urnal of Physical Chemistry C.2007，111, 13280-13287)。測量模型如圖3所示:將硫化鎘納米線置于ITO底電極上，用20 μπι云母片覆蓋，然后蓋上ITO上電極，放入光電壓樣品池(全鋼樣品池)，上電極通過樣品池內(nèi)導線連接鎖相放大器輸入端，下電極通過樣品池內(nèi)導線外接地，樣品池為全鋼結構，能夠有效地屏蔽外界噪音信號。
[0038](2)不施加非調(diào)制光表面光電壓譜測試結果如圖4所示，調(diào)制光掃描波長為800?300nm，調(diào)制頻率為23Hz，調(diào)制光從上電極方向照射樣品。不施加非調(diào)制光的CdS表面光電壓譜存在兩個響應區(qū)，分別是600?500nm的表面態(tài)響應區(qū)(負信號說明是給體表面態(tài))，和500?300nm的帶帶躍迀響應區(qū)(此時也同樣包含一個光生電子被表面態(tài)捕獲過程)。在此基礎上，施加532nm的非調(diào)制光(5mW/cm2激光筆，Iaserlands公司)，持續(xù)從上電極方向照射樣品，調(diào)制光掃描波長為800?300nm，得到的雙光體系下基于調(diào)制波長的表面光電壓譜測量結果如圖5所示?？梢杂^察到，施加非調(diào)制光之后，表面態(tài)響應區(qū)消失，帶帶躍迀響應區(qū)信號增強，這是由于532nm的非調(diào)制光持續(xù)激發(fā)CdS價帶電子，使CdS的表面態(tài)保持布居狀態(tài)，所以表面態(tài)捕獲電子這部分信號被屏蔽。這就是說在施加了非調(diào)制光之后，我們可以單獨研宄CdS的帶帶躍迀下的光生電荷行為。
[0039](3)不施加非調(diào)制光表面光電壓譜測試條件下，調(diào)制光波長固定為455nm，改變調(diào)制頻率11?1111Hz，得到基于調(diào)制頻率的表面光電壓譜如圖6所示。由步驟(2)可知，此時光電壓信號由兩種電荷迀移過程組成，即帶帶躍迀過程和表面態(tài)捕獲光生電子過程。在此基礎上，532nm的非調(diào)制光持續(xù)從上電極方向照射樣品，調(diào)制光波長固定為455nm，改變調(diào)制頻率10?1100Hz，得到基于調(diào)制頻率的雙光體系表面光電壓譜，如圖7所示。此時由于添加了 532nm非調(diào)制光，所以信號為單獨帶帶躍迀響應。對比兩圖可知，在低頻區(qū)，信號強度差異很大，在高頻區(qū)，信號強度越來越接近。這說明帶帶躍迀過程產(chǎn)生的光生電荷壽命較短，而被表面態(tài)捕獲的電荷壽命較長，所以在高頻區(qū)被表面態(tài)捕獲電荷這部分信號被屏蔽，造成了高頻區(qū)的信號強度逐步統(tǒng)一。
[0040]由以上結果可知，按照實施例1的方法進行的光電壓掃描結果與常規(guī)測量方法相互對比，可以有效地給出樣品的表面態(tài)信息，CdS納米線的表面態(tài)為給體表面態(tài)，并且光生電荷壽命要長于體相電荷壽命。
[0041]實施例2
[0042](I)T12-T1-ZnFe2O4三元復合體系表面光電壓測試。樣品制備過程為:通過電化學陽極氧化法用Ti箔制備雙面T12納米管，然后一面拋光露出Ti基底，繼續(xù)用掛涂法，負載一層 ZnFe2O4 (合成方法參見 Surface photovoltage phase spectra for analysingthe photogenerated charge transfer and photocatalytic activity of ZnFe2O4 -Ti02nanotube arrays,Physical Chemistry Chemical Physics.2013，15，14262-14269，不同的是ZnFe2O4負載在拋光的Ti基底一側(cè))。
[0043](2)雙光體系T12-T1-ZnFe2O4三元結構T1 2—側(cè)表面光電壓測量模型如圖8所示，T12-T1-ZnFe2O4樣品置于ITO底電極上，用20 μ m云母片覆蓋，然后蓋上ITO上電極，放入光電壓樣品池，上電極通過樣品池內(nèi)導線連接鎖相放大器，下電極通過樣品池內(nèi)導線外接地，樣品池為全鋼結構，有效屏蔽外界噪音信號。
[0044](3)不施加非調(diào)制光表面光電壓譜測試條件下，調(diào)制光照射樣品T12—側(cè)，掃描波長為500?300nm，表面光電壓譜測量結果如圖9所示。532nm的非調(diào)制光(5mW/cm2激光筆，Iaserlands公司)持續(xù)照射樣品ZnFe2O4—側(cè)，調(diào)制光從上電極方向照射樣品T1 2—偵牝掃描波長為500?300nm，表面光電壓譜測量結果如圖10所示。兩圖對比可知，ZnFe2O4被532nm的非調(diào)制光持續(xù)激發(fā)時與未施加非調(diào)制光相比，T12—側(cè)光電壓信號有所增強，說明T12的光生電子在Ti基底上與ZnFe 204的光生空穴發(fā)生了復合，使更多的光生空穴留在T12—側(cè)，所以得到了更強的光電壓信號。
