表面化学物理3-1

思考题：1.什么是功函?测量功函有什么意义？如何利用Kelvin探针方法测量功函的原理。2.说明表面电导测试原理，结合图3.2说明倒空层（耗尽层）、累积层、反型层对表面电导的影响。3.说明场效应（表面电导）测量方法可以提供哪些信息。表面化学物理第三章第三章实验方法3.1以电学和光学为基础的表面测定方法3.2表面光谱法3.3化学方法通常给出能量接近固体Fermi能级的表面态的具体资料。适用于半导体，在电子转移的化学性质方面特别有价值。半导体绝缘体金属通过测量表面粒子有关光子的性质，提供有关表面态的资料，分辨率不高，不足以用来研究半导体的电性质。比光谱法更加定性，它们对低密度、但高活性的位置也是较灵敏的。3.1以电学和光学为基础的表面测定方法测量表面态能量和密度测量固体和其表面之间的电子转移过程此方法是基于Vs的变化表面化学物理第三章3.1.1功函数3.1.2表面电导3.1.3电反射3.1.4场效应3.1.5表面光电压3.1.6双电层电容3.1.7沟道测量3.1.8粉末电导3.1.9椭偏光测量3.1.10其他电学和光学测量法表面化学物理第三章以电学和光学为基础的表面测定方法3.1.1功函数测量由图2.2得到seV＋＝金属、半导体功函数是自由电子能量Ee和样品Fermi能级Ef之差注意：平带时具有表面带弯时平带具有表面带弯功函数测量方法：光谱法Kelvin方法Q=CVaQ:表面上电荷；C：电容；Va:样品和参考电极的功函差dtVdCdtdQi//参考电极振动时，电容随时间周期地变化，因此电荷的微商变为可测量的交流电流i。表面化学物理第三章表面化学物理第三章dtVdCdtdQi//Q=CVa振动电极为参考电极（Au）2.(Kelvin探针)这种测量有对沾污极端敏感的缺点，因此适合贵金属、清洁表面的测量表面化学物理第三章1、Kelvin探针技术研究表面功函和表面光伏表面化学物理第三章能够给出接触势垒高度的改变量得到光致表面功函的变化及表面光电压谱表面化学物理第三章2、ZnO/Cu2O异质结的特征和光生电荷行为功函的测量依据功函推测ZnO和Cu2O的能带示意图Phys.Chem.Chem.Phys.,2010,12,154760100200300400-4004080120160200ZnOCu2OECECEFEFEVEVEg(3.4eV)Eg(2eV)(5.08eV)(5.27eV)EvacZnO,FTOCPD/mVPointCu2O由于空间电荷区载流子浓度的变化，表面方向上电导G将产生变化G＝G0+LW/(3.4)3.1.2表面电导这里指的是可移动电荷改变量Au-TiO2微球的表面光电流谱•紫外光照射下，Au纳米粒子作为电子受体捕获光生电子，降低了TiO2导带中电子的迁移•可见光照射下，Au纳米粒子的plasmon光生电子转移到TiO2纳米晶中，促进了光电导TiO2Auplasmone-h+e-TiO2AuAu-TiO2微球的光生电荷转移示意图在紫外光下，Au作为光生电子受体，有利于光生电荷的分离紫外光h+e-e-TiO2Au可见光在可见光下，Au作为光生电子给体，实现其plasmon吸收的光生电荷的分离表面电导的单位(姆欧／平方)N＝dxnnb)(0n=nb)/(kTeVeP＝dxppb)(0p=pb)/(kTeVe根据3.4式：WLGG)(0对于n型半导体：平带时=0耗尽层0聚集层0反型层0(空穴参与导电)1.倒空层对于n型半导体：平带时=0耗尽层0聚集层0反型层0(空穴导电)2.聚集层对于n型半导体：平带时=0耗尽层0聚集层0反型层0(空穴导电)3.反型层对于n型半导体：平带时=0耗尽层0聚集层0反型层0(空穴导电)3.1.4场效应目的：方法及原理：获得有关空间电荷区和表面态的信息相对于表面电导方法，在垂直样品表面施加一个电场，测量感应电荷引起的电阻的变化Q＝CV电阻图3.3场效应测量原理Qsc=Q-QssQss：表面态捕获的电荷量Qsc：导带中剩余的电荷量感应电荷和表而态俘获电荷之差：场效应测量为表面电导测量提供了一个校准点。强n型：则Qsc将表现为电子。若电场感应出负电荷，则电导将增加。强p型:则Qsc将表现为空穴。当感应出负电荷时：电导将减少。因此，由电导变化的符号可以判断是n型还是p型常常是场效应测量和表面电导测量相结合：表面电导测量提供Vs，场效应测量提供Qss。3.1.5粉末电导粉末压片的电导常常受颗粒间的相互接触所支配：载流子越过颗粒间接触势垒是电流限制步骤。G＝G’f1(A)f2(d)NckTEEcse/)(＝G0kTEEcse/)(影响粉末电导测量的四个因素：T：温度A：颗粒接触面积d：颗粒直径ns：表面导带的电子密度常数项G0粉末电导常常受颗粒间接触所支配：载流子越过接触势垒的转移是电流限制步骤。测量电导对温度的关系，得到可以解释有关表面势垒和导致它的表面态的资料。此方法需要：(a)体相电导对整个电导测量无贡献(b)表面态密度和占有率必须对温度不灵敏,因此通常不能研究挥发性气体(c)电子转移进、出表面粒子必须迅速，在实验温度下达到热力学平衡。