光致发光原理
qd光致发光原理
qd光致发光原理
qd光致发光原理是一种用于发光二极管（LED）的材料，可以用于制造高效能的绿色和红色LED。
在这篇文章中，我们将深入探讨qd 光致发光原理，全面阐述整个过程。
首先，我们需要了解发光二极管的基本原理。
当电子与空穴结合时，就会释放出能量。
在LED中，这种能量以光的形式释放，因此产生发光效果。
但是，LED中的电子和空穴只能释放出一种颜色的光。
如果想生产多种颜色的LED，就需要使用不同的材料。
现在，就来介绍qd光致发光原理。
qds是一种用于制造LED的半导体材料，其结构类似于晶体。
这种材料的特点是，当它受到特定波长的光照射时，就会发出可见光。
那么，它是如何发挥作用的呢？在qd材料中，电子和空穴之间的间隔非常小，只有几纳米。
这种小空间的存在导致电子和空穴之间的相互作用变得更加强烈，从而导致它们能够有效地结合。
当电子和空穴相互结合时，就会释放出能量，这种能量以光的形式释放出来。
由于电子和空穴之间的间隔非常小，这个能量就足以产生可见光。
不同种类的qd材料具有不同的间隔，则会产生不同颜色的光。
qd光致发光原理的优点在于，可以制造多种不同颜色的LED。
只需要选择不同的qd材料，就可以获得不同颜色的LED。
此外，qd材料具有出色的光电转换效率，这意味着它可以将电能转换为光能的效率非常高。
总之，qd光致发光原理是一种新型的LED制造材料。
它的特点是能够制造多种不同颜色的LED，具有高效能的光电转换效率。
随着技术的发展，qd光致发光材料有望成为LED制造的主流材料之一。
PL简介
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二、基本原理
在这个过程中，有六种不同的复合机构会发射光子，它们是：
（1）自由载流子复合——导带底电子与价带顶空穴的复合；
（2）自由激子复合——晶体中原子的中性激发态被称为激子，激子 复合也就是原子从中性激发态向基态的跃迁，而自由激子指的是可以 在晶体中自由运动的激子，这种运动显然不传输电荷； （3）束缚激子复合——指被施主、受主或其他陷阱中心(带电的或不 带电的)束缚住的激子的辐射复合，其发光强度随着杂质或缺陷中心 的增加而增加； （4）浅能级与本征带间的载流子复合——即导带电子通过浅施主能 级与价带空穴的复合，或价带空穴通过浅受主能级与导带电子的复合；
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五、优缺点
优点
光致发光分析方法的实验设备比较简单、测量本身是非破坏性的，而 且对样品的尺寸、形状以及样品两个表面间的平行度都没有特殊要求。 它在探测的量子能量和样品空间大小上都具有很高的分辨率，因此适 合于作薄层分析和微区分析。
缺点
它的原始数据与主要感兴趣的物理现象之间离得比较远，以至于经常 需要进行大量的分析，才能通过从样品外部观测到的发光来推出内部 的符合速率。 光致发光测量的结果经常用于相对的比较，因此只能用于定性的研究 方面。 测量中经常需要液氦低温条件也是一种苛刻的要求。 对于深陷阱一类不发光的中心，发光方法显然是无能为力的。
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四、应用
光致发光光谱是一种探测材料电子结构的方法，它与材料无接触且不 损坏材料。光直接照射到材料上，被材料吸收并将多余能量传递给材 料，这个过程叫做光激发。这些多余的能量可以通过发光的形式消耗 掉。由于光激发而发光的过程叫做光致发光。光致发光的光谱结构和 光强是测量许多重要材料的直接手段。光激发导致材料内部的电子跃 迁到允许的激发态。当这些电子回到他们的热平衡态时，多余的能量 可以通过发光过程和非辐射过程释放。光致发光辐射光的能量是与两 个电子态间不同的能级差相联系的，这其中涉及到了激发态与平衡态 之间的跃迁。激发光的数量是与辐射过程的贡献相联系的。
光致发光材料
光致发光材料光致发光材料是一种能够在受到光照射后产生发光现象的材料。
这种材料在现代科技中有着广泛的应用，包括LED显示屏、发光二极管、荧光材料等。
光致发光材料的发展对于提高光电器件的性能、节能减排以及推动信息技术的发展具有重要意义。
光致发光材料的种类繁多，其中最常见的包括有机发光材料和无机发光材料。
有机发光材料通常是指含有芳香环或共轭结构的有机化合物，其特点是颜色鲜艳、发光效率高、加工成本低等。
无机发光材料则是指以无机化合物为基础材料，如氧化锌、硫化锌、氧化铟锡等，其特点是稳定性好、使用寿命长、适用于高温环境等。
光致发光材料的发光原理是通过外界激发光源的作用下，材料内部的电子发生跃迁并释放出能量，从而产生光子。
这一过程中，激子的形成和电子的复合是关键步骤。
