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Photoluminescence

Produits reliés : MFLI

Description de l'application

La photoluminescence est une technique utilisée pour caractériser les propriétés optoélectroniques des semi-conducteurs et autres matériaux. Son principe est simple : les électrons sont excités de la bande de valence à la bande de conductance du matériau par un laser dont l'énergie est supérieure à la bande interdite. Par conséquent, les porteurs photoexcités se relaxent puis se recombinent spontanément avec des trous dans la bande de valence. Dans le cas des semi-conducteurs directs, l'énergie excédentaire est émise sous forme de lumière (émission spontanée). En analysant le spectre de la lumière émise, il est possible de mesurer la réponse du matériau en termes d'intensité en fonction de la longueur d'onde. Cela permet d'en savoir plus sur la structure de bandes du matériau - la largeur de la bande interdite, l'efficacité relative de la génération de lumière, la qualité du matériau (élargissement inhomogène), etc. Des informations supplémentaires peuvent être obtenues en contrôlant l'environnement de l'échantillon, par exemple en ajoutant un champ magnétique ou en modifiant la température de l'échantillon.

Stratégies de mesure

Photoluminescence Application Setup using the Zurich Instruments MFLI Lock-in Amplifier

La figure illustre une manipulation de photoluminescence de base : la lumière d'un laser à onde continue (CW) est modulée par un hacheur optique (ou un autre dispositif de modulation de la lumière) à une fréquence pouvant atteindre quelques kHz. Le faisceau modulé frappe l'échantillon, où il excite les électrons de la bande de valence à la bande de conductance. L'émission spontanée de l'échantillon est collectée et envoyée vers un monochromateur ou un spectromètre qui permet de mesurer l'intensité de la lumière en fonction de sa longueur d'onde. Comme la lumière laser est également collectée et a généralement une intensité nettement supérieure, il est bon d'utiliser des filtres optiques pour la bloquer.

La lumière ambiante peut sérieusement interférer avec ce type de mesures, en particulier dans les manipulations ouvertes qui sont 'table-top'. Cela explique bien pourquoi la lumière laser et la lumière émise doivent être modulées et mesurées avec une détection synchrone qui permet de maximiser le rejet des composantes de lumière parasite.

Pourquoi choisir Zurich Instruments

Avec sa largeur de bande d'entrée de 500 kHz couvrant les fréquences de modulation les plus courantes, la détection synchrone MFLI est idéael pour les manipulations de photoluminescence :

  • Le MFLI présente un très faible niveau de bruit d'entrée de 2.5 nV/√Hz, ce qui vous permet de mesurer de très petites caractéristiques dans vos spectres dans un temps d'intégration raisonnable.
  • LabOne® comporte des outils tels que le Plotter, qui affiche la trace temporelle de l'amplitude du signal pour vous aider lors de l'alignement du faisceau laser.
  • En le connectant à un réseau WiFi, le MFLI peut également être contrôlé via une tablette ou même un smartphone : vous pouvez emporter la trace temporelle avec vous, où que se trouvent les commandes d'alignement de la manipulation.
  • Les démodulateurs rapides permettent de mesurer des phénomènes transitoires courts.
  • Grâce à l'entrée de courant avec 8 niveaux de gain, il est possible de mesurer directement le courant photo-généré par les photodiodes sans utiliser un amplificateur de transimpédance intermédiaire.
  • Avec le transfert rapide de données numériques via les connexions USB ou GbE, vous n'avez pas besoin d'une carte de numérisation pour enregistrer les résultats de vos mesures. Les données peuvent être consultées et enregistrées dans l'interface utilisateur LabOne ou via les interfaces de programmation disponibles (pour Python, C, MATLAB®, LabVIEW™ et .NET).
  • Le facteur de forme compact du MFLI permet de le positionner facilement à proximité de la manipulation.

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Publications

Cheng, Y. et al.

Luminescence quantum yields of goldnanoparticles varying with excitation wavelengths

Nanoscale 8, 2188 (2016)

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