Árbók VFÍ - 01.01.1989, Page 187

Hálfleiöarar 185
Oft er hægt að fá þessar upplýsingar frá ljómunar- og ísogsmælingum einum saman. Það krefst
þess að Ijómunarróf séu skörp línuróf og auk þess að samsætur veiluatómanna hafi mismun-
andi orkugildi. Þá er hægt að bera kennsl á þau, ef efnið er íbætt með mismunandi samsætum.
Flest Ijómunarróf eru hins vegar of breið og einkennalaus til að hægt sé að greina veiluna með
ljómunarmælingum einum saman. Sé veilan hins vegar meðseglandi, þannig að hún hafi
stakan rafeindarspuna, má stundum nræla segulhemiumerki hennar (e. ESR, Electron Spin
Resonance) með ljósmælingum. Er efnið þá örvað samtímis nteð sýnilegu ljósi frá leysi og ör-
bylgjum. Oftast eru örbylgjurnar mótaðar og áhrif þeirra á ljómun eða ísog efnisins mælt.
Munum við nú greina frá tæknilegri hlið þessara mælinga, en áhugasömum lesanda um eðlis-
fræði hálfleiðara er bent á tilvitnanir í ritskrá (Hafliði P. Gíslason, 1989, og tilvitnanir þar,
Einar Örn Sveinbjörnsson og Hafliði P. Gíslason. I989).
4 Framkvæmd mælinga
Mynd la sýnir ljómunarmælingu í grófum dráttum. A orkulínuritinu er sýnt, hvernig rafeind er
örvuð yfir orkugapið með þvf að beina leysigeisla að sýninu. Rafeindin fellur síðan aftur í
grunnstig sitt með því að sameinast holunni, sem hún skildi eftir við örvunina, og orka hennar
er send út sem Ijós. Tvær leiðir eru sýndar; til vinstri er færsla f einu skrefi yfir orkugapið, til
hægri verður færslan yfir orkustig veilna í orkugapinu. Síðari færslan gel'ur Ijós tneð minni
orku en hin fyrri. I reynd verður að kæla sýnið niður í hitastig eins nálægt alkuli og komizt
verður, til að hámarka ljómun sýnisins. Er það vegna harðrar samkeppni milli varmasveiflna
kristalsins og ljómunar við stofuhita, sem breytist ljómuninni í hag, ef titringur kristalgrindar
er frystur. Er þetta venjulega gert með því að kæla sýnin í suðumark He vökva við 4,2 K, og
jafnvel lækka hitastigið allt að 1,2 K (-272 °C) með því að létta á þrýstingi yfir He vökvanum.
Ekki eru tök á að kæla sýnin í He vökva hér á landi og er því notazt við lokuð He kælikerfi.
Höl'um við tvö tæki til umráða, hin einu á landinu. Er annað tveggja þrepa Leybold kælitæki,

'/i V//////A V//////Z
N -c * >
^777777^777777,
LJÓSÖRVUN LJÓMUN
ORKU
GEIL
/AX/////////////////////
77.
<
ORBYLGJU
ÖRVUN

777777777777777777777
ö
LJÓSÖRVUN LJÓMUN í
SEGULSVIÐI
Mynd la. Ljómun hálfleiðara. Ljósörvun fcest með
því að beina leysigeisla að sýninu, en við örvunina
er rafeind lyft yfir orkugap hálfleiðarans.
Rafeindin fellur aftur í grunnástand sitt. Við það
losnar orka á formi Ijóss, öðru nafni Ijómun.
Tvenns konar Ijómun er sýnd til hœgri á myndinni,
hein Ijómun vegna samruna rafeindar í leiðniborða
og holu í gildisborða annars vegar, og Ijómun
vegna orkustiga veilna í bandgapi hálfleiðarans
hins vegar.
Mynd lb. Frumatriði segulhermumœlingar.
Orkustig veilnanna í mynd la klofna í ytra
segulsviði. Örbylgjuörvun getur flutt rafeindir
milli ástandanna, ef orka örbylgnanna er jöfn
klofnun orkustigsins í segulsviði. Þetta breytir
sœtni ástandanna og nefnist segulherma (e. mag-
netic resonance).