CN110412012A - 用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法及系统。所述原位实时表征方法包括：以激光光源对光电探测器进行辐照和拉曼光谱扫描，以使所述光电探测器处于工作状态，采集拉曼光谱，并对获得的拉曼光谱进行分析处理，实现原位实时监测光电探测器的界面结构及载流子注入或提取的演变过程。所述系统包括：激光光源，用以对光电探测器进行辐照；拉曼光谱采集单元，用以获得工作状态下的光电探测器内部半导体材料的表面及界面结构及组成的演变信息；检测单元；分析处理单元。本发明利用拉曼技术及拉曼显微成像技术，原位探测器件的微观界面及其缺陷、势垒分布，揭示影响器件敏感性的内在原因，从而从微观角度精细调控器件的性能。

Description

用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法及系统
技术领域
本发明涉及一种用于光电探测器件表面及界面的原位表征方法及系统，具体设计一种利用拉曼光谱仪及拉曼显微成像系统实时原位监测紫外光探测器内部半导体材料涉及的表面及界面结构及组成的方法，特别是针对工作状态下的紫外光探测器肖特基势垒分布及演变的原位探测方法及其相应的系统。
背景技术
光电探测器，也称为光电传感器，是光或其他电磁辐射的传感器。光电探测器基本上是由于光子的吸收而使电子从较低能态转变为较高能态,吸收的光子在耗尽区域中形成电子-空穴对。现今高性能的光电探测器大部分具有将光子转换成电流的p-n结或者肖特基(schottky)结，因此界面(结)的性能及结构在光电探测器中发挥着重要作用。
光电探测器在许多当前和新兴技术中发挥有着关键的应用。如生物技术、电信、医学、大气研究和物理科学的传感系统都受到基于半导体的光电探测技术的能力和局限性的影响。光电探测器是光学系统不可或缺的一部分，多年来研究们一直在不断改进其性能、成本和速度。
紫外光探测器是一种可以有效探测紫外光辐照的光电子器件，已经被广泛的应用在科研、军事、空间探索、光通信、环保卫生、工业等领域。高性能光电探测器应满足高灵敏度，高信噪比，高光谱选择性，高速度和高稳定性的5S要求。传统的检验紫外光灵敏度的方法是电化学方法，而电化学方法有一定的探测极限。研究者们普遍认为引起器件响应速度慢、暗电流大及光电流小的主要原因是器件的界面存在微观的界面缺陷，这也使得常规光电探测器的表征技术逐渐凸显出它的局限性。更重要的是，器件内部的高效光吸收以及高灵敏传感等性能都建立在纳米甚至更低的晶格尺度之上，因此实现器件微观信息的原位捕捉在光电探测器性能的提升方面显得尤为重要。
目前光电探测器的表征技术主要为I-V(电流-电压)特性曲线、I-t(电流-时间)响应曲线及光谱响应曲线。这3种表征方法可从宏观角度表征器件的光电特性，是衡量光电探测器件性能的最基本标准。然而，从微观角度表征器件表面或内部界面随着工作过程种的演变过程的技术十分匮乏，直接限制了研究者们对器件工作原理进一步探索，这也是限制光电探测器性能提升的主要瓶颈。
拉曼光谱具有原位表征、微观成像、并能够定性鉴定化学组成及晶格结构等优点，现在已经被广泛的应用在表面科学、分析化学、物理学及医学等领域。研究者们发现TiO2紫外光探测器的光响应值一般小于50A/W，因此，如何实现在弱紫外光辐照条件下，制备高效响应和较高的光暗电流比高灵敏紫外光探测器的研发，使之不依赖于高精度的电流收集设备，成为了制备紫外光探测器的一个巨大的挑战。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法及系统，从而克服了现有光电探测器表征技术的不足。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明实施例提供了一种用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法，所述光电探测器至少包括半导体材料，其包括：
提供激光光源；
以所述激光光源对光电探测器进行辐照和拉曼光谱扫描，以使所述光电探测器处于工作状态，采集拉曼光谱，并对获得的拉曼光谱进行分析处理，实现原位实时监测光电探测器的界面结构及载流子注入或提取的演变过程。
