[发明专利]基于太赫兹波测量弯曲的镧锶锰氧电子浓度的方法

说明书

本发明公开了一种基于太赫兹波测量弯曲的镧锶锰氧电子浓度的方法，利用太赫兹频段内的电磁波分别对标准衬底和镧锶锰氧待测样品进行测试，得到二者的时域太赫兹透射光谱；将二者的太赫兹透射光谱进行傅里叶变换，得到标准衬底频域太赫兹透射光谱。根据标准衬底频域太赫兹透射光谱与样品频域太赫兹透射光谱，计算待测样品在太赫兹频段内的光电导，由此进一步可以根据Drude‑Smith电导公式估算弯曲的镧锶锰氧的电子浓度与有效质量的比值，电子驰豫时间以及电子局域化信息。太赫兹频段的电磁波穿透性强，无接触，不需制备电极，操作简单，对待测样品无破坏性，检测弯曲的镧锶锰氧效果较好。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种基于太赫兹波测量弯曲的镧锶锰氧电子浓度的方法。

背景技术

近年来，对电子产品轻、薄、柔性可穿戴的要求日益增加，对某些电子产品的柔性可弯曲、可折叠等方面成为和高性能同等重要的需求。钙钛矿氧化物薄膜具有丰富的物理特性，例如：良好的导电性、铁电性、压电特性、光电响应、非线性光学特性以及巨磁阻效应等。以镧锶锰氧为代表的钙钛矿薄膜具制备工艺比较成熟且可以与大规模集成电路工艺兼容的优点。在本此研究中，我们采用云母作为衬底的镧锶锰氧薄膜来制备柔性电子皮肤材料并研究其太赫兹光电特性。利用THz TDS测量了处于展平状态以及曲率分别为10 mm，8mm和5 mm弯曲状态下镧锶锰氧薄膜的THz光电响应特性。基于上述的实验数据处理方法，获得了不同弯曲状态下样品THz光电导率的实部和虚部。可见，光电导率的实部（虚部）随辐照频率的增加而增加（减小）。应用Drude-Smith光电导公式，拟合理论和实验结果，获得镧锶锰氧薄膜在不同弯曲状态的电子浓度/电子有效质量比值、电子驰豫时间和局域化因子等关键物理参数。结果表明，镧锶锰氧薄膜从展平到弯曲状态下，电子浓度/电子有效质量比值（电子弛豫时间）随曲率的增加而减小（增大）。由此可见，THz TDS技术在对不同弯曲状态下功能材料物理特性的表征和研究领域具有不可替代的测量技术优势。

发明内容

针对目前的弯曲的镧锶锰氧的检测方法较为复杂，不便于快速检测的问题，本发明提供了一种基于太赫兹波测量弯曲的镧锶锰氧电子浓度的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种基于太赫兹波测量弯曲的镧锶锰氧电子浓度的方法，包括下列步骤：

（1）利用太赫兹频段内的电磁波对标准衬底进行测量，得到标准衬底的时域太赫兹透射光谱；将标准衬底时域太赫兹透射光谱进行傅里叶变换，得到标准衬底频域太赫兹透射光谱；

（2）利用太赫兹频段内的电磁波对待测样品进行测量，得到待测样品的时域太赫兹透射光谱；将待测样品时域太赫兹透射光谱进行傅里叶变换，得到待测样品频域太赫兹透射光谱；

（3）根据标准衬底频域太赫兹透射光谱与样品频域太赫兹透射光谱，计算待测样品在太赫兹频段内的光电导，由此进一步可以根据Drude-Smith电导公式估算弯曲的镧锶锰氧的电子浓度与有效质量的比值，电子驰豫时间以及电子局域化信息。

待测样品在太赫兹频段的光电导计算通过下面的公式计算：

其中，E_样品(ω)是样品的傅里叶变换量，E_衬底（ω）衬底的傅里叶变换量，n=1.85是衬底云母的折射率；Z₀=377Ω是真空阻抗，通过公式一可以求出样品的复电导。

通过上面的透射式太赫兹时域光谱，我们可以求出样品在太赫兹波段的光电导；另外一方面，理论上已经有比较成熟的Drude-Smith光电导模型。通过实验测量到的材料样品光电导率实部和虚部的频谱与理论公式拟合，可获得样品的基本物理参数，如电子浓度与有效质量的比值、电子驰豫时间以及电子局域化信息。 Drude-Smith公式为：