專利名稱：深紫外激光光致發(fā)光光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光譜儀器與光譜技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種深紫外激光光致發(fā)光光譜儀。
背景技術(shù)：
光譜技術(shù)是利用光波與物質(zhì)的相互作用來研究物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)的重要測試手段，它在材料物理研究和材料性質(zhì)表征方面發(fā)揮著重要的作用。以半導(dǎo)體材料為例，利用光譜技術(shù)可獲得材料的晶格結(jié)構(gòu)、電子能帶結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)、缺陷、表面態(tài)、載流子輸運(yùn)等重要信息。在光譜技術(shù)及光譜儀器中，光源是基礎(chǔ)。在激光器出現(xiàn)以前，多以熱致發(fā)光(如商素?zé)簟?硅碳棒燈)、氣體放電(如氘燈、氙燈)等方法來獲得非相干光波的輸出。這些光源有著功率密度低、譜線寬、不易匯聚等缺點(diǎn)，往往不能滿足許多光譜測試的需求。激光器的出現(xiàn)使得光譜學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域發(fā)生了革命性的變化。在許多情況下，激光器的應(yīng)用可以使光譜儀器的分辨率和靈敏度提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)使得測試時(shí)間大為縮短。激光器出現(xiàn)之前，許多由于光源強(qiáng)度不夠或由于沒有足夠的光譜分辨率和時(shí)間分辨率而無法完成的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在則非常容易實(shí)現(xiàn)。作為光譜光源的激光器比非相干光源(如同步輻射、氣體放電燈等)有著無可比擬的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)為功率密度高、單色性好、波長可調(diào)諧、可實(shí)現(xiàn)超短時(shí)間分辨測量、 光束質(zhì)量好等。近幾十年來以激光為光源的光學(xué)方法和光譜技術(shù)(例如被廣泛應(yīng)用的光致發(fā)光技術(shù))已經(jīng)成為檢測和表征半導(dǎo)體材料物理性質(zhì)最基本、最重要的手段而被廣泛應(yīng)用。利用這些光譜技術(shù)可以獲得材料的晶體結(jié)構(gòu)、電子態(tài)、能帶(級(jí))結(jié)構(gòu)、激子、聲子結(jié)構(gòu)、 電子-聲子散射、雜質(zhì)、缺陷、表面態(tài)、各類瞬態(tài)過程(熱電子弛豫、載流子的發(fā)射和俘獲等) 等多種信息。幾十年來，激光技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，波長覆蓋從紫外至THz遠(yuǎn)紅外的廣闊波段。 然而，適用于光譜儀器的深紫外激光光源卻依然處于發(fā)展初期階段。截至目前，國際上還沒有以全固態(tài)深紫外激光器為光源的激光光致發(fā)光光譜儀器。見于文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)的以固態(tài)激光器為激發(fā)光源、激發(fā)波長最短的光致發(fā)光譜實(shí)驗(yàn)裝置，其激光波長為195nm，光譜探測波長大于 200nm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種新型的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，該光譜儀采用全固態(tài)深紫外激光器為激發(fā)光源，并具有穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜和時(shí)間分辨光譜測量功能，可用于 A1N、BeZnO等超寬禁帶半導(dǎo)體材料及其它寬禁帶材料的光學(xué)性質(zhì)研究。本發(fā)明提供一種深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，包括一全固態(tài)深紫外激光器；一真空樣品室，該真空樣品室的激光輸入接口與全固態(tài)深紫外激光器的激光輸出接口通過法蘭連接，以便將深紫外激光器發(fā)射的激光引入真空樣品室，用于激發(fā)樣品；一真空單色儀， 該真空單色儀的入口與真空樣品室的熒光輸出口通過法蘭連接，用于將樣品發(fā)射的熒光引入單色儀；一第一真空維持系統(tǒng)，該第一真空維持系統(tǒng)與真空樣品室連接，以維持真空樣品室的真空狀態(tài)，及測量真空度；一第二真空維持系統(tǒng)，該第二真空維持系統(tǒng)與真空單色儀連接，以維持真空單色儀的真空狀態(tài)，及測量真空度；一低溫系統(tǒng)和控溫裝置，該低溫系統(tǒng)和控溫裝置與真空樣品室通過法蘭連接，用于控制樣品的溫度；一樣品架三維調(diào)整裝置，該樣品架三維調(diào)整裝置與真空樣品室連接，用于調(diào)整樣品的空間位置；一穩(wěn)態(tài)發(fā)射譜探測系統(tǒng)， 