在一些较为具体的实施方案中，所述的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法包括：以所述激光光源对光电探测器进行辐照和拉曼光谱扫描，以使所述光电探测器处于工作状态，在采集拉曼光谱的同时以检测单元实时监测所述光电探测器的光电特性，对获得的拉曼光谱与光电特性测试的同步数据进行分析处理，实现原位实时监测光电探测器的光电特性、界面结构及载流子注入或提取的演变过程。
进一步地，所述原位实时表征方法还包括：对获得的拉曼光谱的特征峰进行归属确认，分析处理峰位、半峰宽、峰形状、峰面积及峰强度在光电探测器工作过程中的演变规律，从而获取界面信息与光电探测器光电性能指标之间的关系。
本发明实施例还提供了一种应用于前述方法的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征系统，其包括：
激光光源，至少用以对光电探测器进行辐照，以使所述光电探测器处于工作状态；
拉曼光谱采集单元，至少用以获得工作状态下的光电探测器内部半导体材料的表面及界面结构及组成的演变信息；
检测单元，至少用以对所述光电探测器的光电特性进行实时监测，以获得光电探测器的性能；
以及，分析处理单元，至少用以获得拉曼光谱演变信息与光电探测器性能之间的关系。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及效果：
1)本发明的光电探测器大部分为半导体光电探测器，而半导体通常具有非常好的拉曼光谱信号，有利于用拉曼技术原位研究其特性。而光电探测器的基本原理为将光能转换成电能，其过程将影响半导体的晶格振动及声子模式，有利于擅长表征半导体声子模的拉曼光谱对其演化过程进行表征；
2)本发明设计了原位实时拉曼-光电特性同步测试技术方案，即设计了单光路和双光路两种方式的拉曼-光伏性能原位探测技术，原位探测工作状态下器件内部界面调控的光生载流子传输性能，从而为高效光探测器件的制备提供可靠的实验线索和理论依据；
3)本发明利用原位拉曼技术(包括拉曼光谱及显微拉曼成像)为光电探测器件界面的势垒分布进行成像，为势垒调控的光电特性追根溯源，为高效光伏器件的制备提供新的策略；
4)本发明操作简便，适用于监测光电探测器内部界面结构与组成随着光电效应而演变的信息。本发明利用拉曼技术及拉曼显微成像技术，原位探测器件的微观界面及其缺陷、势垒分布，揭示影响器件敏感性的内在原因，指导研究者如何从微观角度精细调控器件的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一典型实施例中所制得的TiO2纳米管阵列的SEM俯视图和侧视图。
图2示出了本发明一典型实施例中所制得的Au-TiO2光电探测器的结构示意图。
图3示出了本发明一典型实施例中所制得的Au-TiO2紫外光探测器的实物照片。
图4示出了本发明一典型实施例中所制得的Au-TiO2紫外光探测器件的原位实时监测系统示意图。
图5示出了本发明一典型实施例中所制得的Au-TiO2光电探测器在325nm激光照射下的I-V(电流-电压)曲线(光暗电流)图。
图6示出了本发明一典型实施例中所制得的Au-TiO2光电探测器在532nm激光照射下的I-V(电流-电压)曲线(光暗电流)图。
图7示出了本发明一典型实施例中所制得的Au-TiO2光电探测器在325nm激光照射下的I-t(电流-时间)曲线图。
图8示出了本发明一典型实施例中所制得的Au-TiO2光电探测器在532nm激光照射下的I-t(电流-时间)曲线图。
图9示出了本发明一典型实施例中所制得的Au-TiO2紫外光电探测器在325nm激光激发下的拉曼显微成像图。
图10示出了本发明一典型实施例中所制得的Au-TiO2紫外光电探测器在532nm激光激发下的拉曼显微成像图。
图11示出了本发明一典型实施例中所制得的Au-TiO2光电探测器在Au-TiO2接触区域和无Au接触的单纯TiO2区域的拉曼光谱对比图。
具体实施方式
如前所述，鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。
本发明主要解决的技术问题在于：：如何对工作状态下的光电探测器的表面及界面进行原位表征。若想让光电探测器实现工作状态，必需引入辐照光源，该光源既要满足能使光电探测器启动工作状态，又要满足拉曼原位采集的需求。如何通过光路设计，以实现光电探测器在工作状态下光电特性与拉曼光谱的同步采集是本发明主要解决的关键问题。
