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    • 专利摘要:
    本实用新型公开了一种用于评价半导体粉末材料导电类型和载流子浓度的装置，搅拌分散装置包括磁力搅拌器和烧杯，烧杯放置在磁力搅拌器上；电泳沉积装置包括第一电化学池、两个导电衬底和直流电源，两个导电衬底放置在第一电化学池中且导电衬底与直流电源连接；电化学测试装置包括第二电化学池、对电极、参比电极、电化学工作站和计算机，对电极、参比电极放置在第二电化学池中，对电极、参比电极与电化学工作站连接，电化学工作站与计算机连接。本实用新型结构设计巧妙，灵活实用性强，制作简单成本低廉，专门用于对半导体粉末材料导电类型和载流子浓度进行测试和评价，从而更好地对半导体气敏、光催化等特性机理做贡献。
    公开号:CN214334770U
    申请号:CN202120408390.1U
    申请日:2021-02-25
    公开日:2021-10-01
    发明作者:隋美蓉；时梅林；王永
    申请人:Xuzhou Medical University；
    IPC主号:G01N27-30
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型涉及一种评价装置，具体涉及一种用于评价半导体粉末材料导电类型和载流子浓度的装置。
    [n0002] ‌半导体材料在人们日常生活中有着广泛的应用，在光伏、集成电路、照明等领域均已经形成庞大的产业。电阻率、载流子浓度、迁移率是衡量半导体性能的重要参数，它们之间存在着一定关系：ρ = 1/n·μ·q。电阻率可以通过半导体四探针测试仪或霍尔效应测试仪获得，载流子浓度和迁移率均可以通过霍尔效应测试仪测量得到，知道其中的两个参数就可以计算出另一个参数。例如，若要获得一个较好性能的晶体管，迁移率的提升是十分有必要的，而提升载流子迁移率则需要对材料的晶体质量进行优化提高，对其内部的晶体缺陷进行有效抑制。然而，常规的电学参数测量手段均要求半导体材料呈块体或薄膜形式，对于纳米结构的半导体粉体材料则无能为力。
    [n0003] 近些年来，半导体纳米材料广泛应用到气敏传感、光催化降解污染物、光催化分解水制氢等众多领域。对半导体粉末材料，尤其是一些新型材料，例如Ag3PO4、AgVO3等的电学参数评价就显得十分必要，但常规的测量手段如四探针仪、霍尔效应测试仪均难以胜任这种形态的材料电学测量。此外，半导体纳米材料也往往需要进行掺杂以调控其载流子浓度或改变其导电类型，有报道指出可通过形成TiO2 PN结增强光生载流子分离达到增强光催化活性的预期，但如何监控是否达到预期的掺杂浓度是一个不小挑战，并且通过常规手段如霍尔效应难以获得准确的信息。
    [n0004] 截止目前，尚没有任何一种测试装置能够适用于对半导体粉体材料或纳米材料进行电学参数评价。
    [n0005] 针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种用于评价半导体粉末材料导电类型和载流子浓度的装置，解决半导体粉末材料在电学性能参数难以评价问题。
    [n0006] 为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于评价半导体粉末材料导电类型和载流子浓度的装置，包括支撑台、搅拌分散装置、电泳沉积装置和电化学测试装置；搅拌分散装置、电泳沉积装置和电化学测试装置依次放置在支撑台上；搅拌分散装置包括磁力搅拌器和烧杯，磁力搅拌器放置在支撑台上，烧杯放置在磁力搅拌器上；电泳沉积装置包括第一电化学池、两个导电衬底和直流电源，第一电化学池放置在支撑台上，两个导电衬底放置在第一电化学池中且导电衬底与直流电源连接；电化学测试装置包括第二电化学池、对电极、参比电极、电化学工作站和计算机，第二电化学池放置在支撑台上，对电极、参比电极放置在第二电化学池中，对电极、参比电极与电化学工作站连接，电化学工作站与计算机连接。
    [n0007] 进一步的，所述支撑台上开凿有放置磁力搅拌器和两个电化学池的凹槽。
    [n0008] 进一步的，所述两个导电衬底纵向平行放置在第一电化学池中。
    [n0009] 进一步的，所述对电极水平放置在第二电化学池中。
    [n0010] 与现有技术相比本实用新型结构设计巧妙，灵活实用性强，制作简单成本低廉，专门用于对半导体粉末材料导电类型和载流子浓度进行测试和评价，从而更好地对半导体气敏、光催化等特性机理做贡献。
    [n0011] 图1为本实用新型结构示意图；
    [n0012] 图2为本实用新型半导体材料莫特-肖特基特性曲线图；
    [n0013] 图中：0、支撑台，1、磁力搅拌器，2、烧杯，3、第一电化学池，4、导电衬底，5、直流电源，6、对电极，7、工作电极，8、参比电极，9、电化学工作站，10、计算机，11、第二电化学池。
    [n0014] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
    [n0015] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
    [n0016] 如图1所示，本实用新型提供一种技术方案：包括支撑台0、搅拌分散装置、电泳沉积装置和电化学测试装置；
