[發明專利]一種納米尺度光電響應測量系統及方法

在審

• 申請號: 202010143560.8
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111366335A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 陳庚亮;席寧
• 申請（專利權）人: 深圳市智能機器人研究院
• 主分類號: G01M11/00
• 分類號: G01M11/00;G01Q60/38
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 黎揚鵬

本發明公開了一種納米尺度光電響應測量系統及方法，其中系統包括激勵光源、納米探針傳感器、納米移動平臺和控制模塊，所述納米探針傳感器包括納米懸臂和納米探針，所述納米移動平臺與納米懸臂剛性相連，所述控制模塊與納米移動平臺連接；所述激勵光源用于將光源照射至光電器件上；所述納米移動平臺用于控制納米探針在光電器件上方移動；所述納米探針用于采集光電器件上預設區域的光致鏡像力；所述控制模塊用于控制納米移動平臺，并根據采集的光致鏡像力獲取光電器件的光電響應值。本發明通過采集光致鏡像力的方式測量光電器件的光電響應值，避免了外界噪聲產生的影響，提高了測量的靈敏度和光電響應空間分辨率，可廣泛應用于光電響應測量領域。

技術領域

本發明涉及光電響應測量領域，尤其涉及一種納米尺度光電響應測量系統及方法。

背景技術

太陽能能源是我國非常重視的一種可再生能源資源發展方式，也是目前工業化最快的新能源。光伏電池已經可以達到足夠高的發電效率，但是占地面積過大，并且發電量不夠穩定。因此，新型高性能的光電轉換等能源轉換材料是能量轉換器件的核心和原創動力。特別是隨著納米材料技術的發展，基于納米材料的高效率光電轉換技術一直是科學研究的熱點。

在信號檢測領域，光電傳感器是各種光電檢測系統中實現光電轉換的關鍵元件。它可用于檢測直接引起光量變化的非電物理量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態的識別等。光電式傳感器具有非接觸、響應快、性能可靠等特點，因此在工業自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。隨著工業技術的發展，對超限光電傳感器的需求越來越大，比如超快速，超高靈敏度光電傳感器。由于低維納米材料具有低噪聲，高信噪比等特性，納米材料光電傳感器將主導未來超限光電傳感器的發展。

目前，測量納米材料光電響應的方式主要有兩種，第一種通過采用導電的懸臂梁和探針，掃描采集每個點的表面電勢，從而給出表面局部結構的組成和電子狀態信息。第二種，掃描光電流成像通過采用精密的光學聚焦技術實現很小的光聚集，然后對樣品進行逐點掃描，同時測量對應的光響應，是最直接的反應材料宏觀的光電性能。但是這種通過電流采集的方式具有如下缺點：納米級光電器件的光電感應區域都是納米尺度。由于光電吸收面積小，光電轉換效率低等原因，其產生的光電流通常也比較微弱。納米光電器件的光電流通常也僅僅為納安(10^-9安)或皮安量級(10^-12安)，因此外界干擾對測量結果的影響十分嚴重，從而導致信噪比很低，影響了測量精度。另一個缺點是：光學聚焦在微米量級，逐點掃描之后的空間分辨率仍然在微米量級，無法準確反映納米材料光電器件的光電響應分布。

發明內容

為了解決上述技術問題之一，本發明的目的是提供一種納米尺度光電響應測量系統及方法，通過光致鏡像力場將光電場的作用轉換為原子力，實現納米尺度的光電響應的測量。

本發明所采用的技術方案是：

一種納米尺度光電響應測量系統，包括激勵光源、納米探針傳感器、納米移動平臺和控制模塊，所述納米探針傳感器包括納米懸臂和納米探針，所述納米移動平臺與納米懸臂剛性相連，所述控制模塊與納米移動平臺連接；

所述激勵光源用于將光源照射至光電器件上，以使光電器件與納米探針之間產生光致鏡像力；

所述納米移動平臺用于控制納米探針在光電器件上方移動；

所述納米探針用于采集光電器件上預設區域的光致鏡像力；

所述控制模塊用于控制納米移動平臺，并根據采集的光致鏡像力獲取光電器件的光電響應值。

進一步，所述納米探針的針尖尺寸為1-10納米。

進一步，所述激勵光源采用連續譜光纖激光器。

進一步，所述控制模塊包括原子力顯微鏡。