【今日干货】材料表面技术研究手段-表面光电压：发展、原理及在应用领域

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原理

表面光电压法(surface photovoltage method)，简称SPV法或表面光电压谱（Surface Photovoltaic Spectroscopy，简称SPS），是通过测量由于光照在半导体材料表面产生的表面电压来获得少数载流子扩散长度的方法，即用能量大于半导体材料禁带宽度的单色光照射在半导体材料表面，在其内部产生电子-空穴对，受浓度梯度驱动扩散至半导体材料近表面空间电荷区的电子和空穴将被自建电场分离，形成光生电压，即表面光电压。

注释：其中SPV包含稳态和动态（Kelvin探针表面光伏技术：即SPV技术与AFM技术连用）手段。

发展

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SPV或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。

特点

SPV法是表征半导体材料少子扩散长度的主要方法，其优点有:

①是一种稳态方法，与时间无关，从而避免了体内和表面复合对测试结果的影响；

②一般情况下，表面复合过程不影响少子扩散长度的测试结果，表面复合速率只对表面光电压信号强度产生影响，因而无须特殊处理材料的表面；

③是一种无接触的测试方法，其测试成本低、易于操作、不容易受到干扰，而且可以实施面扫描(mapping)。

仪器参数


应用邻域

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。

参考文献

黄伯云．材料大辞典（第二版）：化学工业出版社，2016.9.

www.yiqi.com

王华英,朱海丰,何杰,李丽宏.半导体光电特性的表面光电压谱表征[J].河北建筑科技学院学报,2004(02):90-93.

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