如何用电化学工作站测半导体特性

我们实验室是这么做的：采用三电极体系，其中以涂在导电基底（如ITO）的半导体材料为工作电极，对电极为高纯石墨或Pt，参比要根据你溶液体系来定（这些和5楼的一样:hand:），电解液组成要根据你材料的特性和研究目的选择，建议你可以多看看你所研究材料及相关测试所用电解液的参考文献，尽量拿参考文献最常用的；采用恒电势极化测试技术来测量i-t曲线，测量时间需要根据你研究目的来定，如你仅仅看看光电流大小，那么时间可以设置短点，如果是研究光电流稳定性测试时间就要选长点（但测量时间长，有些电化学工作站测量取点就比较稀，如273）。测量时，给工作电极加上给定电极电势（有些体系也可不加），待电流稳定后，给工作电极照射按一定周期通、断的光，我们是做了个自动装置，也可以手动通、断光。为了避免长时间测量时红外加热测试系统，有时会在光和测量系统之间加个水柱。

还有一些细节，比如光通断周期和电极电势选择等什么的，你可能得自己先做个探索实验或查查文献了

UT（德州大学，University of Texas）研究人员开发出一种半导体测量新技术，这项技术的灵敏度比以往测量技术提升了10万倍。

UT电气与计算机工程专业的研究生Sukrith Dev与UT中红外光学研究小组的电气与计算机工程副教授Daniel Wasserman共同完成了该研究。

比起现有技术，该项新测量技术的优势在于小尺寸表征材料的能力得到显著增强，这将加速二维、微尺寸和纳米尺寸材料的发现和研究。特别是在电子和光学器件尺寸不断缩小的大趋势下，实现精确测量小尺寸半导体材料特性将有助于工程师确定材料的应用范围。

Dev认为：“新技术可以提升大家对红外传感器技术的认识，并为夜视、自由空间通信开辟出有前景的新方向！本质上，我们的新技术可以更灵敏地获取一种叫做载流子寿命（carrier lifetime）的材料特性，这将有助于确定材料质量并确定其潜在应用。”

光电材料中电子保持“光激发”状态或产生电信号的时间长短，是该材料在光电检测应用中潜在质量的可靠指标。目前用于测量光激发电子载流子动力学或寿命的方法，成本高、复杂且精度有限。

Dev进一步解释道：“当某些半导体材料受到光照时，电子会被激发并暂时自由。载流子寿命是指这些自由电子在重新结合到各自位置之前保持激发的时间。载流子寿命是重要的材料参数，它是体现材料整体光学质量的重要指标，同时它也决定了某种材料用于光电探测器的应用范围。例如，如果想提升通信能力，就需要载流子寿命相当短的材料。如果想要如热成像等灵敏度非常高的器件，那就需要载流子寿命很长的材料。”

Dev和Wasserman的策略较为独特，他们使用光信号来调制微波信号，这与传统测试方法正相反。

Dev说：“传统测试方法的问题在于，必须收集光且其辐射能力真的很差。但由于我们将微波限制在很小的脉冲容量内，因此我们的技术可以使它更加灵敏。”

Dev认为：“有了这项技术，未来可以开发出更灵敏的红外传感器。同时，这项技术可能有助于自由空间通信或带宽的提升，并为电磁学和固体物理学的研究开辟新领域。”

UT电气工程专业大二学生Mihir Shah表达了他对半导体和固态物理领域的热情。Shah说：“我认为，如今 探索 用于计算的新领域比以往任何时候都更加重要。我很愿意在光子集成电路领域做些研究，以便看到在如今电子生态系统中有更多光子系统的应用。”

UT电气工程专业大二学生Jaime Tan Leon则认为，电子领域的研究将越来越重要。Tan Leon说：“电气工程师在解决问题中发挥着关键作用。对工程师来说，现在研究提升灵敏度和质量的新想法对未来非常重要。”

半导体材料的特性：

半导体材料是室温下导电性介于导电材料和绝缘材料之间的一类功能材料。靠电子和空穴两种载流子实现导电，室温时电阻率一般在10-5～107欧·米之间。通常电阻率随温度升高而增大；若掺入活性杂质或用光、射线辐照，可使其电阻率有几个数量级的变化。

此外，半导体材料的导电性对外界条件（如热、光、电、磁等因素）的变化非常敏感，据此可以制造各种敏感元件，用于信息转换。

半导体材料的特性参数有禁带宽度、电阻率、载流子迁移率、非平衡载流子寿命和位错密度。禁带宽度由半导体的电子态、原子组态决定，反映组成这种材料的原子中价电子从束缚状态激发到自由状态所需的能量。电阻率、载流子迁移率反映材料的导电能力。

非平衡载流子寿命反映半导体材料在外界作用（如光或电场）下内部载流子由非平衡状态向平衡状态过渡的弛豫特性。位错是晶体中最常见的一类缺陷。位错密度用来衡量半导体单晶材料晶格完整性的程度，对于非晶态半导体材料，则没有这一参数。

半导体材料的特性参数不仅能反映半导体材料与其他非半导体材料之间的差别，更重要的是能反映各种半导体材料之间甚至同一种材料在不同情况下，其特性的量值差别。

扩展资料：

材料工艺

半导体材料特性参数的大小与存在于材料中的杂质原子和晶体缺陷有很大关系。例如电阻率因杂质原子的类型和数量的不同而可能作大范围的变化，而载流子迁移率和非平衡载流子寿命

一般随杂质原子和晶体缺陷的增加而减小。另一方面，半导体材料的各种半导体性质又离不开各种杂质原子的作用。而对于晶体缺陷，除了在一般情况下要尽可能减少和消除外，有的情况下也希望控制在一定的水平，甚至当已经存在缺陷时可以经过适当的处理而加以利用。

为了要达到对半导体材料的杂质原子和晶体缺陷这种既要限制又要利用的目的，需要发展一套制备合乎要求的半导体材料的方法，即所谓半导体材料工艺。这些工艺大致可概括为提纯、单晶制备和杂质与缺陷控制。

半导体材料的提纯“主要是除去材料中的杂质。提纯方法可分化学法和物理法。化学提纯是把材料制成某种中间化合物以便系统地除去某些杂质，最后再把材料（元素）从某种容易分解的化合物中分离出来。物理提纯常用的是区域熔炼技术，即将半导体材料铸成锭条，从锭条的一端开始形成一定长度的熔化区域。

利用杂质在凝固过程中的分凝现象，当此熔区从一端至另一端重复移动多次后，杂质富集于锭条的两端。去掉两端的材料，剩下的即为具有较高纯度的材料（见区熔法晶体生长）。此外还有真空蒸发、真空蒸馏等物理方法。锗、硅是能够得到的纯度最高的半导体材料，其主要杂质原子所占比例可以小于百亿分之一。

参考资料：百度百科—半导体材料

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