產(chǎn)品關(guān)鍵詞：電吸收譜、電場誘導(dǎo)吸收光譜、電荷注入吸收光譜、EIEAS、CIEAS、電荷調(diào)制吸收譜、斯塔克效應(yīng)、帶隙測定、激子態(tài)、量子阱子帶躍遷、電場誘導(dǎo)效應(yīng)、注入電荷誘導(dǎo)效應(yīng)
Keywords: electric absorption spectrum, electric field induced absorption spectrum, charge injection absorption spectrum, EIEAS, CIEAS, charge modulated absorption spectrum, Stark effect, band gap measurement, exciton state, quantum well band transition, electric field induced effect, injected charge induced effect
產(chǎn)品簡介
電吸收光譜儀/斯塔克（Stark）光譜儀 是一種通過測量樣品在施加電場時(shí)對光的吸收變化來研究半導(dǎo)體和其他材料屬性的技術(shù)。通過電吸收光譜，可以得到吸收系數(shù)與電場的一階、二階等高階效應(yīng)的樣品信息。其中，斯塔克效應(yīng)（Box1）是典型導(dǎo)致電吸收信號產(chǎn)生的物理效應(yīng)，此外還可以用來研究電荷調(diào)制吸收譜等。Excion 包括電場誘導(dǎo)吸收光譜（EIEAS）和電荷注入吸收光譜（CIEAS）兩大模塊功能，方便用戶靈活研究電場誘導(dǎo)效應(yīng)和注入電荷誘導(dǎo)效應(yīng)。
電吸收光譜儀/斯塔克（Stark）光譜儀 Excion 是范圍內(nèi)電吸收光譜商業(yè)化設(shè)備，由東譜科技的科研人員和工程師攜手來自劍橋大學(xué)、香港城市大學(xué)、中山大學(xué)、華南理工大學(xué)的專家成員聯(lián)合研發(fā)而成。
從應(yīng)用方向上，EAS 具有廣泛的應(yīng)用范圍，特別是在半導(dǎo)體物理和光電子學(xué)領(lǐng)域。以下是一些EAS應(yīng)用的關(guān)鍵領(lǐng)域和方向：
（1）帶隙測定：EAS可用于測量半導(dǎo)體的帶隙。在外加電場作用下，靠近帶邊的吸收起始點(diǎn)會(huì)發(fā)生移動(dòng)，從而允許精確確定帶隙能量。
（2）激子態(tài)：在半導(dǎo)體中，激子——電子和空穴的束縛態(tài)——可以使用 EAS 進(jìn)行研究。外加電場可以改變這些激子存在所需的能量，這表現(xiàn)為吸收光譜的變化。
（3）量子阱子帶躍遷(intersubband transition)：對于像量子阱、線和點(diǎn)這樣的量子限制結(jié)構(gòu)，EAS 可以用來觀察子帶間的躍遷，這對于理解材料的尺寸對電子性質(zhì)的影響非常重要。
（4）材料質(zhì)量評估：EAS可以幫助檢測半導(dǎo)體樣品中的雜質(zhì)和缺陷。吸收光譜的變化可能表明存在影響電子結(jié)構(gòu)的缺陷或雜質(zhì)。
（5）光電子器件特性表征：在開發(fā)LED、光電探測器和太陽能電池等器件時(shí)，EAS可以提供有關(guān)材料在工作狀態(tài)下的行為的理解。這包括研究電場對光發(fā)射或吸收過程效率的影響。
（6）調(diào)制器和開關(guān)：基于半導(dǎo)體的光調(diào)制器和開關(guān)依賴于斯塔克效應(yīng)，這可以通過EA光譜學(xué)來表征和優(yōu)化。
（7）非線性光學(xué)特性：具有非線性光學(xué)特性的材料可以使用EAS進(jìn)行研究，以了解它們?nèi)绾闻c強(qiáng)電場相互作用，這對于光信號處理和通信應(yīng)用至關(guān)重要。
