádzajú elektrické impulzy do, zdroja žiarenia, ktorého svetlovod ústi v priestore 2 vzorky. Počas impulzov polovodičový zdroj žiarenia 4 emituje žiarenie, ktoré je vedené svetlovodom 3 prechádza júcim otvorom v uzávere 1 kryostatu a dopadá na vzorku umiestnenú v priestore 2 kryostatu.

Pootočením uzávěru 1 DL-kryostatu o 180° a zapojením elektrických prívodov 9‘ vedúcich k druhému zdrojů žiarenia 4‘ s inou požadovanou vlnovou dížkou emitovaného žia-* renia sa dosiahne využitie oboch verzií metody ODLTS.

Vynález je možné využit na skúmanie vlastností látok, predovšetkým pevných látok, pod vplyvom dopadajúceho, optického žiarenia v spéktrálnom rozsahu pokrytom polovodičovými zdrojmi žiarenia v širokom tepli,otnom intervale. Jedná sa hlavně o, oblast výroby prístrojov a zariadení pre charakterizáciu polovodičových materiálov a súčiastok.

241 3 4 9

Claims (2)

PREDMET

1. Zariadenie pre optickú excitáciu nosičov náboja v kryostate vyznačujúce sa tým, že uzávěr (1) kryostatu je v mieste uloženia (2) vzorky opatřený otvorom, cez ktorý je vedený svetlovod (3) polovodičového zdroja (4) žiarenia uchyteného v chladiči (5), pričom medzi uzáverom (1) kryostatu a chladičom (5) je umiestnené tepelné tienenie (6).

VYNALEZU

2. Zariadenie podlá bodu 1, vyznačujúce sa tým, že uzávěr (1) kryostatu je v symetrických miestach uloženia (2, 2‘j vzorky a snímača teploty opatřený otvormi, cez ktoré sú vedené světlovody (3, 3‘j polovodičových zdrojov (4, 4‘) žiarenia uchytených v chladičoch (5, 5‘j, pričom medzi uzáverom (1) (kryostatu a chladičmi (5, 5‘) je umiestnené tepelné tienenie (6).