Cathodoluminescence ist ein optisches und elektrisches Phänomen, wodurch ein Balken von Elektronen durch eine Elektronpistole (z.B, Kathode-Strahl-Tube) erzeugt wird und dann auf einen Leuchtstoff wie ein Phosphor einwirkt, das Material veranlassend, sichtbares Licht auszustrahlen. Das allgemeinste Beispiel ist der Schirm eines Fernsehens. In der Geologie, Mineralogie und Material-Wissenschaft wird ein scannendes Elektronmikroskop mit optischen Spezialentdeckern oder ein optisches cathodoluminescence Mikroskop, verwendet, um innere Strukturen von Halbleitern, Felsen, Keramik, Glas usw. zu untersuchen, um Information über die Zusammensetzung, das Wachstum und die Qualität des Materials zu bekommen.

Cathodoluminescence kommt vor, weil der Stoß eines hohen Energieelektronbalkens auf einen Halbleiter auf die Promotion von Elektronen vom Wertigkeitsband ins Leitungsband hinauslaufen wird, ein Loch zurücklassend. Wenn ein Elektron und eine Loch-Wiedervereinigung, es für ein Foton möglich ist, ausgestrahlt zu werden. Die Energie (Farbe) des Fotons und die Wahrscheinlichkeit, dass ein Foton und nicht ein phonon ausgestrahlt wird, hängt vom Material, seiner Reinheit und seinem Defekt-Staat ab. In diesem Fall kann der untersuchte "Halbleiter" tatsächlich fast jedes nichtmetallische Material sein. In Bezug auf die Band-Struktur können klassische Halbleiter, Isolatoren, Keramik, Edelsteine, Minerale und Brille derselbe Weg behandelt werden.

In der Material-Wissenschaft und Halbleiter-Technik wird cathodoluminescence größtenteils entweder in einem scannenden Elektronmikroskop oder in einem Abtastungsübertragungselektronmikroskop durchgeführt. In diesen Fällen stößt der hoch eingestellte Balken von Elektronen an eine Probe und veranlasst sie, Licht von einem lokalisierten Gebiet auszustrahlen. Dieses Licht wird durch ein optisches System wie ein elliptischer Spiegel gesammelt. Von dort wird eine Seh-Faser das Licht aus dem Mikroskop übertragen, wo es durch einen monochromator getrennt und dann mit einer Photovermehrer-Tube entdeckt wird. Durch die Abtastung des Balkens des Mikroskops in einem X-Y Muster und das Messen des Lichtes, das mit dem Balken an jedem Punkt ausgestrahlt ist, kann eine Karte der optischen Tätigkeit des Musters erhalten werden. Die primären Vorteile für die gestützte Technik des Elektronmikroskops sind die Fähigkeit, Eigenschaften unten zu 1 Nanometer, die Fähigkeit aufzulösen, ein komplettes Spektrum an jedem Punkt zu messen (hypergeisterhafte Bildaufbereitung), wenn die Photovermehrer-Tube durch eine CCD Kamera und die Fähigkeit ersetzt wird, Nanosekunde durchzuführen - um zeitaufgelöste Maße zu picosecond-ebnen, wenn der Elektronbalken in nano- oder die Pico-Sekunde Pulse "gehackt" werden kann. Außerdem können die optischen Eigenschaften eines Gegenstands zu mit dem Elektronmikroskop beobachteten Struktureigenschaften aufeinander bezogen werden. Diese fortgeschrittenen Techniken sind nützlich, um niedrig-dimensionale Halbleiter-Strukturen, solch einen Quant-Bohrlöcher oder Quant-Punkte zu untersuchen. Jedoch, weil die geistigen Anlagen verbessert werden, werden die Kosten gestützter Techniken des Elektronmikroskops sehr hoch.

Obwohl direkt, werden bandgap Halbleiter wie GaAs oder GaN durch diese Techniken am leichtesten untersucht, indirekte Halbleiter wie Silikon strahlen auch schwache Niveaus des Lichtes aus, und können ebenso untersucht werden. Insbesondere die Lumineszenz von verrücktem Silikon ist von innerem Silikon verschieden und kann verwendet werden, um Defekte in einheitlichen Stromkreisen kartografisch darzustellen.

Außer der viel höheren Vergrößerung und guten Vielseitigkeit wird ein Elektronmikroskop mit einem cathodoluminescence Entdecker mehr kompliziert und im Vergleich zu einem leichten teurer sein, um optisches cathodoluminescence Mikroskop zu verwenden, das aus seiner Fähigkeit einen Nutzen zieht, wirkliche sichtbare Farbeneigenschaften sofort durch das Okular zu zeigen.

Kurz gesagt, cathodoluminescence ist eine Technik, die in einem optischen oder Elektronmikroskop mit den richtigen Zusätzen durchgeführt werden kann, und den optischen Eigenschaften von nichtmetallischen Materialien erlaubt, untersucht zu werden.

Links

• Eine Einführung in die KL.
• Schneller Blick cathodoluminescence Analysen und ihr Einfluss auf die Interpretation von Karbonat-Reservoiren. Fallstudie der Mitte Jurassic oolitic Reservoire in der Pariser Waschschüssel
• B. G. Yacobi und D. B. Holt, Cathodoluminescence Mikroskopie von anorganischen Festkörpern, New York, Plenum (1990)
• C. E. Norman, Mikroskopie und Analyse, März 2002, P.9-12
• S. A. Galloway u. a. Physica Status-Schrägstriche (C), V0 (3), P.1028-1032 (2003)
• C. M. Parish und P. E. Russell, Cathodoluminescence Mikroskopie, in Fortschritten in Bildaufbereitung und Elektronphysik, V.147, Hrsg. P. W. Hawkes, P Scannend. 1 (2007)