研究目的
利用傅里叶变换光谱法研究低温下Pb1–xSnxTe(In)薄膜的光电导谱,重点关注通过甚高频无线电脉冲猝灭持续光电导现象,以探究带间吸收带及其温度依赖性。
研究成果
使用甚高频猝灭技术,通过傅里叶变换光谱法实现了低温下Pb1–xSnxTe(In)材料中延迟光电导谱的测量。该光电导谱呈现出对应于带间吸收的尖锐峰值,其红端边界随温度移动。带隙的温度依赖性在低温下趋于饱和,而甚高频猝灭导致谱线变窄,这可能是由于样品厚度方向上猝灭效应不均匀所致。该方法为研究Pb1–xSnxTe(In)中的杂质态和非平衡过程提供了新见解。
研究不足
该研究面临诸多限制,例如低温下非平衡过程的高惯性、低温恒温器窗口的背景热辐射掩盖信号、以及趋肤效应导致样品厚度方向上可能存在的不均匀淬灭。光谱分辨率被限制在4–32厘米⁻¹范围内,低频噪声可能掩盖太赫兹波段的光电导。该方法需要特定的甚高频脉冲参数才能实现有效淬灭。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用傅里叶变换光谱仪测量低温下Pb1–xSnxTe(In)薄膜的光电导谱。通过甚高频(VHF)无线电脉冲(100-200 MHz)猝灭延迟光电导的技术实现光谱测量。光谱仪以步进扫描模式运行,将光响应数字化与猝灭脉冲同步。
2:样品选择与数据来源:
在BaF2衬底上采用热壁外延法沉积x=0.25和0.5 mol.% InTe的Pb1–xSnxTe(In)薄膜。薄膜厚度50 μm,样品尺寸2×3 mm。测试了包括暗态和光照条件下的电阻测量等电学特性。
3:25和5 mol.% InTe的Pb1–xSnxTe(In)薄膜。薄膜厚度50 μm,样品尺寸2×3 mm。测试了包括暗态和光照条件下的电阻测量等电学特性。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括布鲁克Vertex 70v傅里叶光谱仪、牛津仪器OptistatCF流动恒温器、硅碳棒辐射源、聚酯薄膜多层分束器、聚丙烯和聚酯恒温器窗口、黑色聚乙烯冷滤光片、用于电阻测量的吉时利2400源表、温度测定的热电偶以及铟电极接触。材料包含Pb1–xSnxTe(In)薄膜、BaF2衬底和铟接触材料。
4:实验流程与操作步骤:
样品置于光谱仪内的恒温器中。高温测量(T>24 K)直接获取光电导谱;低温延迟光电导测量(T<24 K)施加VHF脉冲(2 V幅值,90 μs脉宽,10 Hz重复频率)猝灭光电导。固定反射镜位置记录光响应动力学曲线,通过干涉图傅里叶变换获得光谱。温度范围5-40 K。
5:数据分析方法:
分析光电导谱识别带间吸收带及其红端截止边界。将带隙温度依赖性与经验公式对比,从材料特性和猝灭效应角度解释光谱特征。
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Fourier spectrometer
Vertex 70v
Bruker
Used to measure photoconductivity spectra by Fourier-transform spectroscopy in step-by-step scanning mode.
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Cryostat
OptistatCF
Oxford Instruments
Used to maintain low temperatures (5-40 K) for the samples during spectral measurements.
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Source multimeter
2400
Keithley
Used for four-probe resistance measurements of the samples.
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Beam splitter
Mylar Multilayer
Used in the Fourier spectrometer to split the radiation beam for interferometry.
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Cold filter
Black polyethylene
Used to filter radiation in the cryostat to reduce background interference.
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Thermocouple
Used to determine the temperature of the samples.
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Globar
Used as a broadband radiation source for the Fourier spectrometer.
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