电流检能仪

自从电荷耦合器件（ccd，charge-coupled device）在大名鼎鼎的贝尔实验室发明仪器，其技术突飞猛进，在航空航天、医疗和工业等方面得到了广泛应用。特别在新型的aes光谱仪中，ccd就像眼睛一样，感知样品激发的等离子体发出的光。在微光应用方面，科学级ccd已经能打到探测到几个光子的水平，如果ccd能够准确的将光子信号转换为电荷信号，那新型的ccd光谱仪的检测极限将大大提高，但是实际情况中，这些微弱的光子信号产生的电荷信息，被ccd产生的暗电流淹没。暗电流（dark current）， 也称无照电流，指在没有光照射的状态下,在光导电元件、光电管等的受光元件中流动的电流。它包括晶体材料表面缺陷形成的泄漏电流和载流子热扩散形成的本征暗电流。现代科学研究主要两个方向去解决，一个是提升材料性能，一个是降低ccd的工作温度。暗电流的大小与温度的关系极为密切,温度每降低10℃,暗电流约减小一半。越小的暗电流，同等条件下，光谱的检测下限越好。 赛默飞世尔科技是检测领域的世界领导者。它为全球客户提供的优质分析仪器、实验室设备、试剂耗材及创新的实验室综合解决方案。赛默飞世尔在直读火花光谱仪行业拥有超过80年的经验，最近在高端台式直读火花光谱仪3460/4460之后，赛默飞世尔科技又推出一款全新的全谱直读火花光谱仪arl easyspark 1160。全新的arl easyspark 1160 使用定制镀膜ccd，提升透光率，总像素高达26000，而传统ccd只有2000~4000像素。除此之外，它还采用独特的半导体制冷，ccd的工作温度为9.6℃，而传统ccd工作温度30~40℃，极大的降低仪器的暗电流，提升仪器的检测下限。关于朗铎科技朗铎科技，全球科学服务领域的领导者-赛默飞世尔科技（thermo fisher scientific）中国区域战略合作伙伴。作为工业检测分析系统解决方案服务商，我们致力于为中国客户提供全球高品质的分析仪器、专业的应用技术支持、优质的售后服务等系统解决方案 朗铎科技是赛默飞世尔尼通（niton）手持式光谱仪在合金/地矿行业的中国区总经销商，也是赛默飞世尔arl全谱直读光谱仪中国区总经销商。目前朗铎科技主要产品包括手持式合金光谱仪、手持式矿石光谱仪、直读光谱仪、工业内窥镜等系列产品。

近日，国网河北省电力有限公司营销服务中心投用宽量程低压电流互感器人工检定装置，完成了90只互感器设备的检定工作，标志着国网河北电力营销服务中心具备宽量程低压电流互感器检定能力。 　　分布式光伏发电客户在夏、冬两季容易受自身负荷波动影响，出现一次电流超过常规低压互感器量程的情况。宽量程低压电流互感器能够保证一次电流在额定电流的0.1%～200%时的准确计量，提高分布式光伏发电客户上网电量计量的精准性。 　　2022年以来，国网河北电力营销服务中心从优化标准设备配置、提高电流源输出能力方面开展宽量程低压电流互感器检定技术研究。该中心创新融合标准直流互感器、半波发生装置和大容量电流源的测量功能，解决高线性和小微差检定技术难点，形成多品类低压电流互感器检定装置兼容性设计方案，实现传统低压电流互感器、抗直流偏磁低压电流互感器与宽量程低压电流互感器兼容检定，满足宽量程低压电流互感器检定需求。 　　国网河北电力营销服务中心还贯通了宽量程低压电流互感器人工检定装置与省级计量生产调度平台系统数据接口贯通，实现任务数据、结论数据系统间自动交互。目前，该中心完成了8种变比的宽量程低压电流互感器的检定测试，检定装置运行平稳，各项指标满足规程要求。 　　低压电流互感器是一种可以把高交流电流转化为容易控制的低电流的设备，具有性能优良，精度稳定的特点。低压双绕组电流互感器，用于多回路低压智能配电中电流测量，可远传，或遥测装置配套使用，是低压智能配电低成本方案理想的智能化配电元件。 　　低压双绕组电流互感器作为低压配电系统监控电流的采集元件，具有两个绕组，其一(1S1、1S2)用于电流表指示，额定二次电流为AC5A或AC1A，其二(2S1、2S2)用于远传遥测，可与远端监控现场信号、工业设备的测控装置ARTU-M32遥测单元配套使用，额定二次电流为AC0-20mA；亦可用于电动机保护回路中使用，但由于电流保护回路过载电流为5-8倍，所以确保低压双绕组电流互感器的线性至8倍，且电流在8倍时，能保证双绕组电流互感器的误差在0.2-0.5%。