有机发光材料的发光机制通常包括荧光和磷光两种方式，而无机发光材料则主要以电子激子和空穴激子的复合为主。
光致发光材料的研究与应用已经取得了许多重要的成果。
在LED显示屏领域，有机发光材料因其发光效率高、颜色纯净、可弯曲性强等特点，已经成为了主流的发光材料。
而在生物医学领域，荧光探针作为一种特殊的有机发光材料，被广泛应用于细胞成像、药物传递和疾病诊断等方面。
此外，无机发光材料在荧光粉、荧光管等领域也有着重要的应用。
光致发光材料的发展趋势主要包括提高发光效率、拓展发光领域、改善材料稳定性等方面。
在提高发光效率方面，研究人员致力于寻找更高效的发光机制，设计新型的发光分子结构以及改进材料的合成工艺。
在拓展发光领域方面，光致发光材料的应用范围将不断扩大，涉及到照明、显示、生物医学、安全防护等多个领域。
在改善材料稳定性方面，研究人员将尝试寻找更加稳定的材料结构，提高材料的抗氧化、耐光衰减等性能。
总的来说，光致发光材料是一种具有广阔应用前景的新型材料，其在LED显示、生物医学、照明等领域都有着重要的作用。
随着科技的不断进步，相信光致发光材料将会迎来更加美好的未来。
PL谱
激光器
激光器电源
狭缝
光电倍增管
锁相放大器 单色仪
样品室 样品 透镜
计算机
制冷仪 图2 光致发光光谱测量装置示意图
实验室仪器
氩离子激 光器电源
氩离子 激光器
He-Cd 激光器
样品架 样品室 (杜瓦瓶 杜瓦瓶) 杜瓦瓶
制冷仪
真空泵
TRIAX550 PL谱仪 谱仪
放大器
) 放置样品(晶片，粉体，薄膜 晶片 2. 抽真空 3. 降温 4. 激光器使用 5. 光谱仪自检 6. 校准 7. 样品发光光谱测量 8. 变温测量 9. 变功率测量 10.关机 关机
高质量CZT晶体 谱的近带边区 晶体PL谱的近带边区 图4 高质量 晶体
谱的主峰为中性施主的束缚激子峰（ 该PL谱的主峰为中性施主的束缚激子峰（D0, X）。 谱的主峰为中性施主的束缚激子峰 ） 而 CdTe和 Cd0.96Zn0.04Te在该区域内的主发光峰则通常为 和 在该区域内的主发光峰则通常为 受主－束缚激子峰（ 受主 － 束缚激子峰 （ A0,X） 。 在 Cd0.9Zn0.1Te晶体的近带 ） 晶体的近带 边区的PL谱除此之外中 ， 边区的 谱除此之外中， 还可以看到基态自由激子峰 谱除此之外中 （X1）、上偏振带峰（Xup）以及第一激发态自由激子峰 上偏振带峰（ 对于质量较差的CZT晶体， 无法看到其自由激 晶体， （ X2 ） 。 对于质量较差的 晶体 子峰（ 和一次激发态自由激子峰（ 低温PL谱 子峰（X1）和一次激发态自由激子峰（X2）。低温 谱 可以用来比较全面的评价CZT晶体的质量， 并由此来推 晶体的质量， 可以用来比较全面的评价 晶体的质量 断晶体的探测性能。 断晶体的探测性能。
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IV
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光致发光的原理和过程
光致发光的原理和过程Light-induced luminescence, also known as photoluminescence, is a phenomenon where a material emits light after being exposed to an external light source. 光致发光，也称为光致发光，是一种物质在暴露于外部光源后发出光的现象。
This process occurs when the material absorbs photons from the external light source, which excites the electrons within the material to higher energy states. 这一过程发生在材料吸收外部光源的光子后，激发材料内的电子达到更高能级状态。
When these excited electrons return to their original, lower energy states, they release the excess energy in the form of light, causing the material to emit photons. 当这些激发的电子回到它们最初的低能级状态时，它们以光的形式释放多余的能量，导致材料发射出光子。
One of the key factors influencing the light-induced luminescence process is the band gap of the material. 影响光致发光过程的一个关键因素是材料的能隙。
