光電流成像系統(tǒng)助力納米光電子器件的研究

在太陽能電池/光電探測器等光電器件研究工作中，光電流是十分重要的一種性能表征的手段。而將光電流現(xiàn)象可視化的顯示出來，可以幫助研究材料本身微觀結(jié)構(gòu)與光電流的相互關(guān)系，為理解材料中電荷傳輸與復合的過程提供有價值的信息。材料位置與光電流大小一一對應的mapping圖，也可以更為準確地提取材料的關(guān)鍵電學特性參數(shù)，例如載流子擴散長度，耗盡層寬度等等。可以更好地揭示器件內(nèi)部的工作機制，為器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能優(yōu)化提供了方向性的指引。

最近幾年，光電流成像系統(tǒng)在各類納米光電子器件研究中應用頗多。尤其是在過渡金屬硫化物TMDS以及黑鱗BP等二維材料領(lǐng)域日趨火熱，這類新型二維材料的性能以及器件工作機制上和傳統(tǒng)半導體區(qū)別極大，借助光電流成像系統(tǒng)則成為了一種研究內(nèi)在機理的重要手段。目前研究所常用的光電流成像系統(tǒng)，為了提高靈敏度和信噪比，往往需要使用鎖相放大器和光學斬波器，會極大地增加整套系統(tǒng)的花費。

而我司獨家代理的Nanobase的光電流成像系統(tǒng)，在顯微共聚焦拉曼的基礎(chǔ)上，可以方便的擴展微區(qū)光電成像功能，具有較高分辨率（光斑尺寸~2.3um），較大的掃描范圍（200um*200um），振鏡掃描的光點控制方式，可以實現(xiàn)絕對同一點的拉曼/光電流/熒光/熒光壽命測量，為研究團隊提供強有力的實驗數(shù)據(jù)。

韓國成均館大學的 Si Young Lee教授在他的研究Large Work Function Modulation of Monolayer MoS2 by Ambient Gases中使用這套系統(tǒng)，研究了MoS2器件在不同環(huán)境氣體下的工作效率，并最終制出部分鈍化的新型半導體，其理想因子幾乎為1，具有完美的電可逆性，并且通過光電流成像系統(tǒng)測得耗盡層寬度為~200nm，比體半導體窄了極多。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS NANO雜志上（ACS Nano 2016，10，6，6100-6107）

西班牙IMDEA-nanocientia的Andres Castellanos-Gomez博士研究小組利用類似的光電流成像系統(tǒng)，研究了在零偏壓下基于MoS2二維材料同質(zhì)p-n結(jié)器件中光電流的分布情況。結(jié)果表明，光照下MoS2同質(zhì)p-n結(jié)中光電流的產(chǎn)生主要來源于p-n結(jié)區(qū)。具體而言，摻雜類型不同的MoS2薄片中能帶失配產(chǎn)生內(nèi)建電場，當光輻射到2片MoS2薄片的重疊區(qū)域（結(jié)區(qū)）時，光生載流子在內(nèi)建電場的作用下分離進而產(chǎn)生光電流。而當光僅僅輻射在單個MoS2薄片上時，光生載流子會很快復合，導致無光電流產(chǎn)生。特別是，作者通過光電流成像發(fā)現(xiàn)有效結(jié)區(qū)面積是直接測量得到的納米薄片重疊面積的1/2左右，因此器件光電轉(zhuǎn)換效率實際被低估了一倍左右。通過光電流成像的校正，器件的實際光電轉(zhuǎn)換效率達到1%。相關(guān)研究成果發(fā)表在Small Methods雜志上（DOI:10.1002/smtd.201700119）上。

光電流成像系統(tǒng)，為研究納米光電子器件中光生載流子的傳輸、分離與復合過程，以及進一步優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)、提高器件光電轉(zhuǎn)換效率提供了極大的幫助。

產(chǎn)品介紹：

1.XperRam C series

超高性價比，可同時實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)熒光成像功能

獨特的單振鏡掃描技術(shù)，具有優(yōu)異的掃描精度和重復性

激光掃描分辨率《0.02um，重復性小于0.1um

體相全息光柵

透過率》90%，比反射式光柵告30%，信號傳輸效率更高

掃描速度快，掃描范圍大

200um*200um范圍高速成像

2.XperRam S series

優(yōu)秀的分辨率，可同時實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)熒光成像功能

光譜儀焦長200mm

像素尺寸16um/pixel

極限分辨率FWHM 2.5cm-1

可擴展光電流成像/tcspc熒光壽命成像/電感耦合等離子體發(fā)射光譜模塊

電化學等原位實驗定制化服務

激發(fā)光光纖接口

3.熒光壽命成像模塊

測量范圍100ps-10us

時間分辨率《50ps

探測效率高達49%

死時間《77ns

激發(fā)光波長 266nm-1990nm

脈寬6ns

重復頻率31.15KHZ-80MHZ

4.光電流成像模塊

探針臺位移精度1um（X/Y），10um（Z）

探針臺移動范圍 13mm（X/Y）.20mm（Z）

探針溢泄電流 10fA

標準選配源表 Keithley 2400， 其他源表可做適配

5.電感耦合等離子體發(fā)射光譜模塊

6.激發(fā)光及信號光偏振控制模塊

7.低波數(shù)拉曼模塊

審核編輯：符乾江