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a060509659金虫 (小有名气)
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怎么从UPS得到半导体价带和费米能级位置 已有1人参与
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| 怎么从UPS得到价带和费米能级相对于真空能级位置，看了很多文献，感觉说法不一样，求解惑 |
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a060509659: 金币+10, ★★★★★最佳答案, 很详细，谢谢！ 2018-07-11 20:31:24
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任何测量都是比较。都需要一个参照物，能级测定也一样。功函数WF=hv-谱宽度=hv-(SEC-Ef) （Binding Energy 模式下）。 首先，要校准仪器的费米能级，一般用洁净的Au或Ag或C样品的某一稳定的核心能级标定（如Au 4f 7/2或Au 4f 5/2）。频繁使用或长期未校准的设备其Ef位置可能会严重偏离0，那么测出来的结果就会存在一个大的系统误差！ 在确认仪器的费米能级在零点的情况下，确认激发光子的能量hv（有He I 21.22 eV的也有He II 40.8 eV)，这个基本参数必须搞清楚；然后，观察测得的能谱数据是Binding Energy 还是Kinetic energy (两者等价，一个以待测样品的光电子在材料中的结合能为标准，一个以激发出来的这个光电子的动能为标准，数学上只需做一个简单变换即可)。如果是后者，功函数直接从图上读取（随着动能从零开始增加谱信号开始显著增强的抬头处动能值刚好对应材料功函数），费米边Ef-Ev则对应到高动能侧谱信号开始增强的抬头处到K.E.=hv的动能差值。如果是前者，则正好相反，二次电子截至边SEC在高BE.侧而费米边在低B.E.侧。对于费米能级在零点的能谱（校准过的且未加偏压），WF=hv-SEC。实际测量中，为保证测量SEC的精度，样品上会施加-5 或-10V的直流偏压。在计算功函数时，能谱应该先整体平移回来还原到零偏压的状态（加负偏压侧得的能谱整体向低结合能方向平移，Ef为负值）再利用上述公式，只需在原能谱数据上+5 eV或+10 eV即可。 总结下来就是，用标准样品先确定仪器的费米能级，再将加偏压的能谱平移回到零偏压的状态，再利用最简单的公式WF=hv-SEC即可算出功函数。 值得注意的是，SEC和费米边Ef-Ev的确定具有较大的随意性，实际误差就差不多0.1 eV了。所以，个人感觉UPS测试结果的误差还是蛮大的（大约±0.1 eV）。建议加一些辅助测试如KPFM和C-V等来进一步佐证测量结果。 此外，UPS测功函数不是万能的，对于导电性较好的样品如金属和半导体材料，测试结果较为可靠。而对于导电性很差的样品，可能会测出完全错误的结果！（如低掺杂的半导体材料可能测出费米能级在禁带之外！）并且要注意到，UPS测试采集到的都是很表层的信息，注定很容易受到空气吸附等因素的影响。 |
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lyc19921215
2楼2018-07-10 06:35:03
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