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CEL-TPV2000瞬态表面光电压谱

表面光电压是固体表面的光生伏特效应,是光致电子跃迁的结果。

  • 型  号:CEL-TPV2000
  • 产  地:北京
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    表面光电压是固体表面的光生伏特效应,是光致电子跃迁的结果。
    1876年,W.GAdam就发现了这一光致电子跃迁现象;
    1948年才将这一光生伏特效应作为光谱检测技术应用于半导体材料的特征参数和表面特性研究上,这种光谱技术称为表面电压技术(Surface Photovoltaic Technique,简称SPV)或表面光电压谱(Surface Photovoltaic Spectroscopy,简称SPS)。表面光电压技术是一种研究半导体特征参数的极佳途径,这种方法是通过对材料光致表面电压的改变进行分析来获得相关信息的。
    1970年,表面光伏研究获得重大突破,美国麻省理工学院Gates教授的研究小组在用低于禁带宽度能量的光照射CdS表面时,历史性的第一次获得入射光波长与表面光电压的谱图,以此来确定表面态的能级,从而形成了表面光电压这一新的研究测试手段。
    SPV技术是最灵敏的固体表面性质研究的方法之一,其特点是操作简单、再现性好、不污染样品,不破坏样品形貌,因而被广泛应用于解析光电材料光生电荷行为的研究中。
    SPV技术所检测的信息主要是样品表层(一般为几十纳米)的性质,因此不受基底或本体的影响,这对光敏表面的性质及界面电子转移过程的研究显然很重要。由于表面电压技术的原理是基于检测由入射光诱导的表面电荷的变化,其检测灵敏度很高,而借助场诱导表面光电压谱技术可以用来测定半导体的导电类型(特别是有机半导体的导电类型)、半导体表面参数,研究纳米晶体材料的光电特性,了解半导体光激发电荷分离和电荷转移过程,实现半导体的谱带解释,并为研究符合体系的光敏过程和光致界面电荷转移过程提供可行性方法。
    瞬态吸收光谱研究光生载流子反应动力学,半导体受激光激发后产生载流子,在其衰减过程中可发生一系列的变化和反应.时间分辨紫外可见吸收光谱可监测其随时间变化。首先应需确定载流子的检测波长,光生电子和空穴的特征吸收波长可调控电极一种载流子浓度而测量另一种载流子的瞬态光吸收与波长的关系。
     
     瞬态表面光电压谱的应用
     光生载流子动力学主要测试技术,载流子动力学测试技术主要有电学和谱学两类.电学方法主要是光电化学,测量方式又分时间域和频率域.时间域方法主要有瞬态光电压(TPV)和瞬态光电流(TPC),频率域方法主要有电化学阻抗谱(EIS)和光强度调制光电压谱(IPVS)和光强度调制光电流谱(IMPS)等.谱学方法主要是瞬态吸收光谱和瞬态荧光光谱。这里主要介绍时间域的光电化学测量方法(以TPV为例)。瞬态吸收光谱是研究半导体光生载流子动力学过程和反应历程的强有力手段之一,它可以获得半导体体内光生载流子产生、俘获、复合、分离过程的重要微观信息。
    半导体激光器从某一稳定工作状态过渡到另一稳定工作状态的过程中所出现的瞬态现象,或对阶跃电流的响应。主要有激射延迟、张弛振荡和自脉动。这些现象限制着半导体激光器振幅调制或频率调制的性能,特别是最高调制速率。
     瞬态光电压谱(Transient photovoltage spectrum)给出了不同样品光生电荷分离的动力学信息, 正向光伏信号代表光生电子由表面向内部转移。 通常半导体材料的瞬态光伏分为漂移和扩散过程,分别对应短时间范围和长时间范围的光伏信号。
     瞬态表面光电压工作原理
    瞬态表面光电压实验光源为激光器, 脉冲纳秒激光经棱镜分光后被分别射入光电倍增管和样品池中,激光强度通过渐变圆形中性滤光片进行调节. 光电倍增管记录参比信号, 样品信号经放大器的数字示波器进行记录。 样品池由具有良好屏蔽电磁噪音的材料制成。样品池内部结构由上至下分别为: 铂网电极, 云母片, 被测样品, FTO电极。


    瞬态光电压研究光生电子的传输行为,其光电压响应包括上升和衰退两部分,光电压上升部分在物理上对应于TiO₂电极导电基底电子浓度增加(类似于电容充电过程),此过程由光生电子扩散到达基底引起,光电压下降部分主要对应于电子离开导电基底的复合过程(类似于电容放电过程)。瞬态表面光电压谱光生载流子动力学;瞬态光电压研究光生电子的传输行为
       
    技术参数

    项目 参数
    激光器 Nd:YAG脉冲纳秒激光器(整机原装进口)
    激光器参数 波长1064nm@320mJ;532nm@180mJ;355nm@60mJ;266nm@40mJ;脉冲宽度 (1064 nm) 10 - 14 ns;控温精度0.05℃;内部预热器,可快速预热
    OPO激光器(选配) 波长范围:210-2200nm连续可调,计算机控制波长调节,峰值能量输出>20mJ,重复频率20HZ
    系统时间分辨率 5ns
    探测灵敏度 0.1mOD
    数据采集 12bit/16bit高分辨率数字示波器
    光路 采用全封闭结构设计,无任何外部环境干扰
    样品室 标配三明治结构样品池,可根据要求定制样品空间,允许进行更多实验环境的光路定制,如支持低温样品环境、显微镜微区光谱、强磁场环境等。
    光功率计 测试波长范围190-11000nm,功率范围0-2000mw; 配合软件实时数据采集,软件还内置了量子效率计算功能
    软件 软件集成控制脉冲激光器、OPO激光器、数据同步、数据采集、数据放大、数据分析、全自动处理、数据导出等功能。




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