半導體光催化基礎第二章表面及表面態(tài)研究方法-資料下載頁
2025-02-21 15:11本頁面
【正文】 )方法是一個很好的表面表征技 術(shù)，基于分析光誘導表面電勢的變化，這個技術(shù)被廣泛用于了解各種 半導體表面、界面和體相的信息 。近 50年來得到了很大的發(fā)展。 40－ 50年代， Brattain和 Bardeen諾貝爾講演揭開了表面光伏研究的序幕； 60年代， Johnson和 Goodman等人 利用 SPV方法 測量了少數(shù)載流子的壽命 ，并發(fā)展發(fā)展了少數(shù)載流子擴散長度的理論模型。 70年代， Gatos等人系統(tǒng)地進行了亞帶表面光伏的研究，對 半導體的表面態(tài) 進行了研究。 90年代， SPV相關(guān)技術(shù)發(fā)展的最活躍， Lagowski等人 用 SPV掃描 Si片表面，一些研究集體應用 STM和AFM的針尖得到 SPV測量，較大的改善了分辨率。增強了 SPV作為表面研究手段的重要性。 ? SPV檢測原理 具有 Schottky勢壘的帶彎， p－ 型 (上圖 )和 n－ 型 ? (下圖 )半導體與金屬形成的勢壘接觸。 金屬費米能級高于p半導體 金屬費米能級低于n半導體 帶－帶躍遷情況 n－型 (左圖 )和 p－型 (右圖 )半導體材料在光誘導 下， 表面勢壘高度 (Vs)的變化過程。 帶 帶躍遷使表面能帶彎曲減小 . 在自建電場作用下 ,光生電子由表面移向體相 . 在自建電場作用下 ,光生空穴由表面移向體相 . 雙面接觸的 n型半導體，一側(cè)保持暗態(tài) (左側(cè) )，另 一側(cè)受光照射 (右側(cè) )，兩側(cè)表面勢壘高度 (Vs)的變化。 亞帶隙躍遷情況 電子由表面態(tài)已占軌道躍遷至導帶。 價帶電子填入 表面態(tài)未占軌道。 表面光伏檢測方法 表面光電 壓譜 (SPS) 激光表面 光伏檢測 表面光電 微區(qū)掃描 靜 態(tài) 動 態(tài) ； 2. 單色儀； 3. 斬波器； 4. 透鏡； 5. 樣品池； 6. 外電場 7. 鎖相放大器； 8. 電源； 9. 計算機； 1. 穩(wěn)態(tài)表面光電壓譜 2. 動態(tài)表面光電壓譜 (Kelvin探針 ) 3. 瞬態(tài)表面光伏法 YAG激光器 倍頻晶體 可調(diào)諧染 料激光器 光電壓池 取樣積分器 記錄儀 時間分辨表面光伏測量裝置 4. 納米微區(qū)表面光伏掃描 h? 吸 收 光 譜 熒 光 光 譜 光 聲 光 譜 輻 射 躍 遷 無 輻 射 躍 遷 ? 10 7 s ? 10 5 s 表 面 光 電 壓 譜 磷 光 基 態(tài) 激 發(fā) 態(tài) 表面光伏與其它光物理過程的關(guān)系 影響表面光伏的因素 1．樣品吸收特性 (消光系數(shù)、躍遷屬性等 ) 2．樣品內(nèi)阻 3．樣品粒徑 4．調(diào)制頻率 5．環(huán)境因素 6．外場 7．電極 8．相位 ? 樣品內(nèi)阻對表 面光伏的影響 隨內(nèi)阻增大，表面光電壓增加 ? 樣品 粒徑 對表 面光伏的影響 樣品粒徑越小，光伏響應越小。 二氧化鈦納晶半導體作為染料敏化太陽能電池的優(yōu)勢何在？ 300 400 500 600 7000100200300400500fedcbaa: 10 minb: 20 minc: 30 mind: 40 mine: 60 minf: bulk (CdS)Photovoltage(?V)Wav eleng th(nm)不同電沉積時間得到的 CdS薄膜的表面光伏 響應，沉積電位－ (V vs. SCE), 70 oC 隨沉積薄膜厚度增加，表面光伏增加。 300 350 400 450 500 550 6000 .00 .20 .40 .60 .81 .01 .21 .41 .6 Ti O 2 ( 0 0 1 ) Ti O 2 ( 1 1 0 ) Ti O 2 ( 1 1 1 )Absorption .W av el en g t h / nm二氧化鈦單晶吸收與表面光電壓的關(guān)系 300 320 340 360 380 400 420 4404 02 0020406080100120140160180200355nm390nm341nm380nm315nm 00 1 11 0 11 1Photovoltage / ? V W av el ength / nm含有表面態(tài)的半導體表面，在一定波長的光照下，由于電子在表面態(tài)與半導體間的電子轉(zhuǎn)移，勢必引起半導體表面勢壘的變化。當hν =EcsEt時，電子由表面態(tài)已占軌道躍遷至導帶，使表面勢壘 Vs降低 δ Vs(圖 （ a）），而當 hν =EtEvs時，價帶電子則填入表面態(tài)的未占軌道，引起 表面勢壘 Vs的升高（圖（ b））。 粉末電導法 ?粉末電導研究表面態(tài)的方法是基于測量半導體粉末壓片樣品的電導率隨溫度的變化關(guān)系，或者說是測量表面態(tài)的熱激發(fā)對半導體電導率的影響，以獲得有關(guān)表面勢壘及導致它們形成表面態(tài)的信息。 電子越過顆粒接觸處表面勢壘的速率（即電導）正比于表面導帶的電子密度 ns，而 ns為表面費米能級 EF的函數(shù)。表面費米能級 EF又受表面態(tài)控制。因此，在熱平衡條件下，樣品的電導可直接與表面態(tài)能級的位置相關(guān)聯(lián)。 壓片成型的半導體粉末樣品 四探針法測量半導體電阻率的原理如圖所示：將四個剛性金屬探針 P1— P4（電極）直線等距離排列在樣品表面并與樣品保持垂直接觸，其相鄰探針間距離為 S。當在 P1， P4兩端施加一定的直流電壓時，則電流表 A示出通過回路的電流 I，電壓表 V示出 P2， P3兩點的電位降 V。 要求樣品的長度與截面之比 L/S 2，電壓、電流范圍在 I=106 ～ 104A， V= ～ ，測量結(jié)果較為準確。 TiO2表面上分別擔載 Bi2O3， MoO3及兩種混合組分（鉬酸鉍）的催化劑表面的研究結(jié)果?？梢钥闯?，三種催化劑在 TiO2表面具有顯著不同的表態(tài)能級位置。 σ=σ0 exp[(EcsEt)/kT]
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