阴极射线发光

✍ dations ◷ 2025-06-28 08:33:07 #阴极射线发光
阴极射线发光(Cathodoluminescence,CL)或阴极发光、阴极射线致发光,是一种冷发光现象,指的是磷光体之类的材料受电子照射时发射出可见光的现象。阴极射线发光常见于老式电视的显像管;其利用电子束在电视屏幕内侧的磷光体上来回扫描,通过控制屏幕上不同区域的发光强度生成图像。半导体中的冷发光来源于导带中的电子和价带中的空穴的重新结合时以光子形式发射出的能量。这些光子的能量(或颜色)取决于材料的性质、纯度以及其中的杂质。但在此之前,价带中的电子需要先受激进入导带。在阴极射线发光中,价带电子被高能电子束所激发。高能电子射入材料后还会造成材料中二次电子、俄歇电子和X射线的发射;这些电子会再次在材料内部发生散射,产生更多的电子。最终,每一个入射的电子会导致多达103的二次电子的发射。当这些二次电子的动能达到能隙的三倍时( E k i n ≈ 3 E g {displaystyle E_{kin}approx 3E_{g}} ),就会激发价带电子进入导带。用电子束激发材料发光和光致发光相比的优势在于,后者对材料能隙的观测受限于入射光的能量。因此,几乎所有的非金属材料都可以运用阴极射线发光手段进行表征。在地质学、矿物学、材料科学和半导体工程学中,结合了阴极射线发光探测器的扫描电子显微镜或光学显微镜被用于探测半导体、岩石、陶瓷器和玻璃等材料内部的结构,以获取这些材料的组成成分、生长情况和品质。电子显微镜使用聚焦后的电子束照射于样品上;从样品中激发出的光通过某些光学系统(例如椭面镜)进行收集。光导纤维将这些光从显微镜内部传导出来后,单色器(英语:Monochromator)可以分离这些光所包含的不同波长成分,然后使用光电倍增管进行测量。若对显微镜视野内的区域进行扫描,并在电子束扫描到每一点时测量样品所发出的光;将这些测量结果汇集起来即可绘制出阴极射线发光的“分布图”,表现的是显微镜视野区域内光学活动的分布。另一种实验手段是仅让电子束照射样品上的某一固定点或固定区域,然后获取这一区域的光谱。如果用感光耦合元件代替光电倍增管,则可以测量全光学频谱(高光谱影像)。基于电子显微镜的阴极射线发光实验手段的主要优势是其空间分辨率。扫描电镜的分辨率一般在几十纳米左右;(扫描)透射电子显微镜的分辨率甚至能达到几个纳米。另外,如果使用脉冲式的电子源甚至可以实现时间分辨率达到纳秒到皮秒级别的测量,可被应用于低维度半导体结构(例如量子阱和量子点)的研究。虽然基于电子显微镜的阴极射线发光探测仪提供了较高的放大倍数,但基于光学显微镜的阴极射线发光探测仪的优势在于可以看到样品原本的颜色。最新开发的系统结合了两者的优势 。虽然直接带隙半导体(例如砷化镓或氮化镓)的阴极射线发光现象最明显(最适合用上述实验手段对其进行测量),但是间接带隙半导体(例如硅)中也有微弱的阴极射线发光现象。利用位错硅的发光和本征硅相异的特征,可以检测出集成电路中的缺陷。最近,基于电子显微镜的阴极射线发光测量也被用于研究金属纳米颗粒的表面等离子共振。金属纳米颗粒的表面等离子体也能吸收光和发光,但这一过程和半导体中的发光是不同的。同样,阴极射线发光也被用作探针,对平面介电光子晶体和纳米结构光子材料的局部态密度进行测量。

相关

  • 抗菌谱抗菌谱(英语:antimicrobial spectrum)是指一种抗菌药物(抗生素)能杀灭或抑制的微生物的范围。根据抗菌谱的范围,抗菌药物(抗生素)可以分为宽谱抗菌药物(英语:broad-spectrum antibioti
  • 切哈努夫切哈努夫(波兰语:Ciechanów)位于波兰中部马佐夫舍省内。位于华沙北部约100公里处。坐标:52°53′N 20°37′E / 52.883°N 20.617°E / 52.883; 20.617
  • 弹性纤维弹性纤维(Elastic fibers),亦称为黄纤维(yellow fibers,因新鲜的弹性纤维呈黄色而得名)是一种组成结缔组织中细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的纤维。弹性纤维的亚单位是弹性蛋
  • Praeger格林伍德出版集团(ABC-CLIO/Greenwood,Greenwood Publishing Group,简称GPG)是ABC-CLIO(英语:ABC-CLIO)旗下的学术与教育(中学至大学)出版商。前身是1967年的成立Greenwood Press(格林
  • 提睾反射提睾反射(Cremasteric reflex)是指轻轻抚摸男性大腿内侧上方皮肤,可以引起同侧提睾肌(cremasteric muscle)收缩使睾丸上提的反射。提睾反射产生的机制是:当抚摸大腿内侧,由L1和L2
  • 王立军王立军(1946年7月13日-),吉林舒兰人,中国激光与光电子技术专家,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究员。2017年当选为中国科学院院士。1973年毕业于吉林大学半导体系,1982
  • 足厥阴肝经足厥阴肝经(Liver Meridian of Foot-Jueyin,LR)是一条经脉,十二正经之一,与足少阳胆经相表里。本经起于大敦,止于期门,左右各14个腧穴。在中医学上,肝经脉为诸筋之主导经脉。起于足
  • 航海家航海家是指精于航海的人,其发展在地理大发现时代达到顶盛,扮演了地理发现者的主角。在从前,人类缺乏天文与地理知识,甚至认为大地的尽头是无底深渊,再加上没有精确的定位系统及坚
  • 间谍软件间谍软件(Spyware)是在未经用户许可的情况下搜集用户个人信息的计算机程序。这个词在1994年创建,但是到2000年才开始广泛使用,并且和广告软件以及恶意软件经常互换使用。间谍软
  • 分子相似分子相似 (英文:Molecular mimicry),在免疫学上指的是当身体感染某些病原体时,病原体产生的抗原和身体某部分的抗原过于类似,导致自身产生的抗体攻击自身抗原的自体免疫疾病。