該穩(wěn)態(tài)發(fā)射譜探測系統(tǒng)與真空單色儀的一個(gè)出口連接，用于穩(wěn)態(tài)光譜信號(hào)的測量；一時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)，該時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)與真空單色儀的另一個(gè)出口連接，用于時(shí)間分辨光譜信號(hào)的測量；一真空泄漏安全系統(tǒng)，該真空泄漏安全系統(tǒng)的第一、第二控制端與第一真空維持系統(tǒng)連接，第三、第四控制端與第二真空維持系統(tǒng)連接，第五控制端與低溫系統(tǒng)和控溫裝置連接，該真空泄漏安全系統(tǒng)用于在真空異常泄漏情況下，緊急關(guān)閉第一真空維持系統(tǒng)、第二真空維持系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)和控溫裝置，避免上述裝置在真空度突然下降的情況下受到損壞；一計(jì)算機(jī)控制裝置，該計(jì)算機(jī)控制裝置用于控制真空泄漏安全系統(tǒng)、真空單色儀、低溫系統(tǒng)和控溫裝置、樣品架三維調(diào)整裝置、穩(wěn)態(tài)發(fā)射譜探測系統(tǒng)和時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)。其中真空樣品室包括一樣品架和一熒光收集裝置，該樣品架用于安放樣品，該熒光收集裝置用于將熒光有效地收集并引入到真空單色儀內(nèi)。其中第一真空維持系統(tǒng)包括第一真空泵組和第一真空計(jì)及真空管路和真空閥門， 該第一真空泵組用于維持真空樣品室的真空狀態(tài)，該第一真空計(jì)用于測量真空樣品室的真空度。其中第二真空維持系統(tǒng)包括第二真空泵組和第二真空計(jì)及真空管路和真空閥，該第二真空泵組用于維持真空單色儀的真空狀態(tài)，該第二真空計(jì)用于測量真空單色儀的真空度。其中全固態(tài)深紫外激光器輸出激光的波長為177-200nm。其中低溫系統(tǒng)和控溫裝置是閉循環(huán)氦制冷機(jī)或氦連續(xù)流制冷機(jī)，再配以溫度控制器實(shí)現(xiàn)，溫度控制器在4-350K范圍內(nèi)連續(xù)控溫。其中所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)為相敏檢波裝置或光子計(jì)數(shù)裝置或電荷耦合器件攝譜裝置或光電二極管陣列攝譜裝置，以探測穩(wěn)態(tài)的光致發(fā)光光譜信號(hào)。其中采用相敏檢波裝置的穩(wěn)態(tài)探測系統(tǒng)由光電倍增管、光電倍增管高壓電源、光電倍增管控溫裝置、前置放大器、鎖相放大器和斬波器構(gòu)成，能在遠(yuǎn)高于光譜信號(hào)的噪聲背景下提取微弱的光譜信號(hào)，有著很高的探測靈敏度。其中采用光子計(jì)數(shù)裝置的穩(wěn)態(tài)探測系統(tǒng)由光電倍增管、光電倍增管高壓電源、光電倍增管控溫裝置、前置放大器和光子計(jì)數(shù)器構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)級(jí)的光譜探測靈敏度。其中采用電荷耦合器件攝譜裝置的穩(wěn)態(tài)探測系統(tǒng)由電荷耦合器件和電荷耦合器件控溫裝置構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)很高的探測靈敏度和光譜采集效率。其中采用光電二極管陣列攝譜裝置的穩(wěn)態(tài)探測系統(tǒng)由光電二極管陣列器件和光電二極管陣列器件控溫裝置構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)很高的探測靈敏度和光譜采集效率。其中所述時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)為條紋相機(jī)裝置或時(shí)間分辨光子計(jì)數(shù)裝置，用于探測時(shí)間分辨的光致發(fā)光光譜信號(hào)。其中采用條紋相機(jī)裝置的時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)由條紋相機(jī)和觸發(fā)光電二極管構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)級(jí)的時(shí)間分辨光譜的探測。其中采用時(shí)間分辨光子計(jì)數(shù)裝置的時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)由光電倍增管、光電倍增管高壓電源、光電倍增管控溫裝置、前置放大器、時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)裝置和觸發(fā)光電二極管構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)級(jí)的時(shí)間分辨光譜的探測。本發(fā)明提供的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，采用波長很短(例如177nm，對(duì)應(yīng)的光子能量7eV)的全固態(tài)深紫外激光器為激發(fā)光源，使光致發(fā)光光譜儀的探測波段真正的延伸到深紫外區(qū)，彌補(bǔ)深紫外光譜區(qū)光譜技術(shù)和光譜儀器的空白。