本发明进一步要解决的关键技术在于拉曼原位实时探测方法，以及如何利用显微拉曼技术实现光电探测器件在工作状态下的势垒分布成像。弥补现有光电探测器表征技术仅能在宏观表征其整体性能而不能揭示微观演变过程的缺点。本发明建立的技术能在不损害光电探测器本身的性能的情况下，快速、实时、原位揭示器在工作状态下的表面及微观机界面的演化过程，从而进一步揭示工作原理，有利于为光电探测器高性能制备提供新的策略。
本发明以二氧化钛纳米管阵列作为光电探测器的光敏材料，以金叉指电极与二氧化钛形成背靠背的MSM(金属-半导体-金属)结构，借助器件含有的双肖特基结调控器件光电特性，同时利用拉曼光谱仪原位实时采集器件在光电特性测试过程中的表面/界面的二氧化钛声子模演变过程，通过对同步采集的拉曼光谱和光电特性曲线的数据进行分析，即可获得拉曼光谱和光电特性的内在联系。
故此本案发明人利用拉曼原位技术及拉曼显微成像技术，原位探测器件的微观界面缺陷及器在工作状态下界面的演变过程，揭示影响敏感性的内在原因，指导研究者如何从微观精细调控器件的紫外探测率。
作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的系一种用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法，所述光电探测器至少包括半导体材料，其包括：
提供激光光源；
以所述激光光源对光电探测器进行辐照和拉曼光谱扫描，以使所述光电探测器处于工作状态，采集拉曼光谱，并对获得的拉曼光谱进行分析处理，实现原位实时监测光电探测器的界面结构及载流子注入或提取的演变过程。
在一些实施方案中，所述的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法包括：以所述激光光源对光电探测器进行辐照和拉曼光谱扫描，以使所述光电探测器处于工作状态，在采集拉曼光谱的同时以检测单元实时监测所述光电探测器的光电特性，对获得的拉曼光谱与光电特性测试的同步数据进行分析处理，实现原位实时监测光电探测器的光电特性、界面结构及载流子注入或提取的演变过程。
在一些较为具体的实施方案中，所述的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法具体包括：
以激光光源对所述光电探测器进行辐照，并将激光聚焦在光电探测器中半导体材料的表面和/或界面以采集拉曼光谱，从而获得表面及界面的结构及组成演变信息；以及，
同时利用外接电路中配置的检测单元采集所述光电探测器的光电特性，以获得所述光电探测器工作过程中的光电性能指标，从而利用拉曼光谱与光电特性的同步数据，经分析处理获得工作状态下光电探测器表面及界面结构及组成的演变信息。
进一步地，所述光电探测器包括光导型探测器、光伏型探测器等，但不限于此。
进一步地，所述光伏型探测器包括紫外光探测器，所述紫外光探测器包括p-n结结构、p-i-n结结构、肖特基(schottky)结构及MSM(金属-半导体-金属)结构等。
进一步地，紫外光探测器由二氧化钛纳米管阵列和金叉指电极组装而成，TiO2纳米管阵列是借助TiO2溶胶将其牢固的粘贴到Au叉指电极上，再经过煅烧制备成光电性能较好的紫外光电探测器。
具体的，首先借助改变电极材料的结构及组分(如金属的成份、半导体成份或尺寸形貌以及异质结的势垒等)调控光电探测器的光响应度、光响应时间、噪声、光暗电流比等性能指标。然后对以上工作状态下的器件进行拉曼实时采集，分析处理具有不同性能指标器件的拉曼数据从而获得器件性能指标与拉曼特征峰的变化规律。最终借助性能指标与拉曼特征峰的变化规律指导工作状态下电池的拉曼光谱所指示的器件光电特性。举例说明，本案发明人通过制备具有Au-TiO2肖特基结的紫外光探测器件，获得了肖特基势垒与器件响应光谱范围的关系，即该器件由于存在肖特基势垒，其对325nm的激光响应度高，而对532nm的激光响应度低。通过采用2种激发波长切换进行实时原位监测器件的I-V曲线、I-t曲线及拉曼光谱发现，低能量的532nm激光对Au-TiO2异质界面部位以及纯TiO2部位的光电响应是有明显差异的，同时在拉曼光谱中表现为二氧化钛的E1g振动峰发生明显的位移，借助这个规律有望通过拉曼光谱对光电探测器进行界面势垒(甚至光响应性能)的微观表征。
进一步地，所述原位实时表征方法还包括：利用显微拉曼成像技术表征所述光电探测器的势垒分布情况。
