光電流成像系統(tǒng)助力納米光電子器件研究

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(fù)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(yīng)的mapping圖，也可以更為準(zhǔn)確地提取材料的關(guān)鍵電學(xué)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。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(yīng)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(dǎo)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(xué)斬波器，會極大地增加整套系統(tǒng)的花費。

 
而我司代理的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)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(xué)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，并終制出部分鈍化的新型半導(dǎo)體，其理想因子幾乎為1，具有的電可逆性，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(dǎo)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(dāng)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(dāng)光僅僅輻射在單個MoS2薄片上時，光生載流子會很快復(fù)合，導(dǎo)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(dá)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(fù)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

，可同時實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)熒光成像功能
*的單振鏡掃描技術(shù)，具有優(yōu)異的掃描精度和重復(fù)性
激光掃描分辨率<0.02um,重復(fù)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

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(xué)等原位實驗定制化服務(wù)，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(dá)49%
死時間<77ns
激發(fā)光波長 266nm-1990nm
脈寬6ns，重復(fù)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(biāo)準(zhǔn)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