（8）量子信息處理：在新興的量子計(jì)算領(lǐng)域，EAS可以協(xié)助設(shè)計(jì)和分析可能作為量子比特（qubits）或其他量子光學(xué)組件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。 總之，EA光譜學(xué)的應(yīng)用使研究人員和工程師能夠深入了解材料的電子屬性，有助于推進(jìn)材料科學(xué)的發(fā)展，并優(yōu)化光電子器件，服務(wù)于包括半導(dǎo)體、電信、能源、照明及顯示和量子計(jì)算等在內(nèi)的各個(gè)行業(yè)。
Excion電吸收光譜儀的一般使用流程如下：
（1）樣品準(zhǔn)備： 將半導(dǎo)體或其他材料的薄膜樣品準(zhǔn)備好，并附上電接觸點(diǎn)，以便在其上施加電場。常見的方式是把樣品制備成三明治結(jié)構(gòu)。
（2）施加電場： 向樣品施加直流或低頻電場，可以在軟件靈活設(shè)置電場的大小、頻率、偏置值等。
（3）光吸收測量： 在EIEAS 或CIEAS的模式下，設(shè)置掃描波長、掃描電場頻率、掃描電場大小等測試變量，進(jìn)行變量依賴的光吸收測量。
（4）數(shù)據(jù)分析： 通過比較有無電場時(shí)的吸收光譜，可以觀察到對應(yīng)于材料中不同電子態(tài)之間轉(zhuǎn)換的吸收變化。施加電場可能會(huì)導(dǎo)致吸收峰的位移，表明電子在能級間轉(zhuǎn)換所需能量的變化。Excion 提供了數(shù)據(jù)平滑、分峰、一階導(dǎo)、二階導(dǎo)、指數(shù)擬合、多項(xiàng)式擬合等豐富的數(shù)據(jù)分析功能。
（5）數(shù)據(jù)導(dǎo)出：Excion提供便捷的數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，可以導(dǎo)出TXT/CSV等文本格式的數(shù)據(jù)。
（6）數(shù)據(jù)解釋：用戶從Excion獲得的數(shù)據(jù)可以用來研究半導(dǎo)體材料的各種性質(zhì)，包括帶隙（價(jià)帶和導(dǎo)帶之間的能量差）、帶邊緣附近的態(tài)密度、內(nèi)建電場以及可能影響電子結(jié)構(gòu)的缺陷或雜質(zhì)的存在等等。
Excion憑借其高靈敏度與精確度、多功能性、易用性、高通量檢測、耐用性、*的技術(shù)支持與售后服務(wù)等優(yōu)點(diǎn)，成為工業(yè)和科研領(lǐng)域的理想選擇。
產(chǎn)品特點(diǎn)
□ 多功能性：Excion 開發(fā)借鑒了電吸收科研與工業(yè)應(yīng)用研究成果，集成了EIEAS和CIEAS兩種原理模式，集成了透射與反射兩種光路檢測模式，還可以進(jìn)行多達(dá)8種以上的物理變量掃描與單點(diǎn)檢測測試；
□ 高靈敏度與精確度：Excion 采用了新的調(diào)制、傳感與檢測技術(shù)，能夠捕捉到極其微小的變化，其測量結(jié)果具有高度的可靠性和重復(fù)性，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；
□ 寬光譜范圍：這款光譜儀覆蓋了從紫外到近紅外（200-2500nm）的廣泛波段，適用于多種不同的電吸收光譜分析需求；
□ 高通量檢測：人工智能的設(shè)計(jì)理念，程度的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使得 Excion 能夠迅速完成光譜掃描，大大提高了工作效率和實(shí)驗(yàn)通量；
□ 易于操作：Excion的用戶界面設(shè)計(jì)直觀易懂，即使是非專業(yè)人員也能輕松上手，具有典型的“Plug & Play"和“Turn-key"特征。；
□ 穩(wěn)定性與可靠性：Excion采用高質(zhì)量的零部件和精密的制造工藝，引入了*的錯(cuò)誤處理與設(shè)計(jì)，確保了儀器長期穩(wěn)定運(yùn)行，減少了維護(hù)成本；
□ *的技術(shù)支持與售后服務(wù)：我們?yōu)?Excion 提供全面的技術(shù)支持和保修服務(wù)，確保用戶在使用過程中無后顧之憂。
測量模式
測量模式
□ 單點(diǎn)測量；
□ 掃描測量；
波長掃描
頻率掃描
相位掃描
光源強(qiáng)度掃描
電場強(qiáng)度掃描
注入電流掃描
溫度掃描：變溫測試
原理模式
電場誘導(dǎo)吸收光譜（EIEAS）