該光譜儀可用于研究目前近紫外光譜儀所不能測量的禁帶寬度在6eV以上的超寬禁帶半導(dǎo)體材料及其它寬禁帶材料。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做一詳細(xì)的描述，其中圖1是深紫外激光光致發(fā)光光譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)結(jié)合參閱圖1所示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明涉及一種新型的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，具體實(shí)施方式
如下所述深紫外激光光致發(fā)光光譜儀按照?qǐng)D1所示的結(jié)構(gòu)圖由全固態(tài)深紫外激光器 11、第一真空維持系統(tǒng)12(包括第一真空泵組、第一真空計(jì)、真空管路、真空閥門等)、第二真空維持系統(tǒng)12’(包括第二真空泵組、第二真空計(jì)、真空管路、真空閥門等)、真空泄漏安全系統(tǒng)13、真空樣品室14、樣品架15、熒光收集裝置16、真空單色儀17、低溫系統(tǒng)和控溫裝置18、樣品架三維調(diào)整裝置19、穩(wěn)態(tài)發(fā)射譜探測系統(tǒng)20、時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)21、計(jì)算機(jī)控制裝置22 (包括計(jì)算機(jī)、控制軟件)等部分構(gòu)成。以上所述全固態(tài)深紫外激光器11輸出激光的波長為177-200nm。所述全固態(tài)深紫外激光器11輸出激光的脈沖寬度為fs至PS量級(jí)。所述全固態(tài)深紫外激光器11的激光輸出接口通過真空法蘭與真空樣品室14銜接，以便把深紫外激光引入真空樣品室14。全固態(tài)深紫外激光器11輸出的深紫外激光進(jìn)入到真空樣品室14后，照射放置在樣品架15上的被測量樣品表面，用以產(chǎn)生熒光。由于深紫外光在大氣中存在強(qiáng)烈的吸收，所以需要真空環(huán)境或高純氮?dú)猸h(huán)境供光束的傳播。以上所述真空樣品室14用于容納樣品架15和熒光收集裝置16，并在第一真空維持系統(tǒng)12的作用下維持真空環(huán)境，從而避免深紫外激光和熒光信號(hào)在大氣中因強(qiáng)烈吸收而損失。其中，第一真空維持系統(tǒng)12的第一真空泵組121用于給真空樣品室14抽氣，第一真空計(jì)122用于測量真空樣品室14的真空度。所述真空樣品室14通過真空法蘭與全固態(tài)深紫外激光器11的激光輸出接口銜接，用以引入深紫外激光；所述真空樣品室14與真空單色儀17的入口銜接，用于將熒光收集裝置16收集的熒光信號(hào)引入真空單色儀17 ；所述真空樣品室14與樣品架三維調(diào)整裝置19銜接，可在真空樣品室14外部方便調(diào)整真空樣品室 14內(nèi)的樣品架15的空間位置。以上所述真空單色儀17為分光裝置，其作用是將具有多種波長的熒光進(jìn)行分光，使得從真空單色儀17出射的光為一定程度的單色光。并且，通過旋轉(zhuǎn)單色儀中的光柵，可選擇真空單色儀17出射光的波長，即實(shí)現(xiàn)了光譜的掃描。所述真空單色儀17采用平面光柵單色儀或凹面光柵單色儀或其它類型的單色儀。所述真空單色儀17在真空維持系統(tǒng)12’的作用下維持真空環(huán)境，從而避免深紫外激光和熒光信號(hào)在大氣中因強(qiáng)烈吸收而損失。其中， 第二真空維持系統(tǒng)12’的第二真空泵組121’用于給真空單色儀17抽氣，第二真空計(jì)122’ 用于測量真空單色儀17的真空度。所述真空單色儀17的入口通過法蘭與真空樣品室14 銜接，用于接收來自真空樣品室14內(nèi)部的熒光收集裝置16收集的熒光信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行分光。所述真空單色儀17與穩(wěn)態(tài)發(fā)射譜探測系統(tǒng)20和時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)21銜接，以便進(jìn)行穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜和時(shí)間分辨光譜的測量。所述真空單色儀17在計(jì)算機(jī)控制裝置22的控制下工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)光譜掃描。以上所述第一真空維持系統(tǒng)12用于維持真空樣品室14的真空狀態(tài)，從而避免深紫外激光和熒光信號(hào)在大氣中因強(qiáng)烈吸收而損失。所述第一真空維持系統(tǒng)12主要由第一真空泵組121、第一真空計(jì)122、真空閥門、真空管路等構(gòu)成。第一真空泵組121完成真空室的抽氣功能，第一真空計(jì)122完成真空度的測量功能，真空閥門完成真空室之間、真空室與真空泵之間、真空室與真空管路之間等的真空聯(lián)通與隔離。所述第一真空維持系統(tǒng)12的工作狀態(tài)受下述真空泄漏安全系統(tǒng)13的監(jiān)控，當(dāng)真空異常泄漏時(shí)，真空泄漏安全系統(tǒng)13會(huì)緊急關(guān)閉第一真空泵組121、第一真空計(jì)122、真空閥門等，避免上述裝置的損壞。