进一步地，所述原位实时表征方法具体包括：以激光光源对所述光电探测器进行辐照，再将激光聚焦在器件中半导体材料的表面或界面以采集拉曼光谱，以获得表面或界面的结构及组成演变信息，同时利用外接电路中配置的检测单元采集器件的光电特性，以获得光电探测器工作过程中的光电性能指标，从而利用拉曼光谱与光电特性的同步数据，可分析处理获得工作状态下光电探测器内部界面结构及组成的演变信息。
进一步地，所述检测单元包括对光电探测器外接电路配置的数字源表、电化学工作站等，但不限于此。
进一步地，所述原位实时表征方法包括：利用电化学工作站采集光电探测器的I-V曲线，或瞬态光电流响应(I-t曲线)关系。
更进一步地，所述光电性能指标包括光响应范围、量子效率、暗电流、响应度、噪声、等效噪声功率、探测率、比探测率、响应时间等中的至少一种。
进一步地，所述原位实时表征方法还包括：对获得的拉曼光谱的特征峰进行归属确认，进一步分析处理峰位、半峰宽、峰形状、峰面积及峰强度在光电探测器工作过程中的演变规律，从而获取界面信息与光电探测器光电性能指标之间的关系。
进一步地，所述光电探测器的辐照光源可以有两种方式：方式一，单光路光源。将拉曼光谱仪自带的激光既作为拉曼光谱采集的激发光源又作为光电探测器的辐射光源。方式二，双光路光源，除了拉曼光谱仪的激发光源用于收集拉曼光谱外，另外引入一路第二激光光源作为光电探测器的辐照光源。
进一步地，所述激光光源的波长为200nm～1064nm。
在一些较为具体的实施方案中，所述的方法具体包括如下步骤：
(1)制备出具有光电特性的光电探测器件；
(2)所述光电探测器的半导体感光材料在顶层，放置于拉曼样品台上，拉曼激发光源从上至下辐照在光电探测器中。再利用器件外接电路配置的数字源表或电化学工作站以实现实时监测光电探测器的光电性能同时，同步采集拉曼光谱，实现器件在工作状态下的原位光谱信息收集；
(3)借助拉曼光谱仪的共聚焦功能，让激发光源从器件的半导体才俩一次正辐射，再将激光聚焦在半导体表面或者半导体/金属界面或半导体/半导体界面，同时利用数字源表或电化学工作站同步收集器件的光电特性曲线(I-V或者I-t曲线)。以时间为轴线，将器件的光电特性曲线与拉曼光谱对应起来，以实现实时原位收集工作状态下光电探测器的表面及界面结构及组成演变信息；
(4)通过对光电探测器中拉曼特征峰的归属及确认，从而确认光电探测器中界面的势垒、载流子分离/传输与光电探测器性能的关系。
进一步地，所述激光光源的波长为200nm～1064nm，优选为532nm，这个激发波长也可以用其他激发波长，比如325nm、488nm、633nm、785nm、830nm、976nm及1064nm等。
在一些实施方案中，所述方法包括：利用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列薄膜，与金叉指电极组成MSM型紫外光探测器件。
在一些较为具体的实施方案中，所述紫外光探测器的制作方法可以包括如下步骤：
(a)将钛片作为阳极，在NH4F和去离子水的乙二醇溶液中进行两次阳极氧化，得到无定形的TiO2纳米管阵列膜，再将所述的无定形二氧化钛阵列进行煅烧后，得到具有晶型的二氧化钛纳米管阵列材料。
进一步地，所述二氧化钛纳米管阵列材料为锐钛矿晶型。
具体步骤为：
称取1.7000gNH4F溶于10ml的水中，将混合好的溶液倒入500ml乙二醇溶液中搅拌，混合均匀后加入1.28ml HF溶液，待其均匀混合静置3h后使用。以钛片为阳极，石墨片为阴极，以配制好的混合溶液作为电解液，在室温条件下，分两步氧化，第一步氧化电压为60V，氧化时间为3h，然后剥膜，得到Ti基板；以第一次氧化得到的钛基板作为阳极，石墨片作为阴极，再次阳极氧化，氧化的电压为60V，氧化时间为2h，即在Ti片上生长有序的TiO2纳米管阵列。将该阵列用乙醇冲洗干净，用氮气吹干后，置于450℃的空气气氛条件下煅烧2h，得到锐钛矿型的TiO2纳米管阵列。
(b)将步骤(a)得到的二氧化钛纳米管阵列，在相同的条件下再次氧化后，再置于H2O2中浸泡，使TiO2纳米管阵列从钛片基底分离，将剥离后的二氧化钛纳米管从溶液取出，烘干备用。
具体步骤为：
将所述锐钛矿型TiO2纳米管阵列再次置于前面所述的电解液中，在同样条件下氧化20分钟，随即置于40％的H2O2中浸泡15分钟，TiO2纳米管从Ti片上剥离，剥离后的TiO2纳米管经水和乙醇冲洗后自然风干备用。