近日，中国科学技术大学龙世兵、孙海定研究团队联合武汉大学刘胜教授团队，以及合肥微尺度国家实验室胡伟研究员、香港城市大学He Jr-Hau教授和澳大利亚国立大学傅岚教授，将分子束外延生长的III族氮化物纳米线与无定型硫化钼材料结合，构筑了新型GaN/MoSx核壳纳米线结构，应用于光电化学光探测领域。通过将氮化镓半导体内光电转化过程与该结构在电解质溶液中的电化学反应过程相交叉，成功在纳米线中观察到光波长控制下的光电流极性翻转现象，实现了不同波长可分辨探测功能。该成果以“Observation of Polarity-Switchable Photoconductivity in III-nitride/MoSx Core-Shell Nanowires”为题发表在Light: Science & Applications，并被选为第 11 期封面文章。III族氮化物纳米线具有良好的导热性，载流子有效质量小、载流子迁移率高、吸收系数高、化学稳定性和热稳定性良好等各种优异特性，被广泛应用于晶体管、激光器、发光二极管、光电探测器和太阳能电池等领域，是现代半导体器件领域的重要组成部分。特别地，由于其独特的一维几何形状和大的比表面积，III族氮化物纳米线表现出许多对应体相材料不存在的独特特性。相比于薄膜结构，纳米线生长不受制于晶格匹配生长规则的约束，完美解决了异质外延生长及集成所面临的困境。同时，在III族氮化物纳米线外延过程中，材料内的应力易得到释放，位错则终止在III族氮化物纳米线的侧壁，有效减少了外延材料中的堆垛层错和穿透位错密度。此外，相较于薄膜结构，纳米线中的低缺陷密度可大幅提高纳米线中施主、受主杂质的掺杂效率，具有高效载流子导电特性。并且，得益于其高晶体质量和大的比表面积，纳米线阵列拥有较高的光提取/吸收效率和较强的光子局域化效应。此外，纳米线结构可以通过有效的应变弛豫来缓和有源区内的极化场，显著降低材料内位错密度和压电极化场，增强了电子和空穴之间的波函数重叠。同时，基于分子束外延自发生长的III族氮化物纳米线表面为氮极性，赋予了其较高的化学稳定性。尽管III族氮化物纳米线有诸多优势，然而，仅依靠其固有的物理和材料特性构筑器件，限制了该类材料功能的进一步拓展。通过将纳米线中的经典半导体物理过程与化学反应过程相结合，有望突破传统III族氮化物纳米线的功能限制，拓展新的应用场景。针对上述问题，中科大孙海定课题组利用分子束外延（MBE）技术所制备的高晶体质量氮化镓（GaN）纳米线，开展了系列研究工作。在构建高性能光电化学光探测器的基础上[Nano Lett., 2021, 21 (1): 120-129 Adv. Funct. Mater., 2021, 31 (29): 2103007 Adv. Funct. Mater., 2022, 2201604 Adv. Opt. Mater., 2021, 9 (4): 2000893 Adv. Opt. Mater., 2022, 2102839 ACS Appl. Nano Mater., 2021, 4 (12): 13938–13946], 通过将光电化学光探测器中载流子的产生、分离及传输过程与电子和空穴在半导体表面/电解液界面处的氧化/还原反应过程相结合，实现了载流子输运过程的有效调制，在该器件中观察到独特的双向光电流现象[Nature Electronics, 2021, 4 (9): 645-652 Adv. Funct. Mater., 2022, 2202524 Adv. Funct. Mater., 2022, 32 (5): 2104515]。上述工作中，实现双向光电流的必要条件之一是利用纳米线表面贵金属修饰策略，改善纳米线表面的载流子分离效率及化学吸附能。如何利用纳米线独特的一维几何形状和大的比表面积特性，将其与其他低成本、易合成的功能材料相结合，是实现对贵金属材料的替代，降低器件制备成本并进一步提升器件多功能特性的关键。