游雨杭1, 李勇1, 李傲1, 张凡1,2, 金兵1, 李有勇3
Yuhang You1, Yong Li1, Ao Li1, Fan Zhang1,2, Bing Jin1, Youyong Li3
摘要: 半导体异质结界面的能带弯曲与内建电场是实现光-电及光-化学能量转化的关键基础,也是化学与材料相关专业高年级在“能带-界面电场-载流子动力学”交叉内容教学中的重点与难点。本文设计了一个面向高年级本科生的物理化学实验:采用旋涂-退火工艺在高阻抗n型Si基底上制备NiO薄膜以构筑NiO/Si异质结,并在532 nm连续光照与暗态条件下利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)非接触原位测量光生电导引起的太赫兹透过率变化。通过设置裸蓝宝石(C0)、NiO/蓝宝石(C1)、裸Si(S0)与NiO/Si (S1)等对照组,并结合退火温度与膜厚等工艺变量,建立“工艺-界面-载流子动力学-谱学信号”的证据链闭环。结果表明:在相同泵浦条件下,S1的太赫兹调制深度显著高于S0,而C1在相同泵浦下几乎无响应,说明界面效应可显著增强Si的稳态光生电导;该现象与异质结内建电场促进载流子分离/积累的能带弯曲效应一致,可作为课堂中“从光电导增强推断能带弯曲”的间接谱学证据与定量教学判据”。该实验将薄膜制备、半导体能带理论与太赫兹谱学数据处理贯通,可用于训练学生的动手操作、数据分析与对照推理能力。