稳态表面光电压测试系统

系统简介：

    表面光电压测试系统主要用于半导体粉末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，主要应用于测量光电功能材料的表面光伏、表面光电流、估算光电转换效率、研究光催化机理、光解水制氢、太阳能电池、光电气敏传感器等。

表面光电压谱与普通的通透射光谱不同,它是作用光谱,是利用调制光激发而产生光伏信号。因此所检测的信号包括两方面信息：一个是常见的光电压强度谱,它正比于样品的吸收光谱;另一个是相位角谱。 SPV信号的实质是对样品施加在强度上正弦调制的光脉冲,将会导致一个相同频率调制的,而且是正弦波的表面电势的变化。影响表面电势值的是少数载流子平均扩散距离内的光生电子或空穴,即Vspv在比少数载流子平均寿命更长的时间后才出现极值。因此,在人射光脉冲和 Vspv.的极值之间有一个时间延迟，也即相位差。

系统特点：

1.    模组化设计，紧扣用户需求，经济灵活，适用面广，升级、改造、维护均很方便；

2.    可选大功率卤钨灯或大功率氙灯光源，也可使用用户已有或指定的光源；

3.    独特的分光系统，保证良好的波长准确度和重复性，消除多级谱的影响，杂散光小；

4.    具有弱信号处理能力，可有效提高信噪比，保证测量精度；

5.    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

6.    自主研发高性能弱信号处理器，可配置进口直流信号隔离前置放大器，有效隔离偏光照射样品产生的直流分量，并可进行所有控制信号的自动切换。   

7.    配套完整的全自动化专用系统软件

测试项目：

表面光电压SPV、表面光电流SPC、相位角。

  测试样品：粉末状材料（主要代表有TiO2、ZnO、CdS、GaAs、CdTe、CdSe等）

技术背景：

      表面光电压是固体表面的光生伏特xiao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xiao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jia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yi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zui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。系统特点如下：

技术参数：

光电压谱测量：zui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

光电流谱测量: zui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

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

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

光源配置： 氙灯光源（200/300-1100nm，标配）；卤素灯光源（400-1600nm，选配）；氘灯光源（190-400nm，选配）

标配配件： 光学平台、机箱机柜、工业电脑、标准屏蔽插排等

测试系统暗箱内部：

    测试系统样品室采用暗箱避光设计结构；样品室内上方为主光光源出光口，出光口角度出厂前已调整好，可准确照射在样品上；粉末状测试样品置于样品盒内进行测试，样品盒外侧有电流/电压测试切换按钮，方便切换测试功能

软件系统：

    软件可实现对样品的全自动控制测试，自动扫描、信号放大、A/D、数据采集和数据处理，图表文件自动生成与显示；支持多种格式的数据和图片备份及打印输出功能，可导出为Excel、TXT 、XLS等格式的文件和数据；支持多组数据对比功能；粗大误差的自动去除，系统误差、线性误差、周期误差、T误差的自动校验。

测量系统示意图：

1.    氙灯光源；2.单色仪；3.斩波器；4.汇聚透镜；5.反射镜；6频率调制光；7锁相放大器；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

相关组件：

	氘灯光源 氘灯光源主要用于紫外，可到真空紫外界限195nm，并且波长越短，亮度越高，在360nm以下比一般卤钨灯的辐亮度高。氘灯光源室内置长寿命氘灯灯泡，用户可自行更换。可用作独立的紫外光源，荧光光源的激发光源，或与我公司生产的单色仪、光谱仪、样品室、滤光片轮等配套使用组成各种应用系统。
	卤钨灯光源 卤钨灯光源室内置德国OSRAM原装进口灯泡及灯座，使用寿命长，用户可自行更换灯泡。光源具有色温高，光效高，光通稳定的特点，灯泡寿命终止时的光通量为开始时的95~98%，可基本保持恒定。输出光通量波动仅为0.12%~0.2%。该光源可与我公司生产的单色仪、样品室、滤光片轮等配套使用组成各种应用系统，也可单独作为照明光源使用。
	氙灯光源 氙灯光源室内置德国OSRAM原装进口高压短弧氙灯，亮度高于国产灯源数倍，寿命长，更换方便。光源室的F/#连续可调，且高压触发器置于光源室内部，避免光源室与电源之间传递高压造成安全隐患。关闭电源后，风冷系统继续工作保证光源室和电源充分冷却以延长各零组件寿命。

光栅扫描单色仪 光栅扫描单色仪，配置滤光片轮，消除二次色散设计，有效抑制杂散光；单色仪采用多光栅塔台式分光结构，可根据需求灵活配置多块光栅；集成式软件可自动控制光栅转换、滤光片更换和波长扫描，实现全自动宽光谱测试；单色仪产品可与我公司光源、探测器等产品灵活组合搭建，广泛应用于我公司各光谱测试系统。

光学斩波器 光学斩波器是一种高精密的光学设备，主要作用是将连续光调制成为有固定频率的光，同时输出调制频率；通常是与锁相放大器配合使用；光学斩波器一般由如下几个部件构成：控制单元、斩波装置、斩波片和连接线等。

具有自动获取，自动定相，自动存储，自动补偿功能

锁相放大器 锁相放大器是用来检测极微弱的AC信号（可低至nV级）的高灵敏数据采集器，即使在噪声高于信号数千倍的情况下，也可得到精确的测量；锁相放大器是使用PSD相位敏感检测器的技术，只有存在于特定参考频率的信号可被挑选出来，而其他频率的噪声则不会被检出。

主要性能如下：

1)    输入端没有跟踪带通滤波器因为它的数字信号处理设计使它本身就具有很大的动态存储。

2)    高动态存储，数字化滤波

3)    数字相位移动,相位测量的分辨率为0.01°，并且X输出与Y输出正交，分辨率为0.001°。

4)    频率合成器，内置的直接数字合成源能够产生失真极小（0.80 dBc）的参考信号。当使用外部参考信号时，合成源则根据参考信号进行相位锁定。

5)    实用特点，自动功能允许仪器对参数进行频繁、自动的调整。只需按一键就可以对增益、相位、补偿和动态存储进行快速优化。

6)    模拟输入和输出，标准的RS-232和GPIB(IEEE-488.2)接口，操作简便