基于LabVIEW的外延片光致发光扫描系统

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对于半导体材料而言,光致发光(Photoluminesccnce,PL)是一种有力又无破坏性的技术,在半导体工业及研究领域得到广泛应用,为国内外研究第三代半导体材料的光学性质提供了重要的实验依据。通过分析光致发光谱可以得知各种半导体材料的带隙、掺杂杂质种类,可以估算化合物半导体材料的组成成分,也可以研究一般物理或电学测量方法很难得到的异质结的内层结构。根据不同测试需求,光致发光谱也演化成为多种手段,如发射谱、激发谱和瞬态谱等。但是在一般的PL谱测量中,只能反映出整个半导体外延片中单点的材料特性,如通过峰位、半高宽,发光强度对比估算出半导体材料的带边峰峰位、质量好坏、内量子效率等。然而由于生长过程中反应腔内环境的差异,外延片在不同位置的晶体质量会有一定的差异,在发光二极管已经产业化生产的今天,需要对外延片整体生长质量有更为快捷的宏观判定,并进一步探究原因以改进生长工艺,在这方面,光致发光扫描技术(PL-Mapping)将起到重要作用。  LabVIEW图像化编程语言的出现,极大的减轻了工程师和科学家们在编程工作中面临的考验,编程者可以像搭积木一样搭建自己的程序界面,而程序本身的内容也是靠一个个图标与连线构成,方便记忆。这使得编程者无需记忆复杂的语法知识和函数原型,也无需花费一般文字编程那样冗长的学习时间。对于非软件类行业的研究人员,无论是快速搭建小型自动化测试测量系统,还是开发大型的分布式数据采集控制系统,LabVIEW都是完全能够胜任的。目前,已在诸多相关科研论文与测试系统应用实例中得到了广泛的关注。  本文概述了一套基于LabVIEW平台而搭建的半导体光致发光扫描系统。充分考虑扫描过程中由于外延片荧光信号过于微弱、不均匀背景光噪声可能产生的光谱采集失真以及随后分析谱图所存在的物理参数读取误差等因素,通过扣除背光源、隔离样品、高斯拟合等方式对测量过程进行优化,同时依托LabVIEW自身强大的仪器控制能力,如调用动态链接库与ActiveX控件实现了对光谱仪和平移台的通信与控制,结合其良好的数据分析及显示能力,实现了对外延片测量、读取、分析处理以及实时显示等过程的自动化整合,准确高效的提取出样品空间分辨的光致发光特性如峰位、光强等。最后初步分析了文章所用外延片的发光均匀性,得出波长分布与生长温度分布基本一致,为分析生长腔内温度的均匀性提供了可靠的研究数据。该系统不仅界面友好,简单易操作,实时性强,智能化高且搭建简单易行,极大的降低了成本,方便研究人员进行快捷准确的测试。
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