The band gap is the energy difference between the valence band and the conduction band in a material, and it determines the type of light that a material can absorb and emit. 能隙是材料价带和导带之间的能量差，它决定了材料可以吸收和发射的光的类型。
pl光致发光光谱测试条件
pl光致发光光谱测试条件一、测试目的光致发光（PL）光谱测试是一种用于研究材料发光特性的重要手段。
通过PL光谱测试，可以了解材料的发光性质、能级结构以及材料内部的缺陷和杂质等信息。
本测试条件旨在规范PL光谱测试的实验操作流程，确保测试结果的准确性和可靠性。
二、测试原理光致发光（PL）光谱是材料在吸收光子后，将能量转化为荧光发射的现象。
PL 光谱反映了材料内部能级结构、缺陷和杂质等信息。
通过对PL光谱的分析，可以了解材料的发光性质、能级结构以及材料内部的缺陷和杂质等信息。
三、测试条件1. 样品准备（1）样品应具有代表性，能够反映材料的整体性能。
（2）样品应清洁、干燥，无杂质和污染物。
（3）样品尺寸应适中，以便于测试和观察。
2. 测试环境（1）实验室温度应保持在20±5℃。
（2）实验室湿度应保持在50±5%。
（3）实验室应保持清洁、无尘，避免影响测试结果。
3. 光源选择（1）选择合适的激光光源，确保其波长、功率和稳定性满足测试要求。
（2）激光光源的波长范围应覆盖样品发光的主要波段。
4. 样品处理（1）对于固体样品，应将其研磨成粉末或薄片，以便于测试。
（2）对于液体样品，应将其稀释至适当浓度，以便于测试。
5. 测试参数设置（1）设置合适的激发波长和发射波长范围，以便于捕捉样品的PL光谱。
（2）设置合适的扫描速度和步长，以便于获得准确的PL光谱。
6. 数据处理与分析（1）对获得的PL光谱进行去噪、平滑等处理，以提高数据质量。
（2）对PL光谱进行拟合和分析，提取发光峰位、强度等信息。
四、注意事项1. 在进行PL光谱测试前，应对样品进行充分的了解和研究，以便选择合适的测试条件和方法。
2. 在测试过程中，应注意保护眼睛和皮肤，避免长时间暴露在激光光源下。
3. 在数据处理和分析过程中，应注意数据的准确性和可靠性，避免误导实验结果。
光致发光和电致发光谱概述
斯托克斯定律（Stoke’s law）
发光材料的发射光波长一般总是大于激发光波长，这称为 斯托克斯定律，激发光波长（或能量）与发射光波长（或能量） 之差称为斯托克斯位移，或者说发光的光子能量通常要小于激 发光子的能量。
即材料吸收高能量的短波辐射，而发射出低能量的长波辐射。
反斯托克斯效应（Anti-stoke’s effect）
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按照弗兰克－康登原理：
光学吸收跃迁是垂直的。原因是当 发光中心吸收了发光能时，系统的能量 将由基态竖直的跃迁到激发态。从基态 向激发态的跃迁是电子的，而水平位移 是核的，距离只是核间距，电子的激发 时间很短，电子的运动比核快很多，激 发结束的瞬间系统的位形没能来得及发 生变化。所以电子跃迁可以很好地近似 看作在静态环境内进行。
用于波长低于450nm的情形，汞灯和氙灯是常用的两种具有线状 谱的光源，汞灯有高压的和低压的，低压汞灯线状谱较锐，高压 汞灯工作在高温高压下，原子谱线展的较宽。但作为紫外光源， 二者共同的缺点是在可见光区和红外光区有较大的输出，另一种 常见的紫外光源是氘灯，虽然它的光强度较低，但具有很好的紫 外连续谱，且可见光成分很少。
耦合：电子与晶格振动相互作用。 △R反映了这种耦合的强度。
在较高温度下，起始状态也可能是 v＞0的能级，这样会使吸收带更宽。
位形坐标与对应的吸收谱
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基质晶格吸收
除了发光中心吸收外界能量，基质晶格也会吸收能量，通 过两种方式：
1、产生自由电子和空穴；光跃迁属于电荷跃迁类型。 2、产生电子-空穴对（激子）。 前者需要的能量超过材料的带隙；后者可以略小于带隙。
然而，如果△ R≠0，则v＝o与几个v’＞ o能级间有最大的振动重叠，就可以观察到 宽带吸收。吸收带越宽，则△ R值越大。吸 收谱的宽度可以表征激发态和基态之间的△ R值的大小。
光致发光(PL)光谱解读
在上述辐射复合机构中，前两种属于本
征机构，后面几种则属于非本征机构。由此
可见，半导体的光致发光过程蕴含着材料结
构与组份的丰富信息，是多种复杂物理过程
