顯微光激螢光量測系統

本論文所使用的實驗系統為顯微光激螢光量測系統。此系統由激發系 統以及監控系統兩部分所組成。在激發系統下，首先我們將樣品置入 低溫恆溫腔(Cryostat)，並通入液態氦(Helium)使得腔體內溫度保持 5~10 K 以消除聲子(Phonon)的影響,方能量到量子點螢光訊號。在激 發光源的選擇中，因為砷化銦量子點成長在砷化鎵上，而砷化鎵的能 隙在低溫中約 1.52 eV(816 nm)，我們必須選擇比其能隙(Bandgap) 還大的激發光源才能激發出量子點中電子電洞對，故採用波長為 632.8 nm 的氦氖(He-Ne)雷射 。

藉由反射鏡以及 50X 近紅外波段用物鏡將雷射引入並聚焦激發在 方形圖案中的量子點上,量子點中位於價電帶的電子會吸收注入載子 的能量而跳躍至傳導帶而留下一個電洞在價電帶，此時，高能量的電 子會經由晶格碰撞釋放能量掉落至傳導帶底部。同樣地，高能量的電 洞也會經晶格碰撞釋放能量掉落至價電帶頂部，接著兩者輻射複合而 且放出光子，而該光子能量大約等於該材料之能隙。此行為即為光激 螢光的基本原理。將激發出的螢光經反射鏡引入光譜儀進行分光，靠 著電荷耦合元件(Charge-coupled Device)來偵測不同波段螢光的強度。

最後將訊號傳送到電腦，即可繪出光激螢光光譜。此方法提供了一個 非破壞性且有效分析半導體能帶結構的好手段。

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在監控系統中，由於在樣品上有許多方形圖案，為了讓我們辨認激 發在哪個圖案上的量子點，且量子點對於雷射激發的位置十分敏感，

所以必須即時監控雷射激發位置。監控系統由白光(Lamp)、CCD 攝 影機和監視器(Monitor)。利用分光鏡將白光引入且聚焦於樣品上，在 樣品上反射回來的光源由另一面分光鏡引入 CCD 攝影機並將影象由 監視器顯現出來，我們可以透過監視器觀察到樣品表面情形以及雷射 聚焦情況跟激發位置。若想要改變激發位置，則可一邊觀察監視器一 邊移動低溫恆溫腔下的XY 移動平台。此監控系統與激發系統可獨立 作業互不影響，量測光譜時只要將分光鏡推開便可進行量測動作。

為了分析光激螢光的偏振性質，只需要在螢光進入光譜儀之前架設 一個二分之一波片以及一偏振晶體。藉由旋轉二分之一波片來改變波 片光軸與偏振晶體的夾角，便可使特定角度偏振的螢光進入光譜儀進 行解析。

在實驗中為了改變量子點的應變，將外加偏壓在量子點樣品下的壓 電材料使其產生形變。在實驗前，必須先對元件施加偏壓，將壓電材 料PMN-PT 給極化。利用電源供應器(Power supply)，PMN‐PT 的上端 當作接地端，下端輸入正電壓，如此一來將產生向上的電場，同時也 決定了極化方向。爾後就將正電壓當作順向偏壓，負電壓當作逆向偏 壓。為了使樣品即使處在真空以及低溫環境下，也能被施加電場，使

用了真空導入端子(Feedthrough)，讓電源供應器的電壓能輸入至樣品 上。 

在外加磁場方面,本論文所外加的磁場為方向與樣品平行的水平磁場。

如【圖 3‐7】所示。將樣品黏貼於Ｌ型基座上，這樣即可使磁場方向 與樣品表面平行。另外將雷射以及白光透過一面緊貼樣品的 45 度反 射鏡聚焦在樣品表面上，即可同時觀測並量測其在外加磁場下的螢光 光譜。

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【圖 3-6】 顯微光激螢光量測系統實驗裝置。 

【圖 3‐7】 樣品於水平磁場下之示意圖。

L‐N

 Cooled CCD

He-Ne Laser

Power Meter Monitor CCD

Lamp

Monochromater Mirror

B.S B.S B.S

Monitor system

Cryostat  

Objective Laser

Sample

Mirror