以上所述第二真空維持系統(tǒng)12’用于維持真空單色儀17的真空狀態(tài)，從而避免熒光信號(hào)在大氣中因強(qiáng)烈吸收而損失。所述第二真空維持系統(tǒng)12’主要由第二真空泵組 121’、第二真空計(jì)122’、真空閥門、真空管路等構(gòu)成。第二真空泵組121’完成真空室的抽氣功能，第二真空計(jì)122’完成真空度的測量功能，真空閥門完成真空室之間、真空室與真空泵之間、真空室與真空管路之間等的真空聯(lián)通與隔離。所述第二真空維持系統(tǒng)12’的工作狀態(tài)受下述真空泄漏安全系統(tǒng)13的監(jiān)控，當(dāng)真空異常泄漏時(shí)，真空泄漏安全系統(tǒng)13會(huì)緊急關(guān)閉第二真空泵組121’、第二真空計(jì)122’、真空閥門等，避免上述裝置的損壞。以上所述低溫系統(tǒng)和控溫裝置18、樣品架三維調(diào)整裝置19和樣品架15構(gòu)成樣品系統(tǒng)，用于安放樣品、實(shí)現(xiàn)樣品溫度控制以及在真空樣品室14外部方便調(diào)整真空樣品室14 內(nèi)部樣品架15的空間位置。所述低溫系統(tǒng)和控溫裝置18由閉循環(huán)氦制冷機(jī)或氦連續(xù)流制冷機(jī)或其它制冷裝置配以溫度控制器實(shí)現(xiàn)。控溫范圍視制冷機(jī)及溫度控制器的性能而定， 可在4-350K范圍內(nèi)連續(xù)控溫。樣品架15可在樣品架三維調(diào)整裝置19的作用下進(jìn)行x、y 和ζ三維調(diào)整。調(diào)整可通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由計(jì)算機(jī)控制裝置22自動(dòng)控制，亦可手動(dòng)實(shí)現(xiàn)。以上所述熒光收集裝置16裝配于真空樣品室14內(nèi)部，用于將深紫外激光激發(fā)出來的熒光有效地收集并引入到真空單色儀17內(nèi)，以便由真空單色儀17對(duì)熒光進(jìn)行分光。由真空樣品室14和真空維持系統(tǒng)12保證熒光收集裝置16的真空環(huán)境，從而避免深紫外熒光信號(hào)在大氣中因強(qiáng)烈吸收而損失。以上所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20為相敏檢波裝置或光子計(jì)數(shù)裝置或電荷耦合器件攝譜裝置或光電二極管陣列攝譜裝置，以探測穩(wěn)態(tài)的光致發(fā)光光譜信號(hào)。采用相敏檢波技術(shù)的穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20由光電倍增管、光電倍增管高壓電源、光電倍增管控溫裝置、前置放大器、鎖相放大器、斬波器等構(gòu)成，能在遠(yuǎn)高于光譜信號(hào)的噪聲背景下提取微弱的光譜信號(hào)，有著很高的探測靈敏度。所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20中的光電倍增管與真空單色儀17銜接，將真空單色儀輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20的光譜探測范圍視所選用的光電倍增管的光譜響應(yīng)范圍而定。 所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20的輸出光譜信號(hào)由計(jì)算機(jī)控制裝置22采集。采用光子計(jì)數(shù)技術(shù)的穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20可由光電倍增管、光電倍增管高壓電源、光電倍增管控溫裝置、前置放大器、光子計(jì)數(shù)器等構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)級(jí)的光譜探測靈敏度。所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20中的光電倍增管與真空單色儀17銜接，將真空單色儀輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20的光譜探測范圍視所選用的光電倍增管的光譜響應(yīng)范圍而定。所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20的輸出光譜信號(hào)由計(jì)算機(jī)控制裝置22采集。采用電荷耦合器件攝譜裝置的穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20可由電荷耦合器件、電荷耦合器件控溫裝置等構(gòu)成。電荷耦合器件攝譜裝置屬多通道光譜采集設(shè)備，能同時(shí)獲取不同波長處的光譜數(shù)據(jù)，具有靈敏度高、方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20 中的電荷耦合器件與真空單色儀17銜接，將真空單色儀輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20的光譜探測范圍視所選用的電荷耦合器件的光譜響應(yīng)范圍而定。