时间分辨精细阴极荧光分析系统

时间分辨精细阴极荧光分析系统


瑞士Attolight公司专注于高精度定量阴极荧光方案的研发以及制造。其代表性产品Attolight Allalin是一款空间分辨率达到纳米级别的阴极荧光分析系统,它基于一种突破性技术——定量阴极荧光分析技术,将光学显微模块与扫描电子显微镜集成于一套整体系统之中。在Allalin系统当中,大视场、扫描快速的SEM成像技术与高光谱、全色CL成像之间技术之间无须妥协,可以同时进行。Attolight Chronos则是Attolight Allalin定量阴极荧光分析系统的升级版设备,可以实现变温、时间分辨、纳米尺度分辨率的阴极荧光分析。在时间分辨模式下,电子枪为超快激光器所驱动,产生超短电子脉冲,激发激光器与探测器之间精确同步,从而使皮秒级的时间分辨阴极荧光分析成为可能。


能够对量子点、纳米线、纳米微腔等各类纳米结构或材料体系进行发光行为及载流子动力学的定量分析

应用领域

•  半导体纳米结构光学特性

•  晶体缺陷探测及定位(位错、层错、夹杂类缺陷)

•  纳米尺度组分的测定

•  掺杂的定量分析

•  失效分析

•  纳米光子学

•  局域辐射和非辐射载流子寿命的测定

•  半导体异质结中载流子激发动力学的分析

•  先进的泵浦/探测光谱


设备特点

•  可实现定量测量的阴极荧光分析系统SEM-CL

•  300 μm直径的视场

•  优于10 nm的空间分辨率

•  10 ps的时间分辨率

•  Schottky场发射枪(连续系统)和皮秒脉冲光电枪(时间分辨模式)

•  样品温度范围:20K-300K,位移精度1 nm


工作模式

•  光学显微镜成像

•  阴极荧光测绘(多色,单色和高光谱)

•  二次电子测绘

•  时间分辨阴极荧光(时间分辨选项)

•  二次电子和阴极荧光同步测绘


高性能光学与SEM系统:


简单易用,大视野,高分辨

Attolight SEM-CL系统自带有集成了光镜的扫描电子显微镜(10nm空间分辨率)。光镜被嵌入在扫描电镜的电子物镜,使两者的视场相互匹配。获取阴极荧光图从未如此简单:无需调准光路,光镜的存在帮助完成了样品定位。系统经过优化,在不牺牲扫描电镜性能的同时获得了优越的阴极荧光性能。它提供了一个优秀的光学光圈 (f/0.5),和在整个视场范围内恒定的高光子收集效率。同时,它工作在低电子束的能量范围内 (3-10kV),可获得更高分辨的阴极荧光图。


Schottky场发射电子枪和皮秒脉冲光电子枪:


连续工作模式和时间分辨工作模式

电子枪类型是决定电镜性能的重要参数。attolight SEM-CL采用特殊设计的肖特基(Schottky)场发射电子枪,提供高亮度高相干的电子束,在样品上产生的荧光空间分辨率好于10nm。

Attolight SEM-CL系统同时具有时间分辨选项的阴极荧光分析系统,可实现10ps时间分辨率。时间分辨的阴极荧光分析系统将是研究光电材料载流子动力学和寿命的完美工具。


定量测量阴极荧光发光

Attolight SEM-CL系统能够实现定量测量不同样品的阴极荧光发光。受益于独特的设计,它能够甄别并发现超痕量杂质,以及某些在其他成像模式下不可见的晶体缺陷的能力,为研究及开发半导体材料、荧光粉、陶瓷、岩石和玻璃提供了新的可能。