(c)再以Al3O2为基板的Au叉指电极上涂覆一层二氧化钛溶胶作为粘结层，将步骤(b)得到的TiO2纳米管固定至叉指电极上，然后进行煅烧。煅烧后器件中的二氧化钛会由无定形转换成有晶型，则成功制备了具有光电特性的完整的Au-TiO2的MSM型紫外光探测器。
具体步骤为：
取有效面积为0.24cm2的Al2O3为基底的Au叉指电极，然后涂覆一层TiO2溶胶，将剥离后TiO2纳米管阵列膜置于该表面，并置于450℃煅烧20分钟，该阵列膜即可稳定粘结在Au叉指电极上。
(d)将电化学工作站或数字源表与拉曼光谱仪进行联用：通过同步收集器件的拉曼光谱及光电特性，实现用于工作状态下的光电探测器的原位实时表征。
作为本发明技术方案的另一个方面，其所涉及的系应用于前述方法的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征系统，其包括：
激光光源，至少用以对光电探测器进行辐照，以使所述光电探测器处于工作状态，同时满足的拉曼光谱的实时同步采集；
拉曼光谱采集单元，至少用以获得工作状态下的光电探测器内部半导体材料的表面及界面结构及组成的演变信息；
检测单元，至少用以对所述光电探测器的光电特性进行实时监测，以获得光电探测器的性能；其中，所述光电特性包括，利用数字源表或电化学工作站获得实时的I-V曲线或I-t曲线；
以及，分析处理单元，至少用以获得拉曼光谱演变信息与光电探测器性能之间的关系。
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明并不仅仅局限于下述实施例。
实施例1
(1)TiO2纳米管的制备：将钛片作为阳极，在NH4F和去离子水的乙二醇溶液中进行两次阳极氧化，阳极氧化电解液组成为：1.7000gNH4F+10mlH2O+500ml乙二醇+1.28mlHF，氧化为恒压氧化，第一次氧化电压为60V，氧化时间为3h；第二次氧化电压为60V，氧化时间为2h，得到TiO2纳米管阵列坯材，再将所述的二氧化钛坯材进行450℃煅烧2h，得到二氧化钛纳米管阵；
(2)TiO2纳米管的剥离：将步骤(1)得到的二氧化钛纳米管阵列，在相同的条件下再次氧化20分钟后，再置于H2O2中浸泡15分钟，其中H2O2的浓度为40％，使TiO2纳米管阵列从钛片基底分离，将剥离后的二氧化钛纳米管从溶液取出，烘干备用。所述TiO2纳米管阵列的SEM俯视图可参阅图1，表明了该TiO2阵列是高度有序的纳米管。
(3)TiO2纳米管的转移：在以Al3O2为基板的Au叉指电极上涂覆一层TiO2溶胶粘结层，将步骤(2)得到的TiO2纳米管阵列膜转移至Au叉指电极后在450℃煅烧20分钟，所获Au-TiO2光电探测器的结构示意图可参阅图2，其具体包括以Al2O3为基底的Au叉指电极，二氧化钛纳米管阵列，所述的Au叉指电极的线宽线距都为80μm，所述的二氧化钛纳米管阵列一侧通过粘结层连接到Au叉指电极上。
(4)Au-TiO2肖特基接触的紫外光探测器的构建：煅烧后得到锐钛矿型的二氧化钛，构建了完整的Au-TiO2肖特基结的紫外光探测器，其实物照片可参阅图3。其中，Au叉指电极有效面积为0.24cm2。
(5)光电特性与拉曼同步测试：将电化学工作站或数字源表与拉曼光谱仪进行联用：通过同步收集器件的拉曼光谱及光电特性，实现用于工作状态下的光电探测器的原位实时表征。其中，所用的拉曼激光为325nm的紫外光。
所述Au-TiO2紫外光探测器件的原位实时监测系统示意图请参阅图4所示。
图5和图6分别为所制得的Au-TiO2紫外光探测器分别在325nm和532nm激光辐照下的I-V(电流-电压)曲线(光暗电流)图，结果表明该器件的光响应性很好。
图7和图8分别为所制得的Au-TiO2光电探测器分别在325nm和532nm激光照射下的I-t(电流-时间)曲线。
图9和图10分别为所制得的Au-TiO2紫外光探测器的分别在325nm和532nm激光激发下的拉曼显微成像图。从图中可以看出在532nm激光照射下，器件中存在Au-TiO2接触的区域和不存在Au接触的单纯TiO2区域的拉曼光谱特征峰强度和位移存在明显的差异；而在325nm激光照射下器件中这两种区域没有在拉曼光谱中体现出明显得差异。
图11为在532nm激光下器件中Au-TiO2接触区域和无Au接触的单纯TiO2区域的拉曼光谱对比图。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
在本发明案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。
