技术领域
[0001] 本
发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种用于测量瞬态电致发光的系统和方法。
背景技术
[0002] 电致发光是物质在一定的
电场作用下被相应的
电能所激发而产生的发光现象。电致发光器件主要包括
半导体发光
二极管(GaN、GaAs等)、
有机发光二极管(OLED)、
量子点发光二极管(QLED)等。发光二极管的工作原理是通过外部
电压将
电子和空穴两种载流子从发光二极管的两端注入，电子和空穴在
发光层相遇，通过
辐射复合产生发光。发光二极管的发光过程机理以及电子和空穴的注入情况的检测对于改进器件结构、提升器件性能是十分重要的。
[0003] 瞬态电致发光技术可以反应出电致发光器件的发光时间延迟和拖尾时间，以及器件内部的载流子注入、传输、累积、俘获以及迁移率等特性，因而被应用于研究电致发光器件的发光过程及原理。
[0004] 最基本的瞬态电致发光技术是采用周期性的单一脉冲电压作为驱动电源加载在电致发光器件上，并使用
光电倍增管接收电致发光
信号并显示在示波器上。此种技术的
缺陷是测量手段单一，无法改变器件在加载驱动电压脉冲时的初始状态，因此只能测量载流子注入特性，无法得到载流子的界面累积、缺陷俘获等信息。
[0005] 为了改变器件的初始状态，可以采用双脉冲或者多脉冲的驱动方式。前一个脉冲造成的器件状态，如界面载流子累积、内部载流子存储、缺陷俘获载流子等，可对后一个脉冲的驱动产生影响。通过分析这些影响因素在发
光信号上的变化可以得出器件的发光过程、载流子输运信息。
[0006] 但是，不论是单脉冲还是多脉冲电致发光测量，目前的测量手段只可以做到微秒级别的脉冲驱动调控，因此仅适用于对OLED等发光
荧光寿命或者
磷光寿命较长的电致发光器件进行研究。而传统的氮化镓(GaN)型LED以及新型QLED 的发光
荧光寿命一般在纳秒量级，因此需要更高时间
分辨率的对瞬态电致发光进行测量的技术。
发明内容
[0007] 本发明通过使用高频脉冲
输出信号发生器、高响应速度光电倍增管或
雪崩二极管探测器、高带宽示波器和纳秒级时序
控制器，并设计其连接关系，使得测量系统的
时间分辨率最高可达到纳秒级别，可通用于目前各类型的电致发光器件的瞬态电致发光的测量。
[0008] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于测量瞬态电致发光的系统，其包括：
[0009] 示波器，其至少具有第一通道和第二通道；
[0010] 两个或更多个双通道信号发生器，每个信号发生器均具有第一通道和第二通道，其用于
输出电压脉冲；
[0011] 纳秒级双通道或多通道时序控制器，其用于控制所述信号发生器输出的脉冲的时间延迟；以及
[0012] 光电倍增管或
雪崩二极管探测器，其响应速度为纳秒级或皮秒级，其用于收集待测量的电致发光器件的发光并将其转换成
电信号后输出至所述示波器的第二通道，[0013] 其中，所述信号发生器均采用外部触发模式，所述信号发生器中的一个信号发生器的外部触发端口连接所述时序控制器的时间零点通道
接口，所述信号发生器中的其余信号发生器的外部触发端口分别连接所述时序控制器的各延时信号接口，
[0014] 并且其中，所述信号发生器的所有第一通道的输出端并联后连接到所述示波器的第一通道，所述信号发生器的所有第二通道的输出端并联后加载到待测量的电致发光器件的正负两极上，并且，所述信号发生器的所有第一通道和所有第二通道的输出信号均同步一致。
[0015] 在一
实施例中，所述时序控制器到各个信号发生器的
连接线的长度相等，各个信号发生器到所有第一通道的输出端的并联点的连接线的长度相等，各个信号发生器到所有第二通道的输出端的并联点的连接线的长度相等，并且，单个信号发生器的第一通道到所述示波器的第一通道的连接线的总长度等于该信号发生器的第二通道到所述电致发光器件的连接线与所述光电倍增管或雪崩二极管探测器到所述示波器的第二通道的连接线的长度之和。