■  超高分辨阴极荧光光谱在基于新材料的LED方面的研究


金属卤化物钙钛矿发光二极管(LED)具有可低温溶液制备、高效率、高亮度等优点,在照明与显示领域具有很大的应用潜力。然而,如何实现高亮度、发光稳定的蓝光钙钛矿LED仍是该领域中亟待解决的难题。鉴于此,南京工业大学王建浦教授教授团队利用Attolight超高分辨阴极荧光系统系统分析了不同修饰成分的钙钛矿薄膜的CL特性,揭示了混合卤素钙钛矿的相分离始于制备的初始薄膜存在的纳米尺度的相分离。通过引入一种阳离子表面活性剂(四苯基溴化膦,TPPB),并结合非离子表面活性剂Tween,可以显著提高混合卤素在钙钛矿前驱体溶液中的分布均匀性,从而获得卤素分布均匀的钙钛矿薄膜,最终有效抑制了混合卤素钙钛矿薄膜的相分离。


图1 具有不同添加物的钙钛矿薄膜的SEM及CL表征图像


引用文献:Lu Cheng, Chang Yi, Yunfang Tong, Lin Zhu, Gunnar Kusch, Xiaoyu Wang, Xinjiang Wang, Tao Jiang, Hao Zhang, Ju Zhang, Chen Xue, Hong Chen, Wenjie Xu, Dawei Liu, Rachel A. Oliver, Richard H. Friend, Lijun Zhang, Nana Wang, Wei Huang, Jianpu Wang. Halide Homogenization for High-Performance Blue Perovskite Electroluminescence. Research, 2020, 9017871.



■  超高时间、空间分辨阴极荧光技术助力半导体激子和载流子动力学研究


从原子尺度对半导体材料的电子能带结构和载流子动力学进行人工裁剪和调控,对于设计型光电子功能器件和提升现有半导体光电子器件性能,尤其是小尺度的纳米光电子器件。为了从实验上直接证实应变梯度对半导体激子和载流子动力学的驱动效应,俞大鹏院士课题组利用超高时间/空间分辨的阴极荧光(TRCL)技术对纯弯曲ZnO微/纳米开展皮秒时间分辨的激子动力学开展了深入研究,首次从实验上直接观察到了应变梯度对激子的驱动效应,确立了半导体中应变梯度的重要作用,即应变梯度可有效用于调控半导体激子和载流子动力学特性,这对于设计开发各种新型半导体光电子器件具有十分重要的指导意义。 

图a,纯弯曲ZnO微米线横截面A、B、C三点不同应变位置的时间积分TRCL光谱;图b,无应变位置的TRCL条纹相机数据图像;图c-e,纯弯曲横截面A、B、C三点不同应变位置的TRCL条纹相机数据图像


引用文献:Xuewen Fu, Gwenole Jacopin, Mehran Shahmohammadi, Ren Liu, Malik Benameur, Jean-Daniel Ganie`re, Ji Feng, Wanlin Guo, Zhi-Min Liao, Benoit Deveaud, Dapeng Yu. Exciton Drift in Semiconductors under Uniform Strain Gradients: Application to Bent ZnO Microwires. ACS Nano. 2014, 8, 4, 3412–3420.




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时间和光谱分辨的氮化硼阴极荧光


ZnO纳米线上不同区域的荧光寿命研究 


纳米结构在不同波长下的荧光发射区域变化


晶体缺陷研究(GaN晶体的堆垛层错观测)


GaN表面TD观测


太阳能板表面TiO2纳米颗粒观测


具有不同添加物的金属卤化物钙钛矿薄膜的SEM及CL表征


ZnO纳米带。CL图像(左)的获取不影响二次电子(右)的探测


阴极荧光是探测GaN中线位错密度的理想工具(左)。由于其附近的非辐射复合,它们在CL图中显示为暗点。同样的区域通过二次电子扫描无法识别任何线位错(右)。


ZnO纳米线-阴极荧光光谱分析


量子点异质结 - 阴极荧光光谱测量


金刚石 - 阴极荧光光谱分析


光伏材料 - 阴极荧光光谱测量



2021

 

1. Omar Saket, Junkang Wang, Nuño Amador-Mendez, Martina Morassi, Arup Kunti, Fabien Bayle, Stéphane Collin, Arnaud Jollivet, Andrey Babichev, Tanbir Sodhi, Jean-Christophe Harmand, François H Julien, Noelle Gogneau, Maria Tchernycheva. Investigation of the effect of the doping order in GaN nanowire p–n junctions grown by molecular-beam epitaxy. Nanotechnology, 2021, 32, 085705.