所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20的輸出光譜信號(hào)由計(jì)算機(jī)控制裝置22采集。使用光電二極管陣列攝譜裝置的穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20可由光電二極管陣列、光電二極管陣列控溫裝置等構(gòu)成。光電二極管陣列攝譜裝置屬多通道光譜采集設(shè)備，能同時(shí)獲取不同波長處的光譜數(shù)據(jù)，具有靈敏度高、方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20中的光電二極管陣列與真空單色儀17銜接，將真空單色儀輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20的光譜探測范圍視所選用的光電二極管陣列的光譜響應(yīng)范圍而定。所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)20的輸出光譜信號(hào)由計(jì)算機(jī)控制裝置22采集。以上所述時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)21為條紋相機(jī)裝置或時(shí)間分辨光子計(jì)數(shù)裝置， 用于探測時(shí)間分辨的光致發(fā)光光譜信號(hào)。采用條紋相機(jī)裝置的時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)21可由條紋相機(jī)、觸發(fā)光電二極管等構(gòu)成。條紋相機(jī)裝置能同時(shí)獲取光致發(fā)光隨波長和時(shí)間的變化關(guān)系，具有靈敏度高、方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。所述時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)21中的條紋相機(jī)裝置與真空單色儀17銜接，將真空單色儀輸出的二維(指波長和時(shí)間)光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。所述時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)21的光譜探測范圍視所選用的條紋相機(jī)的光譜響應(yīng)范圍而定。所述時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)21的輸出光譜信號(hào)由計(jì)算機(jī)控制裝置22采集。采用時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)技術(shù)的時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)21可由光電倍增管、光電倍增管高壓電源、光電倍增管控溫裝置、前置放大器、時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)裝置、觸發(fā)光電二極管等構(gòu)成。時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)裝置能實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)級(jí)隨時(shí)間變化的微弱光信號(hào)的探測。所述時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)21中的時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)裝置與真空單色儀17銜接， 將真空單色儀輸出的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。所述時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)21的光譜探測范圍視所選用的光電倍增管的光譜響應(yīng)范圍而定。所述時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)21的輸出光譜信號(hào)由計(jì)算機(jī)控制裝置22采集。以上所述真空泄漏安全系統(tǒng)13的第一、第二控制端與第一真空維持系統(tǒng)12連接， 第三、第四控制端與第二真空維持系統(tǒng)12’連接，第五控制端與低溫系統(tǒng)和控溫裝置18連接，用于在真空異常泄漏情況下，緊急關(guān)閉第一真空維持系統(tǒng)12 (第一真空泵組121、第一真空計(jì)122、真空閥門等)、第二真空維持系統(tǒng)12’(第一真空泵組121’、第一真空計(jì)122’、 真空閥門等)、低溫系統(tǒng)和控溫裝置18等，避免上述裝置在真空度突然下降的情況下的損壞。所述真空泄漏安全系統(tǒng)13在下述計(jì)算機(jī)控制裝置22的控制和協(xié)調(diào)下工作。以上所述計(jì)算機(jī)控制裝置22由計(jì)算機(jī)及其硬件接口、控制軟件組成。計(jì)算機(jī)在控制軟件的控制下，通過硬件接口電路實(shí)現(xiàn)對(duì)各部件的控制功能，以及完成光譜數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)、打印和常用的光譜數(shù)據(jù)處理等。