HARPIA-TG 是一款瞬态光栅光谱仪,专为载流子扩散与寿命测量而设计。其测量基于激光诱导瞬态光栅(LITG)技术,可通过全光学手段同时观察非平衡载流子的复合与扩散过程。

HARPIA-TG 能够对非导电或非荧光样品进行表征。它适用于多种材料,包括半导体材料及其衍生物(如碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、钙钛矿)、有机和无机太阳能电池、量子点,甚至是量子阱等复杂的纳米结构。

该紧凑型系统可与配备集成光参量放大器(I-OPA)的 CARBIDEPHAROS 飞秒激光器联用,系统实现全自动化并通过先进的测量与分析软件进行计算机控制。用户只需将样品放入样品架并启动测量,即可在几分钟内获得扩散系数。

应用领域
  • 载流子扩散测量
  • 载流子寿命测量
  • 载流子扩散长度测量
  • 单波长吸收
规格参数
测量模式透射反射
规格参数
光栅记录波长 1)340 – 560 nm340 – 560 nm
光栅记录波长 1)340 – 560 nm
探测波长 2)1030 nm1030 nm
探测波长 2)1030 nm
光栅周期 3)1.05 – 12.5 μm1.5 – 4.5 μm
脉宽< 290 fs< 290 fs
脉宽< 290 fs
延迟范围最长达 8 ns最长达 8 ns
延迟范围最长达 8 ns
测量范围
扩散系数≥ 0.1 cm2/s≥ 0.1 cm2/s
扩散系数≥ 0.1 cm2/s
载流子寿命3 ps – 8 ns3 ps – 8 ns
载流子寿命3 ps – 8 ns
外形尺寸
测量模式透射反射
  1. 通过应用不同的物理光栅,可扩展至750 nm。详情请联系 sales@lightcon.com
  2. 可根据要求提供基于 OPA 的探测器。详情请联系 sales@lightcon.com
  3. 取决于激发波长。
操作
操作基础

LITG 测量的原理如右图所示。一对超短脉冲在样品平面上进行空间和时间重叠。激发光束的角度分离会导致它们在交叉时发生干涉。干涉图案的周期Λ取决于光束交叉角和泵浦波长。

周期性图案的激发产生了空间调制的激发载流子分布,并且有效地产生了折射率的周期性调制。因此,这种泵浦几何形状产生瞬态光栅,时间延迟的探测脉冲可以从该瞬态光栅衍射。随着时间的推移,激光诱导光栅由于载流子重组(电子衰变速率为τR)和载流子扩散(空间衰变速率为τD)而衰减。扩散项取决于瞬态光栅的周期:细光栅(小Λ值)比粗光栅(大Λ值)扩散得更快。因此,如果我们测量不同周期Λ下衍射信号的时间行为,我们可以从瞬态光栅的净衰减率τG的关系中确定载流子扩散系数D[cm²/s]。

LITG 测量的原理
测量范围
参数数值
扩散系数≥ 0.1 cm2/s
载体寿命3 ps – 8 ns
参数数值
测量过程
I.

瞬态衰减动力学是在不同光栅周期Λ下测量的。HARPIA-TG允许对激励光栅周期进行连续调谐。可在样品平面上形成从1.15到15μm(取决于泵浦波长)的周期。

II.

在每个光栅周期获得的数据适合指数衰减。检索到的倒数衰减常数被绘制成光栅周期的平方倒数函数。该曲线的切线提供了载流子扩散系数(在给定的载流子浓度和温度下),而零截点(Λ = ∞ μm)提供了本征载流子重组率 τR

III.

在不同的激发强度下重复实验,以获得扩散系数对非平衡态载流子浓度的综合相关性。

偏振和泵浦波长控制可分别实现更先进的自旋光栅和热光栅测量。

性能
GaN

下图显示了 GaN 层背面和正面的载流子扩散系数、扩散长度和寿命与通量的函数关系。氮化镓越厚,由于更好的聚结,生长层的质量就越好。较低的扩散率和较短的寿命表明蓝宝石衬底和氮化镓之间的界面结构质量差且缺陷密度高。

使用 HARPIA-TG 结合 CARBIDE 激光和 I-OPA 进行测量。测量条件60 kHz、355 nm 泵浦波长、1030 nm 探针波长。

SiC

碳化硅(SiC)是一种具有独特性能的化合物半导体,因其具有高热导率、宽带隙和出色的电气性能而备受推崇。

在碳化硅器件中,高频、高温和高电压操作十分常见,因此管理载流子扩散对于确保器件性能的高效和可靠尤为重要,这也是碳化硅半导体技术的一个关键考虑因素。

轮廓图
软件

HARPIA-TG 提供了一个专用软件,可以完全自动选择泵浦和探测参数以及光栅周期,从而尽可能简化扩散系数和载流子寿命的测量。

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