2. Hezhi Zhang, Valerio Piazza, Vladimir Neplokh, Nan Guan, Fabien Bayle, Stéphane Collin, Ludovic Largeau, Andrey Babichev, Francois Julien, Maria Tchernycheva. Correlated optical and electrical analyses of inhomogeneous core/shell InGaN/GaN nanowire light emitting diodes. Nanotechnology, 2021, 32, 105202.

3. Aswathi K. Sivan, Alejandro Galán-González, Lorenzo Di Mario, Nicolas Tappy, Javier Hernández-Ferrer, Daniele Catone, Stefano Turchini, Ana M. Benito, Wolfgang K. Maser, Simon Escobar Steinvall, Anna Fontcuberta i Morral, Andrew Gallant, Dagou A. Zeze, Del Atkinson, and Faustino Martelli. Optical properties and carrier dynamics in Co-doped ZnO nanorods. Nanoscale Adv., 2021,3, 214-222.

 


2020


1. Baodan Zhao, Yaxiao Lian, Linsong Cui, Giorgio Divitini, Gunnar Kusch, Edoardo Ruggeri, Florian Auras, Weiwei Li, Dexin Yang, Bonan Zhu, Rachel A. Oliver, Judith L. MacManus-Driscoll, Samuel D. Stranks, Dawei Di, Richard H. Friend. Efficient light-emitting diodes from mixed-dimensional perovskites on a fluoride interface. Nature Electronics, 2020, 3, 704–710.

2. Ioanna Dimkou, Enrico Di Russo, Pradip Dalapati, Jonathan Houard, Nevine Rochat, David Cooper, Edith Bellet-Amarlic, Adeline Grenier, Eva Monroy, Lorenzo Rigutti. InGaN Quantum Dots Studied by Correlative Microscopy Techniques for Enhanced Light-Emitting Diodes. ACS Applied Nano Materials, 2020, 3, 10, 10133-10143.

3. Jean-Pierre Landesman, Marc Fouchier,  Erwine Pargon, Solène Gérard, Névine Rochat, Christophe Levallois, Merwan Mokhtari, Philippe Pagnod-Rossiaux, François Laruelle, Camille Petit-Etienne, Mauro Bettiati, Juan Jiménez, Daniel T. Cassidy. Mechanical stress in InP and GaAs ridges formed by reactive ion etching. J. Appl. Phys., 2020, 128, 225705.

4. Younes Boussadi, Névine Rochat, Jean-Paul Barnes, Badhise Ben Bakir, Philippe Ferrandis, Bruno Masenelli, and Christophe Licitra "Characterization of micro-pixelated InGaP/AlGaInP quantum well structures", Proc. SPIE 11302, Light-Emitting Devices, Materials, and Applications XXIV, 1130221. (25 February 2020)

5. A. Barthel et al., "Cathodoluminescence Study of 68 MeV Proton-Irradiated Ultra-Thin GaAs Solar Cells," 2020 47th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), Calgary, OR, 2020, pp. 1070-1074.

6. Sushrut Modak, Leonid Chernyak, Minghan Xian, Fan Ren, Stephen J. Pearton, Sergey Khodorov, Igor Lubomirsky, Arie Ruzin, Zinovi Dashevsky. Impact of electron injection on carrier transport and recombination in unintentionally doped GaN. J. Appl. Phys., 2020, 128, 085702.

7. Shuo-Wei Chen, Chia-Jui Chang, Tien-Chang Lu. Effect of Strains and V-Shaped Pit Structures on the Performance of GaN-Based Light-Emitting Diodes. Crystals, 2020, 10, 311.

