一种调制光与非调制光相结合的表面光电压测量方法，属于半导体光电压测量的技术领域。是将待测样品置于ITO导电玻璃底电极上，用10～40μm厚的云母片覆盖待测样品，再在云母片上覆盖上电极；打开光源，使调制光与非调制光同时照射到待测样品上，待测样品底电极和上电极间产生的光电压信号经锁相放大器放大后，输入计算机，由计算机记录待测样品的光电压信号强度值，进而实现对待测样品表面光电压的测量。利用本发明专利技术检测结果，可以直接讨论半导体表面态对光生电荷的捕获作用，体相光生电荷的动力学迁移过程，以及全固态Z型半导体复合体系的光生电荷迁移行为。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源开发
，具体涉及一种调制光与非调制光相结合的新型光电功能材料表面光电压的测量方法，通过测量表面光电压可以来表征材料光生电荷传输特性。
技术介绍
新型光电功能材料的研宄与制备对解决能源与环境问题起到至关重要的作用，而对材料的光电性能的检测在新型光电材料的研宄与发展中起到至关重要的作用。表面光电压谱是一种非常有前景的光电性能检测手段，具有灵敏度高、操作简单、无损样品等特点，因而被广泛应用于解析光电材料光生电荷行为的研宄中(参见Surface photovoltagephenomena:theory, experiment, and applicat1ns，Surface Science Reports.1999，37，1-206)o表面光电压谱可以用来研宄光生电荷在半导体光电功能材料的表面效应与界面效应影响下的光生电荷行为。2004年，Lin Yanhong等人用表面光电压谱证明了量子点ZnO半导体光电材料量子限域效应的存在(参见A Study of QuantumConfinement Properties of Photogenerated Charges in ZnO Nanoparticlesby Surface Photovoltage Spectroscopy, The Journal of Physical ChemistryB.2004，108，3202-3206)。2010年，Dieter Gross等人用表面光电压谱成功的证明了Type II型半导体异质结构的光生电荷传输方向(参见Charge Separat1n in TypeII Tunneling Multilayered Structures of CdTe and CdSe Nanocrystals DirectlyProven by Surface Photovoltage Spectroscopy, Journal of the American ChemicalSociety.2010，132，5981 - 5983)。然而，仍然有许多光电现象无法通过已报导过的表面光电压检测手段来证明。
技术实现思路
本专利技术提供了，通过对表面光电压的测量可以得到更加丰富的半导体光电材料的表面与界面信息。常规表面光电压测量方法如图1所示。本专利技术所述的一种调制光与非调制光相结合的双光体系表面光电压测量方法如图2所示，其具体步骤如下:(I)将待测样品置于ITO导电玻璃底电极上，用10?40 μ m厚的云母片覆盖待测样品，再在云母片上覆盖上电极；在光电压样品池内，ITO导电玻璃底电极通过样品池导线连出接地，上电极通过样品池导线连出接锁相放大器的信号输入端，锁相放大器的信号输出端连接计算机；(2)打开光源，使调制光与非调制光同时照射到待测样品上(常规表面光电压测量中不使用非调制光照射)，待测样品由于光照之后光生电荷在表面或界面电场的作用下产生定向移动，从而在上下电极间产生电势差，即为光电压信号(具体原理参见Surfacephotovoltage phenomena: theory, experiment, and applicat1ns，Surface ScienceReports.1999，37，1-206);待测样品底电极和上电极间产生的光电压信号经锁相放大器放大后，输入计算机，由计算机记录待测样品的光电压信号强度值，进而实现对待测样品表面光电压的测量。其中，激光器或LED发出的波长300?lOOOnrn、光强0.lmW/cm2?100mW/cm2的单色光作为非调制光；氙灯通过单色仪后分散出来的波长1000?200nm(扫描过程应由长波向短波方向扫描，对应由低光子能量向高光子能量方向扫描)的单色光再通过斩波器后获得的频率为10?2000Hz的光作为调制光；其中，具体测量时非调制光的波长和调制光的具体扫描范围(固定波长，变化频率；或固定频率，变化波长)根据待量样品的带隙确定，光子能量必须可以激发半导体产生光生电子空穴对。