電荷注入吸收光譜（CIEAS）
電荷調(diào)制吸收譜等
電吸收譜
功能參數(shù)
Excion電吸收光譜儀 |
功能
| 原理功能 | EIEAS |
CIEAS |
光路功能模塊 | 透射式 |
反射式 |
泵浦光模塊 | 有/無（405/450/520/980nm可選） |
檢測波長功能模塊 | 200-300 nm |
300-1100 nm |
1100-1800 nm |
1800-2500 nm |
變溫功能模塊 | 常溫 |
變溫 | 4 K-300 K |
78 K-300 K |
室溫-500 K |
可視化模塊 | 有/無 |
電學(xué)信號 | 模塊1 | 頻率 | 10 mHz~105 KHz |
電壓 | AC,0-20V; DC,0-10V. |
電場 | 制樣決定 |
電流 | 制樣決定 |
模塊2 | 頻率 | 45 Hz-999.9Hz |
電壓 | AC,0-350V; DC,0-±500V |
電場 | 制樣決定 |
電流 | 制樣決定 |
波長范圍 | 200-2500nm(選配) |
最小步進(jìn)波長 | ±0.1 nm (典型值) |
波長調(diào)節(jié)方式 | 自動(dòng) |
檢測深度 | 6階 |
檢測靈敏度 | 10?4 OD |
軟件 |
功能 | 1. Excion軟件包 |
2. 測試與分析功能 |
產(chǎn)品應(yīng)用
□ 帶隙測定；
□ 激子態(tài)研究；
□ 量子阱子帶躍遷；
□ 材料質(zhì)量評估；
□ 光電子器件特性表征；
□ 調(diào)制器和開關(guān)；
□ 非線性光學(xué)特性；
□ 量子信息處理等。
Excion拓展介紹
1、定義
電吸收光譜（Electroabsorption Spectroscopy, EAS）是一種在外加電場作用下研究物質(zhì)吸收光譜變化的光譜技術(shù)，通過探測電場誘導(dǎo)的樣品對光的吸收強(qiáng)度、峰位或峰形的改變，來獲取分子或材料的電子結(jié)構(gòu)、極化率、偶極矩變化及界面電場等關(guān)鍵信息，斯塔克效應(yīng)（Box1）是典型導(dǎo)致電吸收信號產(chǎn)生的物理效應(yīng)，此外還可以用來研究電荷調(diào)制吸收譜等。
電場誘導(dǎo)吸收光譜（Electric-Field-Induced Absorption Spectroscopy, 簡稱 EFIS 或 EAS）與電吸收光譜本質(zhì)上是同一技術(shù)，其核心定義是：一種通過施加外加電場作為擾動(dòng)，研究物質(zhì)吸收光譜（吸光度、峰位、峰形）發(fā)生定量或定性變化的光譜技術(shù)。它通過分析電場誘導(dǎo)的吸收特性改變，反推材料或分子的電子結(jié)構(gòu)、極化率、激發(fā)態(tài)偶極矩及界面電場分布等微觀信息。該技術(shù)的關(guān)鍵在于 “電場誘導(dǎo)"—— 利用外界電場打破樣品電子態(tài)的原有平衡，使其吸收行為發(fā)生可探測的改變，從而為研究常規(guī)光譜難以區(qū)分的精細(xì)電子態(tài)提供了手段。
電荷注入吸收光譜（Charge Injection Absorption Spectroscopy, CIEAS）是一種通過向材料中注入電荷載流子（電子或空穴），直接觀測材料吸收光譜變化的光譜技術(shù)。其核心在于利用外部偏壓或電化學(xué)手段改變材料內(nèi)部的載流子濃度，從而誘導(dǎo)吸收特性的顯著變化，進(jìn)而揭示材料的電子結(jié)構(gòu)、載流子動(dòng)力學(xué)及界面電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制。
電荷調(diào)制吸收譜（Charge Modulation Absorption Spectroscopy, CMAS）是一種通過動(dòng)態(tài)調(diào)制材料中載流子濃度，實(shí)時(shí)觀測吸收光譜變化的光譜技術(shù)。其核心在于利用交變電壓（AC bias）周期性調(diào)控電荷載流子的積累與耗盡，從而揭示材料的電子結(jié)構(gòu)、載流子動(dòng)力學(xué)及界面電荷行為。