    [n0017] 搅拌分散装置包括磁力搅拌器1和烧杯2，磁力搅拌器1放置在支撑台0上，烧杯2放置在磁力搅拌器1上，烧杯2中装有丙酮溶剂和单质碘制备的溶液，加碘的量为2mg~5mg/mL；电泳沉积装置包括第一电化学池3、两个导电衬底4和直流电源5，第一电化学池3放置在支撑台0上，两个导电衬底4纵向平行放置在第一电化学池3中且导电衬底4与直流电源5连接；电化学测试装置包括第二电化学池11、对电极6、参比电极8、电化学工作站9和计算机10，第二电化学池11放置在支撑台0上，对电极6、参比电极8放置在第二电化学池11中，对电极6水平放置在第二电化学池11中，对电极6、参比电极8与电化学工作站9连接，电化学工作站9与计算机10连接。
    [n0018] 支撑台0为支撑主体，搅拌分散装置、电泳沉积装置和电化学测试装置按顺序依次放置在支撑台0上，为了放置后的稳定性，在支撑台0上开凿有放置磁力搅拌器1和两个电化学池的凹槽。
    [n0019] 测试前，先把半导体粉末试样碾磨碎，然后倒入装有丙酮溶剂和单质碘配置溶液的烧杯2中，通过磁力搅拌器1将溶液搅拌、超声分散均匀；将搅拌后的溶液倒入到电泳沉积装置里的电泳第一电化学池3中，两个导电衬底4纵向平行放置在溶液中，平行放置更有利于发挥外加电压的作用，使形成的涂层更加均匀致密，开启直流电源5施加30~100V电压，沉积一段时间后在导电衬底4表面形成均匀致密涂层，将表面形成涂层后的导电衬底4放入到电化学测试装置里的第二电化学池11中作为工作电极7使用，工作电极7与电化学工作站9连接且工作电极7与对电极6平行放置，工作电极7与对电极6都是水平放置的，水平放置的好处是当工作电极7需要光照时可以直接利用自然界的太阳光，从而更节能，开启电化学工作站9，电化学工作站9与计算接10连接，计算接10中的测试程序开始测量，收集电化学阻抗-电位数据，进一步处理数据得到如图2所示的莫特-肖特基关系曲线。
    [n0020] 在电化学测试装置中的第二电化学池11外增设避光罩，使得测试时工作电极7处于避光状态；由于半导体在光照时会产生非平衡光生载流子，会对原本掺杂形成的载流子造成干扰，增设避光罩使得测试获得的载流子浓度数据结果更可靠，不容易受到外界环境影响。
    [n0021] 如图2所示，评价半导体粉末材料导电类型和载流子浓度是为了调控该类材料的光催化、气敏等性能，并对反应机理有深入的认识。使用公式将获得的数据进行处理得到图2所示的1/C2—V关系曲线，其中，C代表着比电容（取自频率和阻抗虚部的乘积再加以变换得到），e为1.6×10-19库伦，ε·ε0为该材料实际的介电常数（可以查表或实测得到），Nd为载流子浓度，V为电位，Vfb和kT/e这两项则分别为固定值。因此，通过以1/C2为Y轴，V为X轴可以作以条曲线，该曲线的斜率一定为2/e·ε·ε0·Nd，从中可以计算出半导体材料的载流子浓度Nd。而进一步地，可以根据曲线斜率的正负来判定其是否为p型半导体或n型半导体。例如，当曲线斜率为正值时，则为n型半导体；反之，如果曲线斜率为负值，则一定为p型半导体。
    [n0022] 对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
    [n0023] 以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。
    权利要求:
    Claims (4)
    [0001] 1.一种用于评价半导体粉末材料导电类型和载流子浓度的装置，其特征在于，包括支撑台（0）、搅拌分散装置、电泳沉积装置和电化学测试装置；
    搅拌分散装置、电泳沉积装置和电化学测试装置依次放置在支撑台（0）上；
    搅拌分散装置包括磁力搅拌器（1）和烧杯（2），磁力搅拌器（1）放置在支撑台（0）上，烧杯（2）放置在磁力搅拌器（1）上；
    电泳沉积装置包括第一电化学池（3）、两个导电衬底（4）和直流电源（5），第一电化学池（3）放置在支撑台（0）上，两个导电衬底（4）放置在第一电化学池（3）中且导电衬底（4）与直流电源（5）连接；
    电化学测试装置包括第二电化学池（11）、对电极（6）、参比电极（8）、电化学工作站（9）和计算机（10），第二电化学池（11）放置在支撑台（0）上，对电极（6）、参比电极（8）放置在第二电化学池（11）中，对电极（6）、参比电极（8）与电化学工作站（9）连接，电化学工作站（9）与计算机（10）连接。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的一种用于评价半导体粉末材料导电类型和载流子浓度的装置，其特征在于：所述支撑台（0）上开凿有放置磁力搅拌器（1）和两个电化学池的凹槽。
    [0003] 3.根据权利要求1所述的一种用于评价半导体粉末材料导电类型和载流子浓度的装置，其特征在于：所述两个导电衬底（4）纵向平行放置在第一电化学池（3）中。
    [0004] 4.根据权利要求1所述的一种用于评价半导体粉末材料导电类型和载流子浓度的装置，其特征在于：所述对电极（6）水平放置在第二电化学池（11）中。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CN202120408390.1U|CN214334770U|2021-02-25|2021-02-25|用于评价半导体粉末材料导电类型和载流子浓度的装置|CN202120408390.1U| CN214334770U|2021-02-25|2021-02-25|用于评价半导体粉末材料导电类型和载流子浓度的装置|
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