Порядок виконання роботи

1. Оптична схема експериментальної установки

Оптичну схему установки для вимірювання спектрів люмінесценції в області 400–1020 нм подано на рис. 6. У ролі джерела збудження використовується азотний (_Л = 337 нм), аргоновий (_Л = 488 нм) або гелій-неоновий (_Л = 633 нм) лазер. Робочі параметри лазерів наведені в таблиці.

Лазерний пучок спрямовується на зразок Зр за допомогою плоского дзеркала Дз. Свічення зразка проектується об'єктивом Об на вхідну щілину монохроматора з дифракційною ґраткою М. Монохроматор зібрано за оптичною схемою Черні-Тернера. Він складається з двох сферичних дзеркал з фокусною відстанню 450 мм та відбивальної дифракційної ґратки 600 штр/мм. Обернена лінійна дисперсія приладу на довжинах хвиль 500 і 800 нм складає відповідно 36 і 33 Å/мм.

Таблиця 1

Робочі параметри лазерів

Лазер	Тип	, Å	h, еВ	Середня потужність, мВт	Тривалість імпульсу, нс	Потужність в імпульсі, Вт
N2	ИЛГИ-503	3371	3,68	3	10	3000
Ar+	ЛГН-402	4880	2,54	25-155	––	––
He-Ne	ЛГН-208Б	6328	1,96	1,4	––	––

Рис. 6. Блок-схема установки: Дз – дзеркало, Зр – зразок, Об – об'єктив, М – монохроматор, Д – електродвигун, ФЕП – фотоелектронний помножувач, БЖ – блок живлення ФЕП, ЕМП – електрометричний підсилювач, З – записувач

Сигнал люмінесценції певної довжини хвилі через вихідну щілину потрапляє на фотоелектронний помножувач ФЕП (ФЭУ‑22, робоча спектральна ділянка 400–1000 нм, область максимальної чутливості 650–850 нм), який перетворює оптичний сигнал в електричний. Цей сигнал підсилюється електрометричним підсилювачем (підсилювачем постійного струму) ЕМП і реєструється записувачем З. Сканування по спектру здійснюється шляхом обертання дифракційної ґратки, яка сполучена механічною передачею з барабаном довжин хвиль. Барабан у свою чергу обертається електродвигуном Д.

2. Запис спектрів фотолюмінесценції напівпровідникових зразків

Процедура запису спектра люмінесценції полягає у наступному. Зразок закріплюється у тримачі (оптична схема установки юстується заздалегідь). Перекривши лазерний пучок так, щоб він не попадав на зразок, і обертаючи ручку "НУЛЬ" на передній панелі підсилювача ЕМП, встановлюють перо записувача на позначці "1" (таке положення пера відповідає "нульовому" сигналу). З градуювальної таблиці, яка додається до цього опису, знаходять таке положення барабана довжин хвиль _макс (_мін відповідно), яке відповідає лазерній лінії. Після цього, відкривши лазерний пучок і обертаючи барабан в інтервалі від 0 до _макс, знаходять такі його положення, при яких перо записувача відхиляється від "нульового" значення. Фіксують крайні положення барабана ₁ і ₂ (₁ < ₂), між якими перо відхиляється від "нульового" положення. Інтервал ₁ – ₂ і буде визначати ту спектральну область, у якій спостерігається люмінесценція зразка. Встановивши барабан у положення, якому відповідає максимальне відхилення пера, змінюють ширину вхідної та вихідної щілин монохроматора (вони мають бути однаковими) так, щоб перо встановилося на позначці "7".

Тепер, установивши барабан в положення ₁ і сполучивши його з двигуном Д (див. рис. 6), вмикають діаграму записувача (тумблер "ДИАГРАММА" – в положення "ВКЛ") і електродвигун, не з'єднуючи його при цьому з барабаном довжин хвиль (якщо двигун увімкнути безпосередньо перед початком записування спектра, то останній може бути спотворено внаслідок електромагнітних наводок, що супроводжуватимуть замикання електричних контактів). Закривають лазерний пучок так, щоб він не попадав на зразок, і прописують "нуль відліку" інтенсивності люмінесценції на стрічці записувача. Після цього відкривають лазерний пучок і сполучають двигун з барабаном довжин хвиль. Під час обертання барабана на стрічці записувача роблять відмітки за допомогою мікроперемикача через кожні 0,1-0,25 поділки барабана (барабан при цьому повертається на 1/5-1/2 оберта). Прописавши весь спектр, тобто дійшовши до положення ₂, лазерний пучок перекривають і знову прописують "нуль".

З'єднують початковий і кінцевий "нулі" ручкою або олівцем під лінійку (проводять "лінію нуля"). Тією ж ручкою чи олівцем проводять лінії, перпендикулярні до напрямку, у якому рухалась стрічка під час запису спектра (а не до "лінії нуля" на стрічці), через відмічені на спектральній кривій точки до перетину з "лінією нуля". Довжина побудованих таким чином відрізків L_i і буде пропорційна зареєстрованому установкою оптичному сигналу на певній довжині хвилі.