Exav SPS final

Experimentos avanzados de Física

Experimentos avanzados de Física
Espectroscopia de voltaje superficial

Facultad de Física, Universidad de La Habana
http://www.fisica.uh.cu/lab-exp-av/index.htm

Espectroscopia de voltaje superficial
Y. González, A. Abelenda y M. Sánchez
Facultad de Física, Universidad de La Habana, 10400 La Habana, Cuba
Sumario: El fotovoltaje de superficie es el resultado dela redistribución o transferencia de carga que ocurre en la superficie o
interfaz de los materiales semiconductores al ser iluminados. Si se monitorea el cambio del voltaje superficial en función de la
energía de la luz incidente, obtenemos lo que se denomina espectroscopía de fotovoltaje superficial (SPS). Esta técnica es bien
conocida y se ha aplicado con éxito para obtener el tipo deconductividad, la energía de la banda prohibida y la localización
energética de estados superficiales en materiales y dispositivos semiconductores. Para ello los estudiantes emplearan un
monocromador MДP-3, un amplificador lock-in, un chopper, una lámpara halógena de tungsteno y un soporte para las
muestras. Todo el proceso de medición se controla mediante una aplicación implementada en LabVIEW.

1.Introducción
El efecto fotovoltaico es el resultado de la
transferencia o redistribución de una cierta
cantidad de carga dentro de un material debido a la
iluminación incidente, y fue descubierto
experimentalmente en 1839 por Becquerel [1]. Si
esta transferencia o redistribución de carga ocurre
en la superficie estamos en presencia de una
variante del efecto fotovoltaico: el fotovoltaje de
superficie (SPVsiglas en inglés, surface
photovoltage).
El SPV fue reportado por primera vez en 1947 por
W.H. Brattain, en muestras de silicio y germanio
[2]. Si Al registro del SPV al cambiar la energía de
la luz incidente se le denomina espectroscopia de
fotovoltaje superficial (SPS siglas en inglés,
surface photovoltage spectroscopy). Los primeros
trabajos realizados con esta técnica fueron llevados
a cabopor C. Gatos y J. Lagowski [3] al estudiar
los estados superficiales en muestras de CdS, ZnO
y GaAs.
Actualmente, la SPS es una técnica bien
establecida y ampliamente utilizada en la
caracterización de materiales semiconductores [4,
5, 6]. Entre sus principales ventajas se cuentan
que, es una técnica no destructiva, y no es
necesaria la deposición de contactos metálicos de
alta calidad. Esto últimola hace ideal para el
estudio de compuestos semiconductores donde la
fabricación de contactos

óhmicos es muy difícil. Además, es una
herramienta poderosa para la determinación del
ancho de la banda prohibida en polvos
semiconductores [7]. Esto se debe a que con la
SPS se registra una señal eléctrica, a diferencia de
las técnicas ópticas donde la señal proveniente de
este tipo de muestras se veafectada por la
dispersión de la luz incidente, producto de las
disímiles orientaciones que poseen las partículas
que componen el polvo. Otras aplicaciones de esta
técnica son que permite determinar el tipo de
conductividad de la muestra y la localización
energética de los estados superficiales. En los
últimos años, además de ser utilizada en el
estudio y caracterización de superficies y
materialessemiconductores volumétricos, se ha
aplicado con igual éxito en la caracterización de
heterojunturas y dispositivos semiconductores
como celdas solares y diodos láser [5, 6].
1.1 Consideraciones sobre la superficie.
Las propiedades físicas de los materiales
experimentan un cambio brusco al atravesar una
frontera. Una superficie se define como la frontera
entre medios con diferentes propiedadesfísicas.
Los materiales semiconductores están formados
por una red cristalina periódica que se asume
infinita. Suele llamársele superficie libre a la
superficie entre un semiconductor y el vacío o gas,
1

e interfaz a la superficie entre un semiconductor y
otro. En lo adelante nos referiremos a la superficie
libre
simplemente
como
superficie.

Figura 1 Aparición de la zona de carga espacial en...