2、電吸收光譜在器件研究的應(yīng)用
（1）、有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）的性能優(yōu)化與機(jī)理研究
OLED 的核心是激子的形成、輻射復(fù)合及電荷的有效注入 / 傳輸，EAS 可精準(zhǔn)捕捉這些過程與電場的關(guān)聯(lián)，是其研究的核心工具之一。
激子特性與材料篩選：
EAS 通過檢測電場下有機(jī)發(fā)光材料的吸收峰偏移（斯塔克位移）和強(qiáng)度變化，可定量計(jì)算材料的激發(fā)態(tài)偶極矩（Δμ）和極化率（Δα）。這些參數(shù)直接決定激子在電場中的穩(wěn)定性 —— 偶極矩過大易導(dǎo)致激子解離（非輻射復(fù)合），因此可通過 EAS 篩選出更適合高場下穩(wěn)定發(fā)光的材料（如主體 / 客體摻雜體系）。
例如，在藍(lán)色磷光 OLED 中，通過 EAS 對比不同主體材料的 Δμ，可選擇激子束縛能更高的材料，減少電場導(dǎo)致的激子猝滅，提升器件效率。
界面電荷積累與器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化：
OLED 的界面（如電極 / 傳輸層、傳輸層 / 發(fā)光層）易因能級不匹配產(chǎn)生電荷積累，導(dǎo)致電場分布不均。EAS 可通過界面區(qū)域吸收光譜的異常變化（如特定波長吸收峰的額外偏移），直接表征界面電荷的類型（電子 / 空穴）和積累程度。
基于此，可針對性調(diào)整界面層厚度（如增加電子傳輸層厚度緩解電子積累）或引入摻雜界面層（如 LiF 修飾陰極降低注入勢壘），優(yōu)化電荷平衡，減少效率滾降。
器件老化與失效機(jī)制分析：
老化后的 OLED，其發(fā)光層或界面層的電子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化（如材料降解導(dǎo)致能級偏移、缺陷態(tài)增多）。通過對比新鮮器件與老化器件的 EAS 光譜，可觀察到斯塔克位移減?。ū砻麟妶龇植季鶆蛐韵陆担┗蛐挛辗宄霈F(xiàn)（表明缺陷態(tài)形成），從而定位失效根源（如發(fā)光層材料氧化、界面電荷陷阱增多）。
（2）、太陽能電池（有機(jī) / 鈣鈦礦 / 量子點(diǎn)）的電荷動(dòng)力學(xué)研究
太陽能電池的核心是光生載流子的高效分離、傳輸與收集，EAS 可揭示電場調(diào)控下的電荷行為及缺陷影響，指導(dǎo)器件效率提升。
電荷分離與傳輸效率評估：
在有機(jī)或鈣鈦礦太陽能電池中，外加電場可調(diào)控異質(zhì)結(jié)界面的電荷分離方向（促進(jìn) / 抑制）。EAS 通過檢測光生激子吸收峰的 “漂白程度"（吸收強(qiáng)度下降），可反映激子解離為自由載流子的效率 —— 漂白越強(qiáng)，說明電場促進(jìn)電荷分離的效果越顯著，反之則可能存在電荷復(fù)合嚴(yán)重的問題。
例如，在鈣鈦礦 / PCBM 異質(zhì)結(jié)中，EAS 可觀察到鈣鈦礦的激子吸收峰隨電場增強(qiáng)而持續(xù)漂白，證明界面電荷轉(zhuǎn)移效率高，為異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。
缺陷態(tài)識別與鈍化效果驗(yàn)證：
鈣鈦礦或量子點(diǎn)太陽能電池中的缺陷態(tài)（如空位、晶界陷阱）會(huì)捕獲載流子，導(dǎo)致非輻射復(fù)合。EAS 可通過電場下缺陷態(tài)相關(guān)的 “特征吸收峰"（如鈣鈦礦中 Pb2?缺陷對應(yīng)的吸收峰）強(qiáng)度變化，定量缺陷態(tài)濃度。
當(dāng)引入鈍化劑（如甲脒碘、硫脲）后，若 EAS 檢測到缺陷吸收峰減弱，說明鈍化劑有效 passivate 了缺陷，可直接驗(yàn)證鈍化工藝的有效性。
界面電場分布與異質(zhì)結(jié)設(shè)計(jì)：
太陽能電池的異質(zhì)結(jié)界面（如鈣鈦礦 / 空穴傳輸層、量子點(diǎn) / 電子傳輸層）電場分布直接影響電荷轉(zhuǎn)移。EAS 通過分析不同界面區(qū)域的斯塔克位移差異，可繪制界面電場分布圖譜 —— 若某區(qū)域位移異常小，說明該區(qū)域電荷積累導(dǎo)致電場被屏蔽，需調(diào)整界面層能級匹配（如更換更高功函數(shù)的空穴傳輸材料）。
