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CEL-TPV2000瞬態表面光電壓譜

表面光電壓是固體表面的光生伏特效應,是光致電子躍遷的結果。

  • 型  號:CEL-TPV2000
  • 產  地:北京
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    背景技術及優勢
       表面光電壓是固體表面的光生伏特效應,是光致電子躍遷的結果。
       1876年,W.GAdam就發現了這一光致電子躍遷現象;
       1948年才將這一光生伏特效應作為光譜檢測技術應用于半導體材料的特征參數和表面特性研究上,這種光譜技術稱為表面電壓技術(Surface Photovoltaic Technique,簡稱SPV)或表面光電壓譜(Surface Photovoltaic Spectroscopy,簡稱SPS)。表面光電壓技術是一種研究半導體特征參數的極佳途徑,這種方法是通過對材料光致表面電壓的改變進行分析來獲得相關信息的。
       1970年,表面光伏研究獲得重大突破,美國麻省理工學院Gates教授的研究小組在用低于禁帶寬度能量的光照射CdS表面時,歷史性的第一次獲得入射光波長與表面光電壓的譜圖,以此來確定表面態的能級,從而形成了表面光電壓這一新的研究測試手段。
       SPV技術是最靈敏的固體表面性質研究的方法之一,其特點是操作簡單、再現性好、不污染樣品,不破壞樣品形貌,因而被廣泛應用于解析光電材料光生電荷行為的研究中。
       SPV技術所檢測的信息主要是樣品表層(一般為幾十納米)的性質,因此不受基底或本體的影響,這對光敏表面的性質及界面電子轉移過程的研究顯然很重要。由于表面電壓技術的原理是基于檢測由入射光誘導的表面電荷的變化,其檢測靈敏度很高,而借助場誘導表面光電壓譜技術可以用來測定半導體的導電類型(特別是有機半導體的導電類型)、半導體表面參數,研究納米晶體材料的光電特性,了解半導體光激發電荷分離和電荷轉移過程,實現半導體的譜帶解釋,并為研究符合體系的光敏過程和光致界面電荷轉移過程提供可行性方法。
       瞬態吸收光譜研究光生載流子反應動力學,半導體受激光激發后產生載流子,在其衰減過程中可發生一系列的變化和反應.時間分辨紫外可見吸收光譜可監測其隨時間變化。首先應需確定載流子的檢測波長,光生電子和空穴的特征吸收波長可調控電極一種載流子濃度而測量另一種載流子的瞬態光吸收與波長的關系。
     
    瞬態表面光電壓譜的應用
       光生載流子動力學主要測試技術,載流子動力學測試技術主要有電學和譜學兩類.電學方法主要是光電化學,測量方式又分時間域和頻率域.時間域方法主要有瞬態光電壓(TPV)和瞬態光電流(TPC),頻率域方法主要有電化學阻抗譜(EIS)和光強度調制光電壓譜(IPVS)和光強度調制光電流譜(IMPS)等.譜學方法主要是瞬態吸收光譜和瞬態熒光光譜。這里主要介紹時間域的光電化學測量方法(以TPV為例)。瞬態吸收光譜是研究半導體光生載流子動力學過程和反應歷程的強有力手段之一,它可以獲得半導體體內光生載流子產生、俘獲、復合、分離過程的重要微觀信息。
    半導體激光器從某一穩定工作狀態過渡到另一穩定工作狀態的過程中所出現的瞬態現象,或對階躍電流的響應。主要有激射延遲、張弛振蕩和自脈動。這些現象限制著半導體激光器振幅調制或頻率調制的性能,特別是最高調制速率。
        瞬態光電壓譜(Transient photovoltage spectrum)給出了不同樣品光生電荷分離的動力學信息, 正向光伏信號代表光生電子由表面向內部轉移。 通常半導體材料的瞬態光伏分為漂移和擴散過程,分別對應短時間范圍和長時間范圍的光伏信號。

    瞬態表面光電壓工作原理
        瞬態表面光電壓實驗光源為激光器, 脈沖納秒激光經棱鏡分光后被分別射入光電倍增管和樣品池中,激光強度通過漸變圓形中性濾光片進行調節. 光電倍增管記錄參比信號, 樣品信號經放大器的數字示波器進行記錄。 樣品池由具有良好屏蔽電磁噪音的材料制成。樣品池內部結構由上至下分別為: 鉑網電極, 云母片, 被測樣品, FTO電極。

     


     

       瞬態光電壓研究光生電子的傳輸行為,其光電壓響應包括上升和衰退兩部分,光電壓上升部分在物理上對應于TiO?電極導電基底電子濃度增加(類似于電容充電過程),此過程由光生電子擴散到達基底引起,光電壓下降部分主要對應于電子離開導電基底的復合過程(類似于電容放電過程)。瞬態表面光電壓譜光生載流子動力學;瞬態光電壓研究光生電子的傳輸行為。
       
    技術參數
    項目
    參數
    激光器
    Nd:YAG脈沖納秒激光器(整機原裝進口)
    激光器參數
    波長[email protected][email protected][email protected][email protected];脈沖寬度 (1064 nm) 10 - 14 ns;控溫精度0.05℃;內部預熱器,可快速預熱
    OPO激光器(選配)
    波長范圍:210-2200nm連續可調,計算機控制波長調節,峰值能量輸出>20mJ,重復頻率20HZ
    系統時間分辨率
    5ns
    探測靈敏度
    0.1mOD
    數據采集
    12bit/16bit高分辨率數字示波器
    光路
    采用全封閉結構設計,無任何外部環境干擾
    樣品室
    激光耦合裝置;激光光斑聚焦調整;水平及垂直光路切換;可調光闌;匹配固體粉末及液體樣品池的光路結構
    標配三明治結構樣品池,可根據要求定制樣品空間,允許進行更多實驗環境的光路定制,如支持低溫樣品環境、顯微鏡微區光譜、強磁場環境等。
    光功率計
    測試波長范圍190-11000nm,功率范圍0-2000mw; 配合軟件實時數據采集,軟件還內置了量子效率計算功能
    軟件
    軟件集成控制脈沖激光器、OPO激光器、數據同步、數據采集、數據放大、數據分析、全自動處理、數據導出等功能。
    支持單次采集,多次積分平均,本底扣除等;
    2D瞬態光電壓譜,壽命曲線擬合;
    支持3D變波長瞬態光電壓譜顯示。





     

     

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