的综合反映，因而利用光致发光光谱可以获
பைடு நூலகம்
得被研究材料的多种本质信息。
二、仪器及测试
测量半导体材料的光致发光光谱的基本 方法是，用激发光源产生能量大于被测材料
2、杂质识别 根据特征发光谱线的位置，可以识别GaAs和GaP 中的微量杂质。
3、硅中浅杂质的浓度测定
4、辐射效率的比较 半导体发光和激光器件要求材料具有良好的发光性 能，发光测量正是直接反映了材料的发光特性。通过 光致发光光谱的测定不仅可以求得各个发光带的强度 ，而且也可以的到积分的辐射强度。在相同的测量条 件下，不同的样品间可以求得相对的辐射效率。 5、 GaAs材料补偿度的测定 补偿度NA/ND（ND，NA分别为施主、受主杂质浓度 ）是表征材料纯度的重要特征参数。 6、少数载流子寿命的测定
光致发光（PL）光谱
一、光致发光基本原理
1. 定义：所谓光致发(Photoluminescence)指的是以光 作为激励手段，激发材料中的电子从而实现发 光的过程。它是光生额外载流子对的复合过程 中伴随发生的现象
2. 基本原理：由于半导体材料对能量高于其吸收限的 光子有很强的吸收，吸收系数通常超过104cm-1，因此在 材料表面约1μm厚的表层内，由本征吸收产生了大量的 额外电子-空穴对，使样品处于非平衡态。这些额外载 流子对一边向体内扩散，一边通过各种可能的复合机构 复合。其中，有的复合过程只发射声子，有的复合过程 只发射光子或既发射光子也发射声子
7、均匀性的研究 测量方法是用一个激光微探针扫描样品，根据样 品的某一个特征发光带的强度变化，直接显示样品的 不均匀图像。
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体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。
而能量传递则是由于激发态的运动。
紫外辐射、可见光及红外辐射均可引起光致发光。
如磷光与荧
产生激发态的分布按能量的高低可以分为三个区域。
低于禁带宽度的激发态主要是分立中心的激发态。
关于这些激发态能谱项及其性质的研究，涉及到杂质中心与点阵的相互作用，可利用晶体场理论进行分析。
随着这一相互作用的加强，吸收及发射谱带都由窄变宽，温度效应也由弱变强，特别是猝灭现象变强，使一部分激发能变为点阵振动。
在相互作用较强的情况下，激发态或基态都只能表示中心及点阵作为一个统一系统的状态。
通常用位形坐标曲线[1]表示。
电子跃迁一般都在曲线的极小值附近发生。
但是，近年关于过热发光的研究，证明发光也可以从比较高的振动能级起始，这在分时光谱中可得到直观的图像，反映出参与跃迁的声子结构。
接近禁带宽度的激发态是比较丰富的，包括自由激子、束缚激子及施主-受主对等。
当激发密度很高时,还可出现激子分子，而在间接带隙半导体内甚至观察到电子－空穴液滴。
激子又可以和能量相近的光子耦合在一起,形成电磁激子(excitonic polariton)。
束缚激子的发光是常见的现象，它在束缚能上的微小差异常被用来反映束缚中心的特征。
在有机分子晶体中，最低的电子激发态是三重激子态，而单态激子的能量几乎是三重态激子能量的两倍。
分子晶体中的分子由于近邻同类分子的存在,会出现两种效应：“红移”(约几百cm)及“达维多夫劈裂”。
这两种效应对单态的影响都大于对三重态的影响。
能量更高的激发态是导带中的电子，包括热载流子所处的状态。
后者是在能量较高的光学激发下。
载流子被激发到高出在导带（或价带）中热平衡态的情况，通常可用电子（或空穴）温度（不同于点阵温度）描述它们的分布。
实验证明，热载流子不需要和点阵充分交换能量直至达到和点阵处于热平衡的状态即可复合发光，尽管它的复合截面较后者小。
热载流子也可在导带（或价带）内部向低能跃迁。
这类发光可以反映能带结构及有关性质。
激发态的运动是发光中的重要过程，能量传递是它的一个重要途径。
分子之间的能量传递几率很大，处于激发态的分子被看作是激子态。
无机材料中的能量传递也非常重要，在技术上已得到应用。
无辐射跃迁是激发态弛豫中的另一重要途径。
对发光效率有决定性的影响。
应用
光致发光最普遍的应用为日光灯。
它是灯管内气体放电产生的紫外线激发管壁上的发光粉而发出可见光的。
其效率约为白炽灯的5倍。
此外,“黑光灯”及其他单色灯的光致发光广泛地用于印刷、复制、医疗、植物生长、诱虫及装饰等技术中。
上转换材料则可将红外光转换为可见光，可用于探测红外线，例如红外激光的光场等。
光致发光可以提供有关材料的结构、成分及环境原子排列的信息，是一种非破坏性的、灵敏度高的分析方法。
激光的应用更使这类分析方法深入到微区、选择激发及瞬态过程的领域，使它又进一步成为重要的研究手段，应用到物理学、材料科学、化学及分子生物学等领域，逐步出现新的边缘学科。