表麵光電壓是固體表（biǎo）麵的光（guāng）生伏特效應，是光致電子躍遷的（de）結果。表麵光電壓的研究始於20世紀40年代末諾貝爾獲獎者Brattain和Bardeen的工作，之後這（zhè）一（yī）效應作為光譜檢測技術應用於半導體材料的特征參數和表麵特性研究（jiū）上，這種光譜技術被稱（chēng）為表（biǎo）麵（miàn）光電壓技術（Surface Photovoltaic Technique，SPV）或表麵光（guāng）電壓譜（Surface Photovoltage Spectroscopy，簡稱（chēng）SPS）。^[8,9]表麵（miàn）光電壓技術是一種研究半（bàn）導體特征參數的極佳途徑，這種方法是通（tōng）過對材料光致表麵電壓的改變進行分析來（lái）獲得相關（guān）信息的。1973年，表麵光電壓研究獲得重大突破，美國麻省理工學院Gatos教授領導的研究小組在用低於禁帶寬度能量的光照CdS表麵時曆史性的（de）第一次獲得入射光（guāng）波長與表麵光電（diàn）壓（yā）的譜（pǔ）圖，並以（yǐ）此來確定表麵態的能級，從而形成了表麵光電壓譜這一新的研究測試手段。^[10,11]

SPS作（zuò）為一種（zhǒng）光譜技（jì）術具有許多優點：^[7]第一，它是一種作（zuò）用光譜，可以在不（bú）汙染樣品、不破壞樣品形貌的條件下直接進（jìn）行（háng）測試（shì），也可測定那些在透射光譜儀上難以測（cè）試的光學不透明樣品（pǐn）；第二，SPS所檢測的信息（xī）主要反映的是樣品（pǐn）表層（一般是幾十納米）的性質，因此受基底的（de）影響較弱，這一點對於光敏材料（liào）表麵的性（xìng）質（zhì）及界麵電子過程研究顯然很（hěn）重要；第三，由於SPS的原理是基於檢測由入射光誘導的表麵電荷的（de）變化（huà），因而其具（jù）有較高的靈敏度,大約是10⁸ q/cm²（或者說每10⁷個表麵原子或離子有一個單位（wèi）電荷），高於XPS或Auger電子能譜等標準光譜或能（néng）譜幾個數量級。表麵光（guāng）電壓譜可以給出諸如表麵能帶（dài）彎曲，表麵和（hé）體相電子與空穴複合，表麵態分布等信（xìn）息，是在光輔助（zhù）下（xià）對電（diàn）子與（yǔ）空穴分離及傳輸行為（wéi）研究的有力手段，是評價光催化（huà）材料活性的一個十分（fèn）有效的（de）方法。

那表麵光電壓是如何產生的（de）呢？當兩個具有不同功函數的材料接觸時，由於它們的化（huà）學勢不（bú）同，在界麵附近會發生相互作用（yòng），電子會從費米能級高的物（wù）體（tǐ）向費米（mǐ）能級低的物體轉移。n型半導體的費米能級比金屬的費米能級高，因此當二者接觸時，半導體中的電子向金屬運（yùn）動，直至（zhì）達到平衡狀態，從而在半導體表麵形成電子耗盡層，使得表麵能帶向上彎（wān）曲。相反的，p型半導體的費米能級比金屬的費米能級（jí）低（dī），當二者接觸時，金屬中的電子向半導體運動，半導體表麵形成空（kōng）穴耗盡層，使得表麵能帶向下彎曲。在光照（zhào）條件（jiàn）下，半導（dǎo）體將在其表麵附近產生非平衡的載流子（電子或空穴），非平衡載流子在表麵和體相內重新分布，並中和（hé）部分表麵電荷，從而使半導體表麵靜電荷發生變化。為了保持體（tǐ）係電中性，表（biǎo）麵空間電荷（hé）區的電荷會（huì）發生重新分布，相應（yīng）的