专利名称：测量电致自旋荧光的显微测量系统的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体光学性质测试技术和磁性材料磁学性质测试技术
领域，特别涉铁磁性金属向半导体注入自旋效率的测量技术；提供一种测 量电致自旋荧光的显微测量系统。
背景技术：
现代信息技术利用电子的电荷自由度来进行信息处理，而用磁性材料 的自旋自由度来存储信息。自旋电子学这个新兴的领域同时利用电子的这 两个自由度来产生新的功能，这可能引起未来的信息技术的革新。但是， 到目前为止室温下半导体中自旋极化率仍然很低，所以自旋注入效率是目 前自旋电子学一个研究热点。通常研究自旋注入效率的方法是测量自旋发 光二极管的圆偏振光极化率为一种手段。
为此，我们发明一种利用显微拉曼光谱仪MRS，结合宽波段线偏振片 LPR以及宽波段四分之一波片QWP搭建了一套测量电致发光光谱的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量电致自旋荧光的显微测量系统，利用 这套系统，可以对研究铁磁材料向半导体注入自旋效率。
本发明一种测量电致自旋荧光的显微测量系统，其特征在于，包括
一显微拉曼光谱仪、 一宽波段线偏振片和一宽波段四分之一波片，所 述的显微拉曼光谱仪、宽波段线偏振片和宽波段四分之一波片相距一预定 距离，且位于同一光路上；
一磁体系统；
一数字电压源表，该数字电压源表与磁体系统并联；
3一超长工作距离显微物镜，该超长工作距离显微物镜位于宽波段四分 之一波片和磁体系统之间，且在同一光路上。
其中利用显微拉曼光谱仪发出的激光，调整宽波段线偏振片和宽波段 四分之一波片光轴之间成45度夹角，使得圆偏振光通过宽波段四分之一波 片后的线偏振光可以用宽波段线偏振片检偏。
其中所述的数字电压源表给样品加偏压，测量电致发光的同时，并同 步监视施加于样品上的电压和电流。
其中磁体系统是对样品施加磁场，以得到偏振态的荧光响应。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明如 后，其中
图1是一套测量电致自旋荧光的显微测量系统结构简图。
图2是利用测试系统所测试的Fe/GaAs量子阱样品在77k下，无磁场 下电致发光谱，电压_2. 3伏，电流-O. 0581毫安。
图3是利用测试系统所测试的Fe/GaAs量子阱样品在77k下， 1300gauss磁场下电致发光谱，电压-2. 3伏，电流-0.0581毫安。
具体实施例方式
请参阅图l所示，本发明一种测量电致自旋荧光的显微测量系统，其 特征在于，包括
一显微拉曼光谱仪10、 一宽波段线偏振片20和一宽波段四分之一波 片30，所述的显微拉曼光谱仪10、宽波段线偏振片20和宽波段四分之一 波片30相距一预定距离，且位于同一光路上；
其中利用显微拉曼光谱仪10发出的激光，调整宽波段线偏振片20和 宽波段四分之一波片30光轴之间成45度夹角，使得圆偏振光通过宽波段 四分之一波片30后的线偏振光可以用宽波段线偏振片20检偏，利用显微 拉曼光谱仪10发出的激光，调整宽波段线偏振片20和宽波段四分之一波 片30光轴之间成45度夹角；那么，线偏振光将变成圆偏振光；
一磁体系统50，所述的磁体系统50是对样品施加磁场，以得到偏振态的荧光响应；
一数字电压源表60，该数字电压源表60与磁体系统50并联；所述的 数字电压源表60给样品加偏压，测量电致发光的同时，并同步监视施加 于样品上的电压和电流；
一超长工作距离显微物镜40，该超长工作距离显微物镜40位于宽波 段四分之一波片30和磁体系统50之间，且在同一光路上。
根据光路可逆的原理，那么左右圆偏振光经过四分之一波片后，会变 成正交的线偏振光；通过转动线偏振片的角度，就可以检偏。这就是圆偏 振光通过宽波段四分之一波片30后的线偏振光可以用宽波段线偏振片20 检偏的原理。磁体系统50是对样品施加垂直于样品表面的磁场，那么样 品中铁磁材料部分的磁化强度方向将沿外磁场的方向，也即铁磁材料部分 的电子自旋方向沿外磁场方向。然后利用数字电压源表60给样品加偏压， 那么可以使得铁磁层中极化电子注入量子阱中，复合空穴发出部分圆偏振 态的荧光。荧光通过同一光路上的显微物镜40后变成平行光，进入显微 拉曼光谱仪10就可以测量到此荧光的偏振态响应强度。数字电压源表60 可以同步监视施加于样品上的电压和电流大小。这套测量系统最大的优势 在于可以简便的测量偏振荧光的强度，从而得到注入自旋极化率。它的最 大精度是由现有成熟技术拉曼光谱仪的精度决定。