除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。
应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法，所述光电探测器至少包括半导体材料，其特征在于包括：
提供激光光源；
以所述激光光源对光电探测器进行辐照和拉曼光谱扫描，以使所述光电探测器处于工作状态，采集拉曼光谱，并对获得的拉曼光谱进行分析处理，实现原位实时监测光电探测器的界面结构及载流子注入或提取的演变过程。
2.根据权利要求1所述的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法，其特征在于包括：以所述激光光源对光电探测器进行辐照和拉曼光谱扫描，以使所述光电探测器处于工作状态，在采集拉曼光谱的同时以检测单元实时监测所述光电探测器的光电特性，对获得的拉曼光谱与光电特性测试的同步数据进行分析处理，实现原位实时监测光电探测器的光电特性、界面结构及载流子注入或提取的演变过程。
3.根据权利要求2所述的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法，其特征在于具体包括：
以激光光源对所述光电探测器进行辐照，并将激光聚焦在光电探测器中半导体材料的表面和/或界面以采集拉曼光谱，从而获得表面及界面的结构及组成演变信息；以及，
同时利用外接电路中配置的检测单元采集所述光电探测器的光电特性，以获得所述光电探测器工作过程中的光电性能指标，从而利用拉曼光谱与光电特性的同步数据，经分析处理获得工作状态下光电探测器表面及界面结构及组成的演变信息。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法，其特征在于：所述光电探测器包括光导型探测器或光伏型探测器；优选的，所述光伏型探测器包括紫外光探测器，所述紫外光探测器包括p-n结结构、p-i-n结结构、肖特基结构及MSM金属-半导体-金属结构；
和/或，所述原位实时表征方法还包括：利用显微拉曼成像技术表征所述光电探测器的势垒分布情况。
5.根据权利要求3所述的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法，其特征在于：所述检测单元包括对光电探测器外接电路配置的数字源表或电化学工作站；
优选的，所述原位实时表征方法包括：利用电化学工作站采集光电探测器的I-V曲线，或瞬态光电流响应关系；
和/或，所述光电性能指标包括光响应范围、量子效率、暗电流、响应度、噪声、等效噪声功率、探测率、比探测率、响应时间中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法，其特征在于还包括：对获得的拉曼光谱的特征峰进行归属确认，分析处理峰位、半峰宽、峰形状、峰面积及峰强度在光电探测器工作过程中的演变规律，从而获取界面信息与光电探测器光电性能指标之间的关系。
7.根据权利要求1所述的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法，其特征在于：所述激光光源包括单光路光源或双光路光源。
8.根据权利要求7所述的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法，其特征在于包括：以拉曼光谱仪的激发光源收集拉曼光谱，而采用第二激光光源作为光电探测器的辐照光源。
9.根据权利要求1所述的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征方法，其特征在于：所述激光光源的波长为200nm～1064nm。
10.应用于权利要求1-9中任一项所述方法的用于光电探测器表面及界面的原位实时表征系统，其特征在于包括：
激光光源，至少用以对光电探测器进行辐照，以使所述光电探测器处于工作状态；
拉曼光谱采集单元，至少用以获得工作状态下的光电探测器内部半导体材料的表面及界面结构及组成的演变信息；
检测单元，至少用以对所述光电探测器的光电特性进行实时监测，以获得光电探测器的性能；
以及，分析处理单元，至少用以获得拉曼光谱演变信息与光电探测器性能之间的关系。
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