其中，待测样品可以是有机、无机半导体以及有机/无机复合半导体光电材料(有机半导体如杂多酸、扑啉、酞菁、茈类等；无机半导体如二氧化钛、氧化锌、硫化镉、钛酸锶、三氧化二铁等；有机无机复合半导体如二氧化钛硫化镉复合材料，二氧化钛卟啉复合材料)，可以是粉末、单晶或薄膜；上电极是ITO或Pt金属网。进一步地，调制光从上电极照射待测样品的正面，非调制光可以从上电极照射待测样品的正面，也可以从下电极照射待测样品的背面。本专利技术与现有表面光电压测量技术相比，可以提供以下有效信息:I)本专利技术采用双光体系测量半导体光电材料的光电压，当特定波长的非调制单色光(基于被测样品带隙选择，光子能量必须可以激发半导体产生光生电子空穴对)从上电极入射时，可以给出更加丰富的半导体光电材料的表面态信息，比如通过非调制单色光的照射，使光电材料的表面态被布居，从而得到在调制光照射下的与体相光生电荷相关的光电压信号，与常规测量体系下调制光照射下的与表面态光生电荷相关的光电压信号相比较，可以给出被表面态捕获的光生电荷与体相光生电荷寿命的对应关系。2)本专利技术采用双光体系测量半导体光电材料的光电压，当特定波长的非调制光从下电极入射时，可以用来证明全固态Z-型体系界面光生电荷转移过程。3)本专利技术具有操作简单、给出光电材料表面与界面信息丰富等特点，是对表面光电压技术的有效补充。本专利技术在常规表面光电压测试的基础上，通过与调制光同侧或异侧的非调制光的引入，可以直接检测半导体表面态对光生电荷的捕获作用，体相光生电荷的动力学迀移过程，以及全固态Z型界面半导体复合体系的光生电荷迀移行为。本专利技术的调制光与非调制光相结合的技术手段，通过简单的非调制光的引入，提供半导体材料表面与界面光生电荷的重要信息，拓展了表面光电压谱的内涵，丰富了表面光电压谱的检测体系。本专利技术采用调制光与非调制光相结合的手段，具有样品无损、操作简单、检测快速的特点。【附图说明】图1:常规表面光电压测量方法示意图；图2:双光体系表面光电压测量方法示意图；其中，各部分名称为:氙灯1、单色仪2、斩波器(调制扇)3、透镜4、反射镜5、调制光6、锁相放大器7、计算机8、非调制光9。图3:实施例1CdS纳米线表面光电压装样方法；各部分名称为:调制光6、非调制光9、上电极10、下电极11、云母片12、CdS纳米线13 ；图4:实施例1常规体系CdS纳米线表面光电压谱图；图5:实施例1双光体系CdS纳米线表面光电压谱图；图6:实施例1常规体系CdS纳米线基于调制频率的表面光电压谱图；图7:实施例1双光体系CdS纳米线基于调制频率的表面光电压谱图；图8:实施例2双光体系T12-T1-ZnFe2O4三元结构表面光电压测量模型(检测T12—侧信号)；各部分名称为:调制光6、非调制光9、上电极10、下电极11、云母片12、Ti0jl 14、Ti 层 15、ZnFe2O4层 16 ；图9:实施例2常规体系T12—侧表面光电压谱图；图10:实施例2ZnFe204—侧非调制光照射下T1 2—侧表面光电压谱图；图11:实施例2双光体系T12-T1-ZnFe2O4三元结构表面光电压测量模型(检测ZnFe2O4^U信号本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种调制光与非调制光相结合的表面光电压测量方法，其步骤如下：(1)将待测样品置于ITO导电玻璃底电极上，用10～40μm厚的云母片覆盖待测样品，再在云母片上覆盖上电极；在光电压样品池内，ITO导电玻璃底电极通过样品池导线连出接地，上电极通过样品池导线连出接锁相放大器的信号输入端，锁相放大器的信号输出端连接计算机；(2)打开光源，使调制光与非调制光同时照射到待测样品上，待测样品底电极和上电极间产生的光电压信号经锁相放大器放大后，输入计算机，由计算机记录待测样品的光电压信号强度值，进而实现对待测样品表面光电压的测量；其中，激光器或LED发出的波长300～1000nm、光强0.1mW/cm2～100mW/cm2的单色光作为非调制光；氙灯通过单色仪后分散出来的波长1000～200nm的单色光再通过斩波器后获得的频率为10～2000Hz的光作为调制光；具体测量时非调制光的波长和调制光的具体扫描范围根据待量样品的带隙确定，光子能量必须可以激发半导体产生光生电子空穴对。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢腾峰，李硕，王德军，林艳红，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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