[0016] 在一实施例中，所述示波器被配置为：其第一通道由所述信号发生器输出的脉冲的上升沿触发，其第二通道的触发跟随其第一通道。
[0017] 在一实施例中，所述示波器的带宽至少为1GHz
[0018] 在一实施例中，所述信号发生器输出的电压脉冲的
频率范围为1Hz-200MHz，所述信号发生器的脉冲宽度调节范围为1ns至10s，所述信号发生器的脉冲周期长度调节范围为100ns至10s，所述信号发生器的脉冲循环数调节范围为1至∞，所述信号发生器的脉冲电压调节范围为-1000V至1000V，所述信号发生器的脉冲占空比调节范围为1％至99％。
[0019] 在一实施例中，所述光电倍增管或雪崩二极管探测器的响应速度为纳秒级或皮秒级。
[0020] 在一实施例中，所述时序控制器的时间延迟调节范围为1ns至10s。
[0021] 在一实施例中，所述信号发生器与所述电致发光器件之间的连接线、所述电致发光器件与所述示波器之间的连接线以及所述信号发生器与所述示波器之间的连接线均采用BNC线。
[0022] 根据本发明的另一方面，提供了一种利用根据上述的系统测量瞬态电致发光的方法，其包括：
[0023] 利用所述两个或更多个双通道信号发生器中的一个信号发生器的第一通道和第二通道同步输出单脉冲信号；
[0024] 利用所述示波器的第一通道接收所述单脉冲信号，并利用所述示波器的第二通道接收由所述光电倍增管或雪崩二极管探测器通过收集所述电致发光器件的发光而生成的电信号；以及
[0025] 在所述示波器上同步显示所述单脉冲信号和所述电信号。
[0026] 根据本发明的又一方面，提供了一种利用根据上述的系统测量瞬态电致发光的方法，其包括：
[0027] 将所述两个或更多个双通道信号发生器都设置为输出相同的脉冲信号；
[0028] 利用所述时序控制器对所述两个或更多个双通道信号发生器中与所述时序控制器的延时信号接口相连接的信号发生器输出的脉冲信号进行延迟；
[0029] 利用所述示波器的第一通道接收所述两个或更多个双通道信号发生器输出的脉冲信号，并利用所述示波器的第二通道接收由所述光电倍增管或雪崩二极管探测器通过收集所述电致发光器件的发光而生成的电信号；以及
[0030] 在所述示波器上同步显示所述脉冲信号和所述电信号。
[0031] 与
现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
[0032] 本发明通过使用高频脉冲输出信号发生器、高响应速度光电倍增管或雪崩二极管探测器、高带宽示波器和纳秒级时序控制器，并设计其连接关系，使得测量系统的时间分辨率最高可达到纳秒级别，可通用于目前各类型的电致发光器件的瞬态电致发光的测量。脉冲信号从单脉冲、双脉冲到多脉冲可调，并且输入脉冲信号与输出电信号可同步显示。通过本发明可以获得电致发光器件中界面载流子累积、内部载流子存储、缺陷俘获载流子等不同状态的信息。
[0033] 本发明的其它特征和优点将在随后的
说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、
权利要求书以及说明书
附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0034] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0035] 图1示意性地示出了根据本发明的用于测量瞬态电致发光的系统。
[0036] 图2是根据本发明的用于测量瞬态电致发光的系统的示例性实物图。
[0037] 图3示出了低频单脉冲瞬态电致发光的测量图。
[0038] 图4示出了高频单脉冲瞬态电致发光的测量图。
[0039] 图5示出了高频双脉冲瞬态电致发光的测量图。
具体实施方式