（3）、半導(dǎo)體器件（FET / 功率器件）的載流子與界面態(tài)分析
EAS 可非破壞性地探究半導(dǎo)體器件溝道區(qū)的載流子行為及界面態(tài)，彌補(bǔ)電學(xué)測試（如 I-V 曲線）無法提供微觀電子結(jié)構(gòu)信息的不足。
場效應(yīng)晶體管（FET）的溝道載流子調(diào)控：
在有機(jī)或無機(jī) FET 中，柵壓調(diào)控溝道內(nèi)載流子（電子 / 空穴）的積累量。EAS 通過檢測溝道材料吸收光譜的變化（如半導(dǎo)體的帶間吸收峰偏移），可定量溝道載流子濃度（與斯塔克位移大小正相關(guān)），并評估載流子遷移率 —— 位移隨柵壓線性變化，說明載流子遷移率穩(wěn)定，無明顯陷阱態(tài)。
例如，在石墨烯 FET 中，EAS 可觀察到狄拉克點(diǎn)附近的吸收峰隨柵壓移動(dòng)，直接反映費(fèi)米能級的變化，為石墨烯摻雜調(diào)控提供依據(jù)。
功率半導(dǎo)體器件的電場分布與擊穿機(jī)制：
功率器件（如 SiC MOSFET、GaN HEMT）的擊穿性能與內(nèi)部電場分布密切相關(guān)。EAS 可在器件反向偏壓下，通過檢測不同區(qū)域的斯塔克位移，繪制器件內(nèi)部的電場分布 —— 若某區(qū)域位移突然增大，說明該區(qū)域電場集中，是擊穿的薄弱點(diǎn)（如氧化層缺陷處）。
基于此，可優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)（如采用場板設(shè)計(jì)分散邊緣電場），提升擊穿電壓和可靠性。
器件界面態(tài)密度表征：
半導(dǎo)體器件的界面態(tài)（如 SiO?/Si 界面的懸掛鍵）會(huì)捕獲載流子，影響器件開關(guān)速度和穩(wěn)定性。EAS 通過施加低頻交變電場，觀察吸收光譜的動(dòng)態(tài)變化（如吸收峰強(qiáng)度的周期性波動(dòng)），可計(jì)算界面態(tài)的俘獲 / 釋放載流子的速率，從而定量界面態(tài)密度 —— 波動(dòng)幅度越大，說明界面態(tài)密度越高，需通過退火等工藝優(yōu)化。
（4）、電吸收調(diào)制器設(shè)計(jì)與優(yōu)化
電吸收調(diào)制器（EAM）：基于半導(dǎo)體激子吸收效應(yīng)的光信號調(diào)制器件，核心物理機(jī)制包括量子限制斯塔克效應(yīng)（QCSE）和Franz-Keldysh效應(yīng)。
調(diào)制性能：EAM調(diào)制帶寬可達(dá)56GHz，支持2.5Gbit/s至100Gbit/s傳輸速率，廣泛應(yīng)用于高速光纖通信中的信號調(diào)制編碼。
器件集成：EAM與DFB激光器單片集成形成電吸收調(diào)制激光器（EML），應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心互連、城域網(wǎng)及波分復(fù)用系統(tǒng)。
3、產(chǎn)品主要測試功能特點(diǎn)
電場誘導(dǎo)吸收光譜(EIEAS)
l 通過施加外部電場，誘導(dǎo)樣品吸收光譜變化；
l 適用于研究電場對材料能帶結(jié)構(gòu)的影響；
l 可用于帶隙測定、激子態(tài)研究等。
電荷注入吸收光譜(CIEAS)
l 通過注入電荷，測量材料吸收光譜的變化；
l 用于分析電荷注入效率和界面電荷行為；
l 適用于光電子器件特性表征。
電荷調(diào)制吸收譜(CMAS)
l 通過周期性調(diào)制電荷濃度，測量吸收光譜的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；
l 用于研究電荷在材料中的傳輸、俘獲和釋放動(dòng)力學(xué)特性；
l 是電吸收光譜技術(shù)的重要擴(kuò)展。
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