8. Kunal Mukherjee, Jennifer Selvidge, Daehwan Jung, Justin Norman, Aidan A. Taylor, Mike Salmon, Alan Y. Liu, John E. Bowers, Robert W. Herrick. Recombination-enhanced dislocation climb in InAs quantum dot lasers on silicon. J. Appl. Phys., 2020, 128, 025703.

9. Victor Yon, Névine Rochat, Matthew Charles, Emmanuel Nolot, Patrice Gergaud. X-Ray Diffraction Microstrain Analysis for Extraction of Threading Dislocation Density of GaN Films Grown on Silicon, Sapphire, and SiC Substrates. Phys. Status Solidi B, 2020, 257, 1900579.

10. Lu Cheng, Chang Yi, Yunfang Tong, Lin Zhu, Gunnar Kusch, Xiaoyu Wang, Xinjiang Wang, Tao Jiang, Hao Zhang, Ju Zhang, Chen Xue, Hong Chen, Wenjie Xu, Dawei Liu, Rachel A. Oliver, Richard H. Friend, Lijun Zhang, Nana Wang, Wei Huang, Jianpu Wang. Halide Homogenization for High-Performance Blue Perovskite Electroluminescence. Research, 2020, 2020, 9017871.

11. Simon Escobar Steinvall, Nicolas Tappy, Masoomeh Ghasemi, Reza R. Zamani, Thomas LaGrange, Elias Z. Stutz, Jean-Baptiste Leran, Mahdi Zamani, Rajrupa Paul, Anna Fontcuberta i Morral. Multiple morphologies and functionality of nanowires made from earth-abundant zinc phosphide. Nanoscale Horiz., 2020, 5, 274.

12. Giovanni Attolini, Marco Negri, Tullo Besagni, Bela Pecz, Ildiko Cora. CVT and PVT growth and characterization of GaS crystals. Materials Science & Engineering B, 2020, 261, 114623.

13. Jennifer Selvidge, Justin Norman, Eamonn T. Hughes, Chen Shang, Daehwan Jung, Aidan A. Taylor, MJ Kennedy, Robert Herrick, John E. Bowers, Kunal Mukherjee. Defect filtering for thermal expansion induced dislocations in III-V lasers on silicon. arXiv:2005.06066.

14. A Balgarkashi, S P Ramanandan, N Tappy, M Nahra, W Kim, L Güniat, M Friedl, N Morgan, D Dede, J B Leran, C Couteau, A Fontcuberta i Morral. Facet-driven formation of axial and radial In(Ga)As clusters in GaAs nanowires. J. Opt., 2020, 22, 084002.

15. M. Jansson, L. Francaviglia, R. La, C. W. Tu, W. M. Chen, I. A. Buyanova. Formation, electronic structure, and optical properties of self-assembled quantum-dot single-photon emitters in Ga(N,As,P) nanowires. Phys. Rev. Mater., 2020, 4, 056005.

16. Andrés M. Raya, Martin Friedl, Sara Martí-Sánchez, Vladimir G. Dubrovskii, Luca Francaviglia, Benito Alén, Nicholas Morgan, Gözde Tütüncüogl, Quentin M. Ramasse, David Fuster, Jose M. Llorens, Jordi Arbiol, Anna Fontcuberta i Morral. GaAs nanoscale membranes: prospects for seamless integration of III–Vs on silicon. Nanoscale, 2020, 12, 815.

17. Simon Escobar Steinvall, Lea Ghisalberti, Reza R. Zamani, Nicolas Tappy, Fredrik S. Hage, Elias Z. Stutz, Mahdi Zamani, Rajrupa Paul, Jean-Baptiste Leran, Quentin M. Ramasse, W. Craig Carter, Anna Fontcuberta i Morral. Heterotwin Zn3P2 superlattice nanowires: the role of indium insertion in the superlattice formation mechanism and their optical properties. Nanoscale, 2020, 12, 22534-22540.


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