CEL-TPV2000瞬態(tài)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。
  1876年，W.GAdam就發(fā)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(shù)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(shù)稱(chēng)為表面電壓技術(shù)（Surface Photovoltaic Technique，簡(jiǎn)稱(chēng)SPV）或表面光電壓譜（Surface Photovoltaic Spectroscopy，簡(jiǎn)稱(chēng)SPS）。表面光電壓技術(shù)是一種研究半導體特征參數的途徑，這種方法是通過(guò)對材料光致表面電壓的改變進(jìn)行分析來(lái)獲得相關(guān)信息的。
  1970年，表面光伏研究獲得重大突破，美國麻省理工學(xué)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(shí)，歷史性的*次獲得入射光波長(cháng)與表面光電壓的譜圖，以此來(lái)確定表面態(tài)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(shù)是較靈敏的固體表面性質(zhì)研究的方法之一，其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)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(shù)所檢測的信息主要是樣品表層（一般為幾十納米）的性質(zhì)，因此不受基底或本體的影響，這對光敏表面的性質(zhì)及界面電子轉移過(guò)程的研究顯然很重要。由于表面電壓技術(shù)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(chǎng)誘導表面光電壓譜技術(shù)可以用來(lái)測定半導體的導電類(lèi)型（特別是有機半導體的導電類(lèi)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(fā)電荷分離和電荷轉移過(guò)程，實(shí)現半導體的譜帶解釋?zhuān)檠芯糠象w系的光敏過(guò)程和光致界面電荷轉移過(guò)程提供可行性方法。
瞬態(tài)吸收光譜研究光生載流子反應動(dòng)力學(xué)，半導體受激光激發(fā)后產(chǎn)生載流子，在其衰減過(guò)程中可發(fā)生一系列的變化和反應.時(shí)間分辨紫外可見(jiàn)吸收光譜可監測其隨時(shí)間變化。首先應需確定載流子的檢測波長(cháng)，光生電子和空穴的特征吸收波長(cháng)可調控電極一種載流子濃度而測量另一種載流子的瞬態(tài)光吸收與波長(cháng)的關(guān)系。
 
 瞬態(tài)表面光電壓譜的應用
   光生載流子動(dòng)力學(xué)主要測試技術(shù)，載流子動(dòng)力學(xué)測試技術(shù)主要有電學(xué)和譜學(xué)兩類(lèi).電學(xué)方法主要是光電化學(xué)，測量方式又分時(shí)間域和頻率域.時(shí)間域方法主要有瞬態(tài)光電壓（TPV）和瞬態(tài)光電流（TPC）,頻率域方法主要有電化學(xué)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(xué)方法主要是瞬態(tài)吸收光譜和瞬態(tài)熒光光譜。這里主要介紹時(shí)間域的光電化學(xué)測量方法（以TPV為例）。瞬態(tài)吸收光譜是研究半導體光生載流子動(dòng)力學(xué)過(guò)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(chǎn)生、俘獲、復合、分離過(guò)程的重要微觀(guān)信息。
  半導體激光器從某一穩定工作狀態(tài)過(guò)渡到另一穩定工作狀態(tài)的過(guò)程中所出現的瞬態(tài)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(dòng)。這些現象限制著(zhù)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(tài)光電壓譜(Transient photovoltage spectrum)給出了不同樣品光生電荷分離的動(dòng)力學(xué)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(tài)光伏分為漂移和擴散過(guò)程，分別對應短時(shí)間范圍和長(cháng)時(shí)間范圍的光伏信號。
 瞬態(tài)表面光電壓工作原理
瞬態(tài)表面光電壓實(shí)驗光源為激光器, 脈沖納秒激光經(jīng)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(guò)漸變圓形中性濾光片進(jìn)行調節. 光電倍增管記錄參比信號, 樣品信號經(jīng)放大器的數字示波器進(jìn)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(wǎng)電極, 云母片, 被測樣品, FTO電極。

瞬態(tài)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(lèi)似于電容充電過(guò)程），此過(guò)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(kāi)導電基底的復合過(guò)程（類(lèi)似于電容放電過(guò)程）。瞬態(tài)表面光電壓譜光生載流子動(dòng)力學(xué)；瞬態(tài)光電壓研究光生電子的傳輸行為
   
技術(shù)參數