[0040] 以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0041] 同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不必用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
[0042] 图1示意性地示出了根据本发明的用于测量瞬态电致发光的系统。如图1所示，该系统主要包括：示波器、两个或更多个双通道信号发生器、纳秒级双通道或多通道时序控制器以及光电倍增管或雪崩二极管探测器。
[0043] 示波器至少具有第一通道a和第二通道b。根据测量需要，示波器的带宽可以为至少1GHz。
[0044] 双通道信号发生器的数量可以为2-N个(N为≥2的自然数)。每个信号发生器均具有第一通道1和第二通道2。根据测量需要，每个信号发生器都能够输出
频率范围为1Hz-200MHz的电压脉冲。每个信号发生器均采用外部触发模式。这些信号发生器中的1号信号发生器的外部触发端口连接时序控制器的时间零点通道接口(一般为T0接口)，其余的信号发生器(从2号信号发生器到N号信号发生器)的外部触发端口分别连接时序控制器的各延时信号接口(一般依次标为A、B、C、D等)。各个信号发生器可以是相同的，也可以是不同的(例如最高输出频率可以不同)，只要满足上述要求即可。
[0045] 时序控制器可以用于
控制信号发生器输出的脉冲的时间延迟，其中，时序控制器对1号信号发生器的输出脉冲不进行延迟，而对2号信号发生器到N号信号发生器的输出脉冲根据需要进行不同程度的延迟。
[0046] 所有信号发生器的第一通道1的输出端并联后连接到示波器的第一通道a。调制各信号发生器的第一通道1在示波器的第一通道a上得到所需的测量脉冲信号后，将各信号发生器的第一通道1的信号复制到其第二通道2，且使得各第一通道1的信号与第二通道2的信号之间无相对时间延迟，这样实现了第一通道1 和第二通道2输出的信号完全同步一致。
[0047] 所有信号发生器的第二通道2的输出端并联后加载到待测量的电致发光器件的正负两极上。
[0048] 光电倍增管或雪崩二极管探测器可用于收集待测量的电致发光器件的发光并将其转换成电信号后输出至示波器的第二通道b。为了使测量系统的时间分辨率达到纳秒级别，光电倍增管或雪崩二极管探测器的响应速度可以为纳秒级或皮秒级。
[0049] 示波器可以被配置为：其第一通道a由信号发生器输出的脉冲的上升沿触发，其第二通道b的触发跟随其第一通道，不另外触发，从而实现了信号发生器的脉冲信号与光电倍增管或雪崩二极管探测器的电信号的同步输出。
[0050] 信号发生器可以被配置为：每个信号发生器的脉冲宽度调节范围为1ns至10 s，脉冲周期长度调节范围为100ns至10s，脉冲循环数调节范围为1至∞，脉冲电压调节范围为-1000V至1000V，脉冲占空比调节范围为1％至99％。
[0051] 时序控制器可以被配置为：其时间延迟调节范围为1ns至10s。
[0052] 信号发生器与电致发光器件之间的连接线、电致发光器件与示波器之间的连接线以及信号发生器与示波器之间的连接线可以均采用BNC线。当然，也可以采用其他连接线，本发明对此不进行限制。
[0053] 在实际操作中，当脉冲信号达到纳秒级别时，各连接线(例如BNC线)的长度对信号的传输时间也具有显著影响。按照理想信号传播速度为光速计算，一米的连接线长造成的信号延迟约为3.3ns，实践中考虑到线损等因素则延迟时间更长。因此，为了保证同步输出，时序控制器到各个信号发生器的连接线的长度应相等，各个信号发生器到所有第一通道1的输出端的并联点的连接线的长度应相等，各个信号发生器到所有第二通道2的输出端的并联点的连接线的长度应相等，并且，单个信号发生器的第一通道1到示波器的第一通道a的连接线的总长度应等于该信号发生器的第二通道2到电致发光器件的连接线与光电倍增管或雪崩二极管探测器到示波器的第二通道b的连接线的长度之和。
[0054] 利用根据本发明实施例的用于测量瞬态电致发光的系统进行测量时，可根据具体情况进行如下设置：
