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CEL-SPS1000表面光電壓譜儀 (SPV/SPC/SPS)

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-SPS1000
  • 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。
        由于SPV技術的諸多優點,SPV技術得到了廣泛的應用,尤其是今年來隨著激光光源的應用、微弱信號檢測水平的提高和計算機技術的進展,SPV技術應用的范圍得到了很大的擴展。

    主要應用:
    半導體材料的光生電壓性能的測試分析、可開展光催化等方面的機理研究,應用于太陽能電池、光解水制氫等方面的研究,可用于研究光生電荷的性質,如:光生電荷擴散方向;解析光生電荷屬性等。主要代表材料有TiO2、ZnO、CdS、GaAs、CdTe、CdSe等。

    表面光電壓譜的技術參數
    1)光電壓譜測量:最小電壓>10nV;功能材料的光電性質,可開展光催化等方面的機理研究;
    2)光電流譜測量:最小電流>10 pA;研究功能材料光電流性質,可應用于太陽能電池、光解水制氫等方面的研究;
    3)光伏相位譜分析:相檢測范圍:-180°至+180°;可用于研究光生電荷的性質,如:光生電荷擴散方向;解析光生電荷屬性等;
    4)表面光電壓、光電流、相位譜分析的光譜波長范圍:200-1600nm,可以全光譜連續掃描,光譜分辨率0.1nm,波長準確度±0.1nm;
    5)可以實現任意定波長下,不同強度光照下的表面光電壓、光電流、相位譜分析,實現光譜分析的多元化;
    6)光路設計一體化、所有光路均在暗室中或封閉光路中進行,無外界雜光干擾;
    7)光源配置:氙燈光源(200/300-1100nm);鹵素燈光源(400-1600nm);氘燈光源(190-400nm);
    8)氙燈光源500W,點光源(2-6mm),可以實現變焦,實現軟件反控調節光的輸入功率,可以實現250W-500W連續可調,USB接口控制,完成5)的測試分析;
    9)單色儀:出入口可平行或垂直,焦距300mm,相對孔徑:F/4.8,光學結構:非對稱水平Czerny-Tuner光路,光柵面積55*55mm,最小步距0.0023nm,光譜范圍200-1600nm;
    10)配置全自動6檔濾光片輪,消除各種雜散光尤其>600nm,標配濾光片3片,范圍185-1600nm;
    11)鎖相放大器(斯坦福):
                             a.mHz-102.4kHz頻率范圍;
                             b.大于100dB動態存儲;
                             c.5ppm/oC的穩定性;
                             d.0.01度相位分辨率;
                             e.時間常數10us-30ks;
                             f.同步參考源信號;
                             g.GPIB及RS232接口;
                             h.9轉25串口線;
                             i.USB轉232串口線
    12)斬波器(斯坦福):
                            a.具有電壓控制輸入,四位數字頻率顯示,十段頻率控制,和兩種可選工作模式的參考輸出;
                            b.4Hz—3.7kHz斬波頻率;
                            c.單光束和雙光束調制;
                            d.低相位抖動頻和差頻參考信號輸出;
                            e.USB轉232串口線;
    13)專用控制軟件,數據記載,數據保存,應用于表面光電壓譜的數據反饋,可以反控單色儀、鎖相放大器(SR810、SR830、7265、7225)、斬波器、光源,根據需求自行修改參數,可根據需求進行源數據導出;
    14)主要配件:           a.光學導軌及滑塊;
                            b.封閉的光學光路系統;
                            c.標準的光學暗室;
                            d.光電壓及光電流池;
                            e.外電場調系統;
                            f.電流-電壓轉換器;
                            g.計算機(選配);
                            h.光學平臺(選配)。

      
     


                       表面光電壓譜的測量方法示意圖
    (1.氙燈光源;2.單色儀;3.斬波器(斯坦福);4.匯聚透鏡;5.反射鏡;6頻率調制光;7鎖相放大器(斯坦福);8計算機含控制軟件)
     
     


                          SPV表面光電壓譜 樣品池結構及數據分析



         
                           SPC表面光電流譜 樣品池結構及數據分析
     
      

     
    Scheme of thesurface photovoltage (SPV) setup applied for the measurements on multilayered sample of CdTe and CdSe NCs. Excitons are created upon light excitation, which diffuse through the structure and may reach andbecome separated at the type II CdTe/CdSe interface. The random diffusionof separated charges creates an electric field measured as the SPV signal U by two transparent outer FTO electrodes in a capacitor arrangement.
     
     

     
     



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