具體功能包括控制和協(xié)調(diào)真空泄漏安全系統(tǒng)13 的工作，控制真空單色儀17光柵掃描，通過低溫系統(tǒng)和控溫裝置18控制樣品的溫度，通過樣品臺(tái)三維調(diào)整裝置19對(duì)樣品的空間位置進(jìn)行調(diào)整，讀取穩(wěn)態(tài)發(fā)射譜探測系統(tǒng)20和時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)21的熒光光譜數(shù)據(jù)，顯示并存儲(chǔ)光譜數(shù)據(jù)，對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和打印等。雖然參照上述具體實(shí)施方式
詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解本發(fā)明并不限于所公開的實(shí)施方式，對(duì)于本專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可對(duì)其形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變。例如，可對(duì)所述發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行增加、刪減或調(diào)換部分系統(tǒng)或裝置，但發(fā)明實(shí)質(zhì)并未改變。總之，本發(fā)明意欲涵蓋所附權(quán)力要求書的精神和范圍內(nèi)的各種變形。
權(quán)利要求
1.一種深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，包括 一全固態(tài)深紫外激光器；一真空樣品室，該真空樣品室的激光輸入接口與全固態(tài)深紫外激光器的激光輸出接口通過法蘭連接，以便將深紫外激光器發(fā)射的激光引入真空樣品室，用于激發(fā)樣品；一真空單色儀，該真空單色儀的入口與真空樣品室的熒光輸出口通過法蘭連接，用于將樣品發(fā)射的熒光引入單色儀；一第一真空維持系統(tǒng)，該第一真空維持系統(tǒng)與真空樣品室連接，以維持真空樣品室的真空狀態(tài)，及測量真空度；一第二真空維持系統(tǒng)，該第二真空維持系統(tǒng)與真空單色儀連接，以維持真空單色儀的真空狀態(tài)，及測量真空度；一低溫系統(tǒng)和控溫裝置，該低溫系統(tǒng)和控溫裝置與真空樣品室通過法蘭連接，用于控制樣品的溫度；一樣品架三維調(diào)整裝置，該樣品架三維調(diào)整裝置與真空樣品室連接，用于調(diào)整樣品的空間位置；一穩(wěn)態(tài)發(fā)射譜探測系統(tǒng)，該穩(wěn)態(tài)發(fā)射譜探測系統(tǒng)與真空單色儀的一個(gè)出口連接，用于穩(wěn)態(tài)光譜信號(hào)的測量；一時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)，該時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)與真空單色儀的另一個(gè)出口連接，用于時(shí)間分辨光譜信號(hào)的測量；一真空泄漏安全系統(tǒng)，該真空泄漏安全系統(tǒng)的第一、第二控制端與第一真空維持系統(tǒng)連接，第三、第四控制端與第二真空維持系統(tǒng)連接，第五控制端與低溫系統(tǒng)和控溫裝置連接，該真空泄漏安全系統(tǒng)用于在真空異常泄漏情況下，緊急關(guān)閉第一真空維持系統(tǒng)、第二真空維持系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)和控溫裝置，避免上述裝置在真空度突然下降的情況下受到損壞；一計(jì)算機(jī)控制裝置，該計(jì)算機(jī)控制裝置用于控制真空泄漏安全系統(tǒng)、真空單色儀、低溫系統(tǒng)和控溫裝置、樣品架三維調(diào)整裝置、穩(wěn)態(tài)發(fā)射譜探測系統(tǒng)和時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中真空樣品室包括一樣品架和一熒光收集裝置，該樣品架用于安放樣品，該熒光收集裝置用于將熒光有效地收集并引入到真空單色儀內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中第一真空維持系統(tǒng)包括第一真空泵組和第一真空計(jì)及真空管路和真空閥門，該第一真空泵組用于維持真空樣品室的真空狀態(tài)，該第一真空計(jì)用于測量真空樣品室的真空度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中第二真空維持系統(tǒng)包括第二真空泵組和第二真空計(jì)及真空管路和真空閥，該第二真空泵組用于維持真空單色儀的真空狀態(tài)，該第二真空計(jì)用于測量真空單色儀的真空度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中全固態(tài)深紫外激光器輸出激光的波長為177-200nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中低溫系統(tǒng)和控溫裝置是閉循環(huán)氦制冷機(jī)或氦連續(xù)流制冷機(jī)，再配以溫度控制器實(shí)現(xiàn)，溫度控制器在4-350K范圍內(nèi)連續(xù)控溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中所述穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜探測系統(tǒng)為相敏檢波裝置或光子計(jì)數(shù)裝置或電荷耦合器件攝譜裝置或光電二極管陣列攝譜裝置， 