[发明专利]一种纳米结构量子态电注入发光测试方法

摘要

一种纳米结构量子态电注入发光测试方法，涉及一种材料器件电光性能测试方法。提供一种可针对纳米结构中单一量子态进行电注入发光的高空间分辨率、高能量分辨率测试的纳米结构量子态电注入发光测试方法。以双扫描隧道探针、高移动精度的光纤、高分辨率扫描电子显微镜、样品台及光谱仪作为联合实验平台，采用双扫描隧道探针作为电注入端、探针与样品间所产生的隧道电流作为注入电流、光纤作为光信号收集端。选取待测微区，选取待测纳米结构，光纤定位，双探针定位，高能量分辨率电注入发光测试，高空间分辨率载流子选择性注入测试。

主权项

一种纳米结构量子态电注入发光测试方法，其特征在于包括以下步骤：1)选取待测微区，具体方法是将样品置于样品台上，在高分辨率扫描电子显微镜下观测样品形貌，选取待测微区；2)选取待测纳米结构，具体方法是利用电化学腐蚀法，制作适用于待测微区测试的多节扫描隧道探针，以便于在待测微区内有更大的操纵空间，并易于高分辨率扫描电子显微镜下清晰的观察与辅助定位；在高分辨扫描电子显微镜下可视化地调动双扫描隧道探针，使其移至待测微区附近；逐级增大扫描电镜放大倍数，在待测微区内选取待测纳米结构；进一步调整探针位置，在高分辨扫描电子显微镜辅助下，将双扫描隧道探针精确定位至待测纳米结构正上方；3)光纤定位，具体方法是在高分辨扫描电子显微镜下移动光纤至待测纳米结构上方附近；控制高分辨率扫描电子显微镜电子束轰击待测纳米结构，激发阴极荧光；根据收集的光信号强度，以光纤作为信号收集端，对光纤位置做精细调整，收集荧光信号，定位出相对于该纳米结构的光信号收集位置；4)双探针定位，具体方法是调整双扫描隧道探针电位，使样品电势接地，一枚探针相对样品呈正电位，另一枚呈负电位；分别控制双探针下降并自动进针；进针完成后，分别调整探针与样品之间的工作距离与偏压，以获得遂穿注入电流与安全的工作距离；在高分辨率扫描电子显微镜下控制探针在XY平面内移动，使其定位在待测纳米结构上，在不撞针的前提下将两探针之间的距离减小至纳米量级；5)高能量分辨率电注入发光测试，具体方法是利用扫描隧道探针对纳米结构表面进行I‑V测试，根据I‑V曲线做dI/dV的微分变换，获得该纳米结构微分电导谱，并确定其量子态与所加偏压的关系；采用恒流模式，设定隧道电流大小；根据微分电导谱，选择合适的遂穿偏压，对所测纳米结构同时注入特定能量的电子与空穴，激发纳米结构中一量子态(两个量子能级之间)的跃迁复合发光；光信号通过光纤导入光谱仪，由光谱仪对该量子态的发光进行光谱分析；逐步调整双扫描隧道探针偏压，获得同一纳米结构下不同量子能级间跃迁(量子态)所产生的光信号；将光谱仪光栅固定在某一特定波长，采用样品驱动扫描模式对纳米结构进行二维扫描，双扫描隧道探针保持恒流注入，光纤采集每个像素点上的光信号强度，组成二维平面内某一量子态电注入发光强度空间分布图，图像分辨率由两探针之间的距离决定；6)高空间分辨率载流子选择性注入测试，具体方法是撤销原样品的电压接线，使样品的电势悬空，在高分辨扫描电子显微镜辅助下，控制一枚扫描隧道探针下降并接触待测纳米结 构；在该扫描隧道探针上施加一定偏压，通过改变偏压的正负与大小，利用另一枚扫描隧道探针对待测纳米结构进行电子或空穴的选择性注入，激发该待测纳米结构发光，所产生的光信号通过光纤导入光谱仪分析；改变扫描隧道探针与纳米结构的接触点，以调控注入载流子的扩散，获得该待测纳米结构在不同载流子、不同电流流向与扩展下的电注入发光光谱。