[0055] 单脉冲测量：关闭2-N号信号发生器，使用1号信号发生器的信号；
[0056] 双脉冲测量：关闭3-N号信号发生器，使用1号信号发生器和2号信号发生器的信号，通过时序控制器控制1号信号发生器和2号信号发生器输出的脉冲的时间延迟；
[0057] 多脉冲测量：使用1-N号信号发生器的信号，通过时序控制器控制1-N号信号发生器输出的脉冲的时间延迟。
[0058] 下面将以具体的示例来描述根据本发明的用于测量瞬态电致发光的系统及方法。
[0059] 图2是根据本发明的用于测量瞬态电致发光的系统的示例性实物图。如图2 所示，该系统包括：一个SRS DG535四通道时序控制器、两个Siglent SDG5162 160MHz双通道信号发生器、一个PicoQuant PMA光电倍增管以及一个Tektronix DPO7104 1GHz带宽数字示波器。利用该系统可以对电致发光器件的瞬态电致发光进行测量。
[0060] 为了清楚和简洁显示，图2中仅示出了两个信号发生器(1号信号发生器和 2号信号发生器)，但是本发明对此不进行限制。在进行多脉冲测量时，信号发生器的数量可以为更多个。另外，图2中的光电倍增管可以由雪崩二极管探测器替换。图2中标示了系统中各部件之间的连接线。因此，根据上述关于连接线的长度的规定，1号线线长等于2号线，3号线线长等于4号线，6号线线长等于7 号线，3号线与5号线总线长等于6号线、8号线、9号线总线长。
[0061] 示例一：低频单脉冲瞬态电致发光测量。
[0062] 关闭2号信号发生器，利用1号信号发生器输出100kHz的占空比为50％的单脉冲，脉冲电压为3V，示波器中所得到的单脉冲信号与瞬态电致发光信号如图3所示。可以看到，该器件从发光到达到最大
亮度的弛豫时间大约为1.5μs。
[0063] 示例二：高频单脉冲瞬态电致发光测量。
[0064] 关闭2号信号发生器，利用1号信号发生器输出10MHz的占空比为50％的单脉冲(50ns)，脉冲电压为3V，示波器中所得到的单脉冲信号与瞬态电致发光信号如图4所示。可以看到，该器件的发光过程中，从施加脉冲到器件发光的延迟时间约为10ns。
[0065] 示例三：高频双脉冲瞬态电致发光测量
[0066] 1号信号发生器和2号信号发生器都输出10MHz的占空比为50％的单脉冲 (50ns)，脉冲电压为2.5V，通过时序控制器对2号信号发生器的输出脉冲进行延迟。当2号信号发生器输出的脉冲比1号信号发生器延迟20ns时，示波器中所得到的双脉冲信号与瞬态电致发光信号如图5所示。可以看到，第二个脉冲的器件发光强度明显高于第一个脉冲，这是因为第一个脉冲结束后，器件内由于施加脉冲所积累的载流子在20ns的延迟时间中还没有完全复合消失，因此与第二个脉冲信号产生了共同作用，使器件发光强度增高。
[0067] 如果改变不同的时间延迟和脉冲电压强度，就可以计算出器件的累积载流子
密度和弛豫时间等参数。
[0068] 本发明通过使用高频脉冲输出信号发生器、高响应速度光电倍增管或雪崩二极管探测器、高带宽示波器和纳秒级时序控制器，并设计其连接关系，使得测量系统的时间分辨率最高可达到纳秒级别，可通用于目前各类型的电致发光器件的瞬态电致发光的测量。脉冲信号从单脉冲、双脉冲到多脉冲可调，并且输入脉冲信号与输出电信号可同步显示。通过本发明可以获得电致发光器件中界面载流子累积、内部载流子存储、缺陷俘获载流子等不同状态的信息。
[0069] 应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
[0070] 说明书中提到的“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“实施例”并不一定均指同一个实施例。
[0071] 虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的
修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
