광-전기 측정

광-전기는 광학 및 전자 재료와 장치 속성을 결합하여 빛을 감지, 생성 및 제어합니다. 광전기는 LED, 레이저 다이오드, 포토다이오드 및 태양 전지를 포함한 광범위한 응용기술을 포괄합니다. 한편으로는 광전기 장치를 전기적으로 제어하여 LED와 같이 광학 출력을 발생시키며, 다른 한편으로는 장치를 광학적으로 여기(excitation)시켜 포토다이오드에서 얻은 것과 같은 전기 신호를 발생시킵니다. 광전기 장치는 반도체 기반이며 주로 전자-광자 변환 원리에 따라 작동합니다. 반도체의 에너지 갭은 장치의 광 여기 에너지 크기를 설정합니다.

중요한 것은 에너지 갭이 특정 응용기술에 맞게 조정되고 엔지니어링 될 수 있다는 것입니다. 그림에서 고려한 바와 같이 투명도가 높고 에너지 가변성이 우수한 그래핀 기반 소자의 경우 소자의 치수를 줄이거나(예: 나노 리본 및 양자점), 이중층 그래핀(~0.25eV 에너지 갭)을 사용함으로서 밴드갭을 유도할 수 있습니다.

이 그림은 그래핀 기반 장치를 레이저 광을 이용하여 광학적으로 여기시키고 이후에 장치의 전압 강하 또는 광검출기의 전류 출력을 측정하는 실험을 보여줍니다. 이러한 유형의 측정은 잡음이 많은 환경에서 진행되기에, 신호가 광학 도메인에서 전기 도메인으로 또는 그 반대방향으로 변환될 때 측정이 훨씬 더 어렵습니다. 락인앰플리파이어로 레이저 광 여기를 변조하고 전기적 응답을 모니터링하면 유해한 잡음 영향이 줄어듭니다. 실제로, 광 여기는 종종 매우 작은 응답을 생성하므로 입력 노이즈가 낮은 락인앰플리파이어를 이용하여 측정 할 수 있습니다. 이러한 종류의 측정은 광학적으로 깨끗한 환경에서 수행되어야 합니다; 실온에서 수행되거나 또는 광전기 시스템을 위해 특별히 설계된 저온 유지 장치를 사용하여 저온에서 수행할 수 있습니다. 광 변조 주파수와 락인 기준 주파수가 동일하게 작동하기 위해 락인의 기준 출력을 사용하여 레이저를 제어하거나 레이저 소스의 기준 신호를 락인앰플리파이어에 제공할 수 있습니다. 그림에 표시된 설정에서 장치의 전기적 특성은 백 게이트 전극에 Aux 출력으로 DC 오프셋을 적용하여 조정됩니다.

변조 주파수는 주로 장치의 모빌리티, 광학 특성 및 주변 잡음에 따라 달라집니다. 저주파 잡음이 영향을 미치지 않도록 초퍼를 이용해 수 kHz 범위의 주파수로 레이저 광을 변조하여 측정 할 수 있습니다. 광검출기와 같은 장치는 수백 kHz에서 작동하는 반면 모빌리티가 높은 재료는 MHz 범위에서 작동합니다. 따라서 500kHz까지 기본 작동 범위를 가지고 주파수 확장이 5MHz까지 가능한 MFLI Lock-in Amplifier는 탁월한 선택이 될 수 있습니다.

많은 현장 업그레이드 옵션 덕분에 단일 MFLI Lock-in Amplifier 기기로 위에서 설명한 모든 측정을 수행할 수 있습니다.

• 설정의 복잡성을 줄이고 시간을 절약하십시오. 하나의 MFLI에 MF-MD 다중 복조기 와 MF-MOD AM/FM 변조 옵션 을 추가하여 광학 및 전기 장치를 동시에 제어할 수 있습니다. 이 두 가지 옵션 을 함께 사용하면 하나 또는 두 개의 입력과 두 개의 내부 또는 외부 기준 주파수로 전기 및 광학 신호의 상호 변조를 측정할 수 있습니다.
• 셋업을 변경하지 않고 광전기 장치에 사용되는 반도체 접합을 특성화하고 접합 특성에 대한 인사이트를 얻으려면 MF-IA 임피던스 분석기 옵션으로 락인앰플리파이어를 업그레이드하십시오. 이렇게 한다면 재료 특성화 단계와 장치 성능 단계 간에 장치를 전환할 필요가 없습니다.

• MF-DIG 디지타이저 옵션의 기능 덕분에 VNA 또는 기타 장치를 셋업에 연결할 필요 없이 광학 및 전기 출력의 동시 노이즈 측정으로 장치 특성화를 완료할 수 있습니다.
• 포함된 LabOne 소프트웨어로 측정 결과를 완벽하게 제어하십시오. 이 소프트웨어는 시간 및 주파수 영역 신호 분석에 대한 완전한 개요를 제공하도록 설계되었으며, 스코프, 실시간 데이터 플로터, 스펙트럼 분석기 및 다중 매개변수 데이터 취득 을 위한 DAQ 모듈과 같은 다양한 툴킷을 포함하고 있습니다 .