[0045](4)雙光體系T12-T1-ZnFe2O4三元結構ZnFe 204—側(cè)表面光電壓測量模型如圖11所示，T12-T1-ZnFe2O4樣品置于ITO底電極上，用20 μ m云母片覆蓋，然后蓋上ITO上電極，放入光電壓樣品池，上電極通過樣品池內(nèi)導線連接鎖相放大器，下電極通過樣品池內(nèi)導線外接地，樣品池為全鋼結構，有效屏蔽外界噪音信號。
[0046](5)不施加非調(diào)制光表面光電壓譜測試條件下，調(diào)制光照射樣品ZnFe2O4—側(cè)，掃描波長為600?300nm，表面光電壓譜測量結果如圖12所示。405nm的非調(diào)制光(5mW/cm2激光筆，Iaserlands公司)持續(xù)照射樣品T12—側(cè)，調(diào)制光照射樣品ZnFe 204—側(cè)，掃描波長為600?300nm，表面光電壓譜測量結果如圖13所示。兩圖對比可知，1102被405nm的非調(diào)制光持續(xù)激發(fā)時與未施加非調(diào)制光相比，ZnFe204 一側(cè)光電壓信號有所減弱，甚至在600?420nm范圍內(nèi)變成了一個負信號，說明ZnFe2O4的光生空穴在Ti基底上與T1 2的光生電子發(fā)生了復合，使更多的光生電子留在ZnFe2O4—側(cè)，所以得到了弱的光電壓正信號，甚至一個負的光電壓信號。
[0047]由以上結果可知，按照實施例2的方法進行的光電壓掃描結果與常規(guī)測量方法相比可以有效地證明Z-型半導體光生電荷傳輸?shù)倪^程，半導體1102和ZnFe 204光生電荷可以在金屬Ti中發(fā)生復合過程，使光生電荷在空間上發(fā)生分離。
【主權項】
1.一種調(diào)制光與非調(diào)制光相結合的表面光電壓測量方法，其步驟如下: (1)將待測樣品置于ITO導電玻璃底電極上，用10?40μπι厚的云母片覆蓋待測樣品，再在云母片上覆蓋上電極；在光電壓樣品池內(nèi)，ITO導電玻璃底電極通過樣品池導線連出接地，上電極通過樣品池導線連出接鎖相放大器的信號輸入端，鎖相放大器的信號輸出端連接計算機； (2)打開光源，使調(diào)制光與非調(diào)制光同時照射到待測樣品上，待測樣品底電極和上電極間產(chǎn)生的光電壓信號經(jīng)鎖相放大器放大后，輸入計算機，由計算機記錄待測樣品的光電壓信號強度值，進而實現(xiàn)對待測樣品表面光電壓的測量； 其中，激光器或LED發(fā)出的波長300?lOOOnm、光強0.lmW/cm2?100mW/cm2的單色光作為非調(diào)制光；氙燈通過單色儀后分散出來的波長1000?200nm的單色光再通過斬波器后獲得的頻率為10?2000Hz的光作為調(diào)制光；具體測量時非調(diào)制光的波長和調(diào)制光的具體掃描范圍根據(jù)待量樣品的帶隙確定，光子能量必須可以激發(fā)半導體產(chǎn)生光生電子空穴對。
2.如權利要求1所述的一種調(diào)制光與非調(diào)制光相結合的表面光電壓測量方法，其特征在于:待測樣品是有機、無機或有機無機復合半導體光電材料。
3.如權利要求2所述的一種調(diào)制光與非調(diào)制光相結合的表面光電壓測量方法，其特征在于:有機半導體光電材料為雜多酸、撲啉、酞菁或茈類化合物；無機半導體光電材料為二氧化鈦、氧化鋅、硫化鎘、鈦酸鍶或三氧化二鐵；有機無機復合半導體為二氧化鈦硫化鎘復合材料或二氧化鈦卟啉復合材料。
4.如權利要求1所述的一種調(diào)制光與非調(diào)制光相結合的表面光電壓測量方法，其特征在于:待測樣品是粉末、單晶或薄膜。
5.如權利要求1所述的一種調(diào)制光與非調(diào)制光相結合的表面光電壓測量方法，其特征在于:上電極是ITO或Pt金屬網(wǎng)。
6.如權利要求1所述的一種調(diào)制光與非調(diào)制光相結合的表面光電壓測量方法，其特征在于:調(diào)制光從上電極照射待測樣品的正面，非調(diào)制光從上電極照射待測樣品的正面或從底電極照射待測樣品的背面。
【專利摘要】一種調(diào)制光與非調(diào)制光相結合的表面光電壓測量方法，屬于半導體光電壓測量的技術領域。是將待測樣品置于ITO導電玻璃底電極上，用10～40μm厚的云母片覆蓋待測樣品，再在云母片上覆蓋上電極；打開光源，使調(diào)制光與非調(diào)制光同時照射到待測樣品上，待測樣品底電極和上電極間產(chǎn)生的光電壓信號經(jīng)鎖相放大器放大后，輸入計算機，由計算機記錄待測樣品的光電壓信號強度值，進而實現(xiàn)對待測樣品表面光電壓的測量。利用本發(fā)明檢測結果，可以直接討論半導體表面態(tài)對光生電荷的捕獲作用，體相光生電荷的動力學遷移過程，以及全固態(tài)Z型半導體復合體系的光生電荷遷移行為。
【IPC分類】G01N21-17
【公開號】CN104819938
【申請?zhí)枴緾N201510262078
【發(fā)明人】謝騰峰, 李碩, 王德軍, 林艷紅
【申請人】吉林大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月20日