界面光电分析装置

优势特点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。 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。 瞬态表面光电压谱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。产品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。瞬态表面光电压谱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。详细介绍瞬态表面光电压实验光源为激光器, 激光脉冲半宽为5 ns, 激光波长为355 nm. 脉冲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(100 MΩ的输入阻抗, 1 kΩ输出阻抗的放大器)放大进入500MHz 的数字示波器(Tektronix)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(直径为5 mm, 透光率为70%), 云母(厚度约10 μm), 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Ti O?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）。规格参数1) 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 2)可分析样品为催化剂粉末材料,采用三明治结构样品池3) ※可分析样品为光电器件，在溶液状态下分析TPV信号，测试样品的表面光电压信号和电子扩散长度；4)※Nd:YAG激光器：脉冲宽度：8ns @1064 nm, 7ns@532 nm, 6nm@355 nm，6nm@266 nm；光斑尺寸：7 mm 激光输出能量：200 mJ@1064 nm, 100 mJ@532 nm, 40 mJ@355 nm，20mJ@266 nm 频率1~20Hz；稳定性3%，RMS1ns 5)前置放大器，2通道，DC~350MHZ带宽，升降时间1ns，噪音6.4nv/HZ；6)数字荧光示波器，500 MHz 带宽，2 条模拟通道，所有通道上实时采样率高达 5 GS/s，所有通道记 10k 记录长度，3,600 wfms/s 连续波形捕获速率，高级触发套件，前面板 USB 主机端口，可以简便地存储和传送测量数据25 种自动测量标配 FFT，多语言用户界面，自动检测异常波形， 接口支持有源探头、差分探头和电流探头，自动定标和确定单位，配备 USB 主控端口，可以轻松将测量信息存储和传输到个人计算机中，个人计算机通信软件使您能够轻松将屏幕图像和波形数据拖入独立桌面应用程序或直接拖入 Microsoft Word 和 Excel。7)※光功率计，测试波长范围190-11000nm，功率范围0-2000mw，四挡量程自动分辨，可切换光功率密度，配合软件实时数据采集，软件还内置了量子效率计算功能，可以根据参数自动计算出光源强度和产氢效率，计算输出：光催化反应产氢速率mol/s ，入射光子数，平均产氢量子产率百分比，平均光-氢能量转化效率百分比。8)配置不锈钢粉末样品池，石英溶液样品池各一套，分别用于粉末样品和器件样品分析。9)所有光路均置于封闭暗箱内，无外届光源影响分析测试，内部配有导轨、反射镜、精密升降台平台，可以实现水平光路，也可以实现垂直光路。10)系统包含光学平台（900*1200mm）、暗箱、品牌电脑、控制及数据采集软件。11)※专用瞬态定制软件，专用的硬件、软件降噪算法，实时采集并分析数据出谱图，分别完成粉末样品和溶液样品的分析。12)安装、调试及技术培训，培训内容包括仪器的技术原理、操作、数据处理、基本维护等。

背景技术及优势 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好途径，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。 l 瞬态表面光电压谱的应用 瞬态光电压主要应用于半导体材料或者器件的TPV测试和机理分析，光催化材料TiO2、C3N4、CdS、磷化物等、催化材料、分子筛、太阳能电池（单晶、多晶、染料敏化、钙钛矿）、光电化学的TPV、电化学材料的TPV等。产品优势：采用白光偏置光路激发材料；大功率原装进口脉冲激光器；采用专有技术的电磁屏蔽，无任何外界干扰；测试光路，水平与垂直可任意在线切换，实现固体样品和液体样品均可测试分析。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。 l 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TiO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激光耦合装置；激光光斑聚焦调整；水平及垂直光路切换；可调光阑；匹配固体粉末及液体样品池的光路结构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。支持单次采集，多次积分平均，本底扣除等；2D瞬态光电压谱，寿命曲线拟合；支持3D变波长瞬态光电压谱显示。太阳能电池光电压谱

背景技术及优势 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。 由于SPV技术的诸多优点，SPV技术得到了广泛的应用，尤其是今年来随着激光光源的应用、微弱信号检测水平的提高和计算机技术的进展，SPV技术应用的范围得到了很大的扩展。主要应用：半导体材料的光生电压性能的测试分析、可开展光催化等方面的机理研究，应用于太阳能电池、光解水制氢等方面的研究，可用于研究光生电荷的性质，如：光生电荷扩散方向；解析光生电荷属性等。主要代表材料有TiO2、ZnO、CdS、GaAs、CdTe、CdSe等。表面光电压谱的技术参数1)光电压谱测量：最小电压10nV；功能材料的光电性质，可开展光催化等方面的机理研究；2)光电流谱测量：最小电流10 pA；研究功能材料光电流性质，可应用于太阳能电池、光解水制氢等方面的研究；3)光伏相位谱分析：相检测范围：-180°至+180°；可用于研究光生电荷的性质，如：光生电荷扩散方向；解析光生电荷属性等；4)表面光电压、光电流、相位谱分析的光谱波长范围：200-1600nm，可以全光谱连续扫描，光谱分辨率0.1nm，波长准确度±0.1nm；5)可以实现任意定波长下，不同强度光照下的表面光电压、光电流、相位谱分析，实现光谱分析的多元化；6)光路设计一体化、所有光路均在暗室中或封闭光路中进行，无外界杂光干扰；7)光源配置：氙灯光源（200/300-1100nm）；卤素灯光源（400-1600nm）；氘灯光源（190-400nm）；8)氙灯光源500W，点光源（2-6mm），可以实现变焦，实现软件反控调节光的输入功率，可以实现250W-500W连续可调，USB接口控制，完成5）的测试分析；9)单色仪：出入口可平行或垂直，焦距300mm，相对孔径：F/4.8，光学结构：非对称水平Czerny-Tuner光路，光栅面积55*55mm，最小步距0.0023nm，光谱范围200-1600nm；10)配置全自动6档滤光片轮，消除各种杂散光尤其600nm,标配滤光片3片，范围185-1600nm；11)锁相放大器（斯坦福）： a.mHz-102.4kHz频率范围； b.大于100dB动态存储； c.5ppm/oC的稳定性； d.0.01度相位分辨率； e.时间常数10us-30ks； f.同步参考源信号； g.GPIB及RS232接口； h.9转25串口线； i.USB转232串口线12)斩波器（斯坦福）: a.具有电压控制输入，四位数字频率显示，十段频率控制，和两种可选工作模式的参考输出； b.4Hz—3.7kHz斩波频率； c.单光束和双光束调制； d.低相位抖动频和差频参考信号输出； e.USB转232串口线；13)专用控制软件，数据记载，数据保存，应用于表面光电压谱的数据反馈，可以反控单色仪、锁相放大器（SR810、SR830、7265、7225）、斩波器、光源，根据需求自行修改参数，可根据需求进行源数据导出；14)主要配件： a.光学导轨及滑块； b.封闭的光学光路系统； c.标准的光学暗室； d.光电压及光电流池； e.外电场调系统； f.电流-电压转换器； g.计算机（选配）； h.光学平台（选配）。 表面光电压谱的测量方法示意图（1.氙灯光源；2.单色仪；3.斩波器（斯坦福）；4.汇聚透镜；5.反射镜；6频率调制光；7锁相放大器（斯坦福）；8计算机含控制软件） SPV表面光电压谱 样品池结构及数据分析 SPC表面光电流谱 样品池结构及数据分析 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.