以探測穩(wěn)態(tài)的光致發(fā)光光譜信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中采用相敏檢波裝置的穩(wěn)態(tài)探測系統(tǒng)由光電倍增管、光電倍增管高壓電源、光電倍增管控溫裝置、前置放大器、鎖相放大器和斬波器構(gòu)成，能在遠(yuǎn)高于光譜信號(hào)的噪聲背景下提取微弱的光譜信號(hào)，有著很高的探測靈敏度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中采用光子計(jì)數(shù)裝置的穩(wěn)態(tài)探測系統(tǒng)由光電倍增管、光電倍增管高壓電源、光電倍增管控溫裝置、前置放大器和光子計(jì)數(shù)器構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)級(jí)的光譜探測靈敏度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中采用電荷耦合器件攝譜裝置的穩(wěn)態(tài)探測系統(tǒng)由電荷耦合器件和電荷耦合器件控溫裝置構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)很高的探測靈敏度和光譜采集效率。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中采用光電二極管陣列攝譜裝置的穩(wěn)態(tài)探測系統(tǒng)由光電二極管陣列器件和光電二極管陣列器件控溫裝置構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)很高的探測靈敏度和光譜采集效率。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中所述時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)為條紋相機(jī)裝置或時(shí)間分辨光子計(jì)數(shù)裝置，用于探測時(shí)間分辨的光致發(fā)光光譜信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中采用條紋相機(jī)裝置的時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)由條紋相機(jī)和觸發(fā)光電二極管構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)級(jí)的時(shí)間分辨光譜的探測。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，其中采用時(shí)間分辨光子計(jì)數(shù)裝置的時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)由光電倍增管、光電倍增管高壓電源、光電倍增管控溫裝置、 前置放大器、時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)裝置和觸發(fā)光電二極管構(gòu)成，能實(shí)現(xiàn)光子計(jì)數(shù)級(jí)的時(shí)間分辨光譜的探測。
全文摘要
一種深紫外激光光致發(fā)光光譜儀，包括一全固態(tài)深紫外激光器；一真空樣品室與全固態(tài)深紫外激光器連接；一真空單色儀與真空樣品室連接；一第一真空維持系統(tǒng)與真空樣品室連接；一第二真空維持系統(tǒng)與真空單色儀連接；一低溫系統(tǒng)和控溫裝置與真空樣品室通過法蘭連接；一樣品架三維調(diào)整裝置與真空樣品室連接；一穩(wěn)態(tài)發(fā)射譜探測系統(tǒng)與真空單色儀連接；一時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)與真空單色儀連接；一真空泄漏安全系統(tǒng)的第一、第二控制端與第一真空維持系統(tǒng)連接，第三、第四控制端與第二真空維持系統(tǒng)連接，第五控制端與低溫系統(tǒng)和控溫裝置連接；一計(jì)算機(jī)控制裝置用于控制真空泄漏安全系統(tǒng)、真空單色儀、低溫系統(tǒng)和控溫裝置、樣品架三維調(diào)整裝置、穩(wěn)態(tài)發(fā)射譜探測系統(tǒng)和時(shí)間分辨光譜探測系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N21/64GK102213617SQ20111008789
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者王占國, 金鵬 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所