Lo stage a temperatura moderata è configurato per essere illuminato da una sorgente di illuminazione esterna attraverso una finestra di silice di grado UV al fine di eseguire misurazioni della fotoconducibilità spettrale e fotoemissione totale.
Lo stage di temperatura elevata è configurato per essere illuminato da una sorgente di illuminazione esterna attraverso una finestra in MgF2 (trasparente nel visibile), particolarmente indicato per la caratterizzazione di materiali che sfruttano la photon-enhanced thermionic emission (PETE).
Completa la dotazione della camera un vasto assortimento di strumentazione utile alla caratterizzazione elettrica, quali picoammetri (HP4140B, Keithley 487), sorgenti di tensione e di corrente (Keithley 6220), elettrometri e source meter (Keithley 6517A, 617, 2440), nano-voltmetri (Keithley 2182), generatori d’onda (Keithley 3390), analizzatori di impedenza e di fase (Solartron 1255, 1260, HP 4192A, HP 4275A).
SPECIFICHE TECNICHE
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Pressione base 10-7 mbar;
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3 stage di riscaldamento: bassa temperatura (fino a 600°C), media temperatura (fino a 1000°C), alta temperatura (fino a 1800°C);
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Riscaldamento con laser a diodo Lumics LuOcean P2 (potenza massima di radiazione in onda continua di 250 W e lunghezza d'onda di 808 nm)
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Caratterizzazione elettrica dei campioni in funzione della temperatura;
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Possibilità di illuminazione con sorgente esterna sugli stage a temperatura moderata e elevata.
TECNICHE DISPONIBILI
VTEC - Impedance spectroscopy
La spettroscopia di impedenza è uno strumento molto utile per studiare le proprietà dielettriche e di trasporto di materiali complessi. L'obiettivo sperimentale è misurare i contributi di resistenza, capacità e induttanza forniti da un materiale o da un dispositivo quando viene applicato un ingresso elettrico modulato nel tempo.
L'input elettrico applicabile può essere:
- Bias DC fino a 20 V
- Il segnale di polarizzazione AC può arrivare fino a 1 V picco-picco
- Frequenza di modulazione fino a 20 MHz.
Le misurazioni possono essere eseguite nello stage a temperatura moderata fino a 600 °C.
VTEC - Four-point-in-line probe in T @ 600 °C
La sonda a quattro punti in linea è una tecnica per derivare la resistenza dello strato di un film e, se lo spessore è noto, la sua resistività. I punti esterni della sonda iniettano una data corrente, mentre quelli interni misurano la caduta di tensione corrispondente. In questo modo viene esclusa dalla misura qualsiasi resistenza di contatto e resistenza in serie che non sia il film sotto test.
La polarizzazione dell'ingresso elettrico è caratterizzata da:
- Correnti da pA a mA;
- Tensione misurabile da nV a 100 V,
- Resistenza massima di 108 Ω.
Le misurazioni possono essere eseguite in modalità di contatto continuo fino alla temperatura di 250 °C e in modo intermittente (la sonda può essere traslata verticalmente) nello stage a temperatura moderata fino a 600 °C.
VTEC - Van der Pauw electrical characterization @ RT
La configurazione Van der Pauw ha lo scopo di misurare la resistenza di strato di un film e si differenzia dalla sonda collineare a 4 linee per la geometria, poiché prevede una simmetria speculare lungo le due direzioni del piano del film. Tali misurazioni sono eseguite a temperatura ambiente in aria.
VTEC - Thermionic electron emission
Le misurazioni di emissione termoionica possono essere eseguite fino a 1000 o 1800 °C, a seconda del tipo di stage usato, per caratterizzare la capacità di emissione di elettroni di un materiale in modo da derivarne la funzione di lavoro e la costante di Richardson. Anche il comportamento dei collettori termoionici può essere caratterizzato su uno stadio combinato, in grado di raggiungere temperature <500 °C.
Caratteristiche corrente-tensione complete possono essere ottenute regolando la tensione di polarizzazione dal regime di rallentamento a quello di accelerazione degli elettroni emessi.
Illuminando il campione nello stage ad alta temperatura attraverso una finestra al fluoruro di magnesio o due fibre ottiche, è possibile eseguire misure photon-enhanced thermionic emission fino a circa 800 °C.
VTEC - Spectrally resolved total photoemission yield
L'abbinamento con una lampada al deuterio e un monocromatore consente l'illuminazione dello stage a temperatura moderata con una radiazione a lunghezza d'onda compresa tra 190 e 550 nm.
Un anodo a griglia raccoglie gli elettroni emessi, consentendo così di stimare l'efficienza quantica di emissione del materiale, il valore della funzione di lavoro e l'affinità elettronica nel caso di semiconduttori.
CAMPIONI
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Dimensioni massime laterali:
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20x20 mm2 (stage a temperature moderata);
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100 mm di diametro (stage a temperature elevata)
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50 mm di diametro (stage a temperature ultra-elevata)
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UTILIZZATO PER
- Semiconduttori a larga band gap;
- Semiconduttori III-V;
- Metalli refrattari;
- Celle fotovoltaiche;
- Sistemi ibridi Termoionico-fotovoltaici;
- Sistemi basati su photon-enhanced thermionic emission.
ESEMPI APPLICATIVI
Photovoltaic Anodes for Enhanced Thermionic Energy Conversion
Si veda: Riferimenti: A.Bellucci et al., ACS Energy Lett. 5 (2020) 1364-1370