与此同时，为了更好分析双向光电流现象的内部机制，需要探索新的表面修饰手段，以保证复合纳米线结构的均一性，稳定性。作为过渡金属硫属化物材料的一员，近年来，无定形硫化钼（a-MoSx）在实现高效能量收集和转换方面受到了广泛关注。由于其独特的由二硫配体桥接的一维（1D）a-MoSx链结构，丰富的表面活性位点可以与周围环境紧密接触，表现出出色的反应活性，可实现高效的电荷转移和传输。更重要的是，在温和的室温条件下，简单的电沉积方法（循环伏安法）即可以轻松合成a-MoSx材料。通过电沉积法，a-MoSx可以直接包裹于纳米线表面上，实现a-MoSx和纳米线之间的高效耦合，有效改善纳米线表面的载流子分离效率及化学吸附能。在此，我们以实现对不同波长的光分辨探测为目标，提出了一种基于在Si衬底上外延生长的p-AlGaN/n-GaN纳米线构建的光电化学光探测器（图1）。图1 基于纳米线的PEC PD的器件结构和工作原理示意图在光电化学光探测器的工作过程中，光电流响应信号的大小由有效参与氧化还原反应的光生载流子的数量决定，光电流的极性（正或负）则由在半导体/电解质界面发生的化学反应的种类决定。换句话说，通过入射光的波长控制在光电化学光电探测器中占主导地位的化学反应种类（氧化反应或还原反应），可以实现光电流极性的翻转。图1展示了光电化学光电探测器中的基本光电极结构和简化的工作原理。由于设计的顶部p-AlGaN层的带隙较大，它对低能光子（例如365 nm光照）是透明的，对光电探测过程没有贡献，只有n-GaN部分吸收光子并且参与氧化反应，光电探测器呈现正光电流。而在254 nm照射下，顶部p-AlGaN和底部n-GaN部分均能吸收高能光子并于半导体/电解质界面发生氧化反应和还原反应。然而，由于纯p-AlGaN/n-GaN纳米线表面的氢吸附能（ΔGH）不适合实现高效的还原反应（换句话说，还原过程很慢），氧化反应过程仍然在净光电流极性中占主导地位。纯p-AlGaN/n-GaN纳米线，在254 nm照明下产生小的光电流。这表明改变纳米线表面的ΔGH是实现双向光电流的关键。为了在不同波长的光照下实现双向光电流响应，我们选择用a-MoSx修饰III族氮化物纳米线以提高还原反应速率。图2在p-AlGaN/n-GaN纳米线的表面可以观察到一层明显壳层，表明III族氮化物核壳结构纳米线的成功制备。图2无定型MoSx修饰的p-AlGaN/n-GaN纳米线的结构表征。（a）SEM.（b）低倍率TEM.（c）高分辨率TEM图像（d）低倍率STEM图像（标尺 = 100 nm），（e）高角环形暗场（HAADF）STEM图像和（f）环形明场（ABF）STEM图像。（g）STEM-EDS 图像和（h）对应位置的线扫描结果为深入理解表面修饰对光探测性能带来的影响，我们通过X射线光电子能谱（XPS）进一步研究了a-MoSx@p-AlGaN/n-GaN纳米线的化学成分和元素间键合情况（图3a,b）。这些结果与之前对[Mo3S13]2-簇的XPS研究一致，证实了a-MoSx被成功修饰在p-AlGaN/n-GaN纳米线上。图3 （a）(b) p-AlGaN/n-GaN纳米线上电沉积a-MoSx壳层的XPS谱。（c）a-MoSx修饰前后的光响应对比。（d）a-MoSx@p-AlGaN/n-GaN纳米线的光谱响应为了进一步评估纳米线的光响应行为，我们构建了光电化学光探测器。由图3c可知，纯p-AlGaN/n-GaN及无定型MoSx修饰后的纳米线均显示出稳定且可重复的开/关光电流循环。纯p-AlGaN/n-GaN纳米线在254 nm或365 nm光照下则均表现为正的光电流响应，这与图1所示的纯p-AlGaN/n-GaN纳米线的工作原理一致。因其对不同光子能量的入射光子有不同的光响应特性，a-MoSx@p-AlGaN/n-GaN纳米线能够通过表现出不同极性的光电流来区分不同的光波段。如图3d所示，光电流信号在255 nm光照下为负，然后当波长超过265 nm时切换为正，证实了其波段可分辨性能。此外，对可见光照射的光响应可以忽略不计，表明器件具有出色的可见光盲特性。同时，我们还深入探讨了该器件的性能可调性，并利用第一性原理计算揭示了a-MoSx修饰实现双向光电流性能的内在机制。