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阴极荧光光谱测试(CL)

原理:利用高能电子束直接轰击半导体材料,激发出二次电子与大量的电子-空穴对,载流子发生辐射复合释放出特定波长的光子。通过收集并解析这些光子,可实现材料微区光学特性与物理形貌在纳米级空间尺度上的原位协同表征。

具体测试对象:

深紫外(DUV)LED外延材料

Micro-LED微缩发光台面截面等


1. 项目介绍

原理:利用高能电子束直接轰击半导体材料,激发出二次电子与大量的电子-空穴对,载流子发生辐射复合释放出特定波长的光子。通过收集并解析这些光子,可实现材料微区光学特性与物理形貌在纳米级空间尺度上的原位协同表征。

作用:主要解决传统光学显微镜的阿贝衍射极限问题;用于直接统计材料贯穿位错(TDs)密度的“黑斑”分布;评估Micro-LED等离子刻蚀边缘损伤层宽度;揭示量子阱内部局域组分波动导致的光谱微观漂移现象。


2. 样品要求

2.1 CL测试依赖高能电子束持续轰击。若待测材料为绝缘体或高阻半导体,极易在表面形成严重的电荷积累,直接排斥入射电子束并导致扫描图像扭曲与发光信号猝灭。因此,导电性差的样品表面必须精确溅射小于5nm的极薄金、铂或碳导电膜,既能导出电荷又不可遮挡微弱的透射发光

2.2 在进行Micro-LED侧壁或多量子阱深层剖面的截面CL发光测试时,必须采用聚焦离子束(FIB)或氩离子截面抛光(CP)技术制备绝对平整的解理面。传统的机械研磨会在晶格表面引入极厚的无定形应力损伤层(死层),这些强烈的非辐射复合中心会直接猝灭电子束激发的激子,导致根本无法收集到本征发光信号


3. 常见问题

3.1 局部热效应与不可逆晶格损伤

聚焦电子束的能量密度极高。在执行高分辨慢速扫描或定点单色光谱采集时,电子束巨大的动能瞬间转化为高度局域化的热能。对于热导率差的独立微像素或薄膜材料,热量无法向四周有效传导散溢,极易引发严重热斑效应。不仅会导致实测光谱发生虚假的热红移和半峰宽展宽,更会直接诱发材料局部相变或热应力开裂。

3.2 加速电压与空间分辨率的调节

为追求极高空间分辨率,常降低电子束加速电压。但这会导致穿透深度极浅,能量大量耗散于受表面损伤主导的“死层”中,无法激发出深层强发光。若盲目提高电压以增强信号,电子束在晶体内的散射体积将呈三次方级数膨胀,会丧失纳米分辨率,还极易直接穿透极薄的量子阱层,激发底层GaN缓冲层产生强烈的背景杂散光


使用设备:扫描电子显微镜(SEM)

阴极荧光光谱测试(CL)
原理:利用高能电子束直接轰击半导体材料,激发出二次电子与大量的电子-空穴对,载流子发生辐射复合释放出特定波长的光子。通过收集并解析这些光子,可实现材料微区光学特性与物理形貌在纳米级空间尺度上的原位协同表征。
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