[发明专利]一种增强空间分辨的表面光电压光谱的检测方法

说明书

本发明公开了一种增强空间分辨的表面光电压信号的检测方法。所述方法包括以下步骤：样品预处理，启动开尔文力显微镜和锁相放大器；安装好镀有特定金属(金、银、铜等具有等离子共振效应的金属)的导电探针；固定样品，调节扫描参数；开启斩波器，记录样品增强空间分辨的光电压信号；本发明所公开的测试方法利用镀有特定金属的扫描探针具有局域表面等离子体共振效应，可以增强针尖下方样品区域的光场强度，对表面光电压信号增强具有显著作用。增强的表面光电压信号稳定且重复性好，为检测较弱的表面光电压信号提供一种思路。

技术领域

本发明涉及一种增强空间分辨的表面光电压光谱的检测方法及其应用，属于半导体技术领域。

背景技术

光电性质是反映材料光电转换性能的重要信息，为有效提升光电转换效率，理解光电材料的光生电荷的产生、转移和分离过程显得尤为重要。表面光电压谱是一种主要用于分析半导体材料表界面的光生电荷跃迁和转移过程的技术及方法。该技术具有无需样品标记，响应速度快，灵敏度高且样品无损等优点，是确定半导体材料光电响应情况、导电类型、能带弯曲、半导体带隙、掺杂能级和表面电荷分布的重要手段。然而，为了提升太阳能转化利用效率，光电转化纳米结构通常含有多种组分，化学成分在空间上表现出高度不均匀性，这使样品特定区域的光电特性的分析很困难。对特定组分在光电转化过程中的光电压信号的分析是很难实现的，因为分析物的光电压信号很容易受周围其他组分的影响或者屏蔽。空间分辨的表面光电压光谱是一种简单方便、无损伤、可探测样品微纳米区域光电压信号的表征手段。由于这种方法具有较高的空间分辨能力，使得它被广泛用来测量人工光合成的多组分体系在特定区域的光电压信号。

然而，人们发现高效的光电转化材料一般是纳米颗粒，尺寸通常很小。且这些小颗粒由于有效的表面空间电荷层宽度，光生电荷的分离能力有限，使得光激发产生的光电压信号很小，这对样品单颗粒上测量光电压信号带来了挑战。普通导电探针无法满足纳米颗粒表面微弱信号的测量，亟需一种可以增强表面光电压的测试方法，以获得纳米材料表面光生电荷迁移和分离一些信息。

发明内容

(一)要解决的技术问题

目前测量空间分辨的表面光电压的方法中，缺乏有效的表征手段用于研究微弱光电压信号的产生过程，一些微小的光电压信号常常被忽略。针对上述技术问题，本发明提供一种增强空间分辨的表面光电压的测量方法，提高光电压信号的灵敏度，增强效果明显且信号稳定。

(二)技术方案

本发明提供了一种增强空间分辨的表面光电压的测量方法，该方法利用镀有特定金属(金、银、铜和铝金属)镀层的扫描探针来测量样品空间分辨的表面光电压谱。该方法具有操作简单、信号稳定、重复性好等优点。

本发明通过以下技术方案实现：

(1)待测导电样品预先进行清洁处理，干燥后备用；打开激发光源，校准入射光路；

(2)启动开尔文力显微镜，将镀有特定金属(金、银、铜等具有等离子共振效应的金属)的导电探针安装到开尔文力显微镜，调整激光位置并调制探针振动频率；开启锁相放大器并调节斩波频率；

(3)将待测样品固定到样品托上，然后将镀有特定金属的探针靠近测量样品，调节扫描参数，记录样品表面形貌和表面电势值；

(4)选取样品表面某一特定位置，调节入射波长来激发样品和探针金属表面等离子体共振，开启斩波器，测量在斩波光下电势值，并将此值输出到锁相放大器，锁相放大器根据斩波频率来提取样品的表面光电压信号；

(5)通过软件读取样品在空间某位置的表面光电压的大小和相位值。