实施例
作为一个实例，我们利用该系统测量了结构为Fe/ GaAs量子阱的光 谱性质。测试结果如图2和图3;图2是利用测试系统所测试的Fe/GaAs 量子阱样品在无磁场下电致发光谱；从图中我们可以看到，电致量子阱的 发光峰值的强度在零磁场的情况下，左右旋偏振光强相同，如图中箭头所 指；这是因为Fe的初始磁化强度方向在平行于表面，所以发出左右旋圆 偏振光的电致荧光强度应该相等，这也证明了我们搭建系统的正确性；图 3是利用测试系统所测试的Fe/GaAs量子阱样品在垂直于表面方向磁场下 电致发光谱，此时外磁场使得Fe的磁化强度方向转到垂直于表面。从图 中我们可以看到，电致量子阱的发光峰值的强度在磁场下左右旋偏振光强 明显不同，如图中箭头所指；这也与我们加外磁场后Fe的磁化强度方向变化的过程相符合。根据圆偏振光极化率的公式，我们可以得到极化率大 约为8. 1%。
以上实例说明我们设计的这套系统具有一非常显著的特点，就是利用
该系统可以明显的测量到自旋注入的效率；该系统可变的变量有磁场强 度。该系统将会在目前电子自旋注入的研究当中得到一定的推广。
本发明主要在于用显微拉曼光谱仪10发出的激光，调整宽波段线偏 振片20和宽波段四分之一波片30光轴之间成45度夹角；通过磁体系统 50控制铁磁材料磁化强度方向，利用数字电压源表60把铁磁材料中极化 电子注入半导体量子阱；利用显微拉曼谱仪10扫描功能测量器件发出的 左或右旋偏振光的强度；根据左右旋偏振光强度的比例，得出自旋注入效 率。
本发明在观察样品的时候，利用了显微拉曼光谱仪10的显微功能； 在提高荧光收集效率的时候，利用了显微拉曼光谱仪10的共焦光路，且 配有工作在近红外波段超常工作距离的显微物镜40。
本发明可应用于偏振光光致发光光谱的测试中。
权利要求
1、一种测量电致自旋荧光的显微测量系统，其特征在于，包括一显微拉曼光谱仪、一宽波段线偏振片和一宽波段四分之一波片，所述的显微拉曼光谱仪、宽波段线偏振片和宽波段四分之一波片相距一预定距离，且位于同一光路上；一磁体系统；一数字电压源表，该数字电压源表与磁体系统并联；一超长工作距离显微物镜，该超长工作距离显微物镜位于宽波段四分之一波片和磁体系统之间，且在同一光路上。
2、 根据权利要求1所述的测量电致自旋荧光的显微测量系统，其特 征在于，其中利用显微拉曼光谱仪发出的激光，调整宽波段线偏振片和宽 波段四分之一波片光轴之间成45度夹角，使得圆偏振光通过宽波段四分之 一波片后的线偏振光可以用宽波段线偏振片检偏。
3、 根据权利要求1所述的测量电致自旋荧光的显微测量系统，其特 征在于，其中所述的数字电压源表给样品加偏压，测量电致发光的同时， 并同步监视施加于样品上的电压和电流。
4、 根据权利要求1所述的测量电致自旋荧光的显微测量系统，其特 征在于，其中磁体系统是对样品施加磁场，以得到偏振态的荧光响应。
全文摘要
本发明一种测量电致自旋荧光的显微测量系统，其特征在于，包括一显微拉曼光谱仪、一宽波段线偏振片和一宽波段四分之一波片，所述的显微拉曼光谱仪、宽波段线偏振片和宽波段四分之一波片相距一预定距离，且位于同一光路上；一磁体系统；一数字电压源表，该数字电压源表与磁体系统并联；一超长工作距离显微物镜，该超长工作距离显微物镜位于宽波段四分之一波片和磁体系统之间，且在同一光路上。
文档编号G01N21/62GK101581672SQ20081010670
公开日2009年11月18日 申请日期2008年5月14日 优先权日2008年5月14日
发明者剑 刘, 昊 吴, 泉 张, 萍 徐, 汇 朱, 科 朱, 科 李, 李桂荣, 李蕴慧, 甘华东, 超 申, 昊 章, 晶 罗, 肖文波, 袁思芃, 谭平恒, 赵建华, 郑厚植, 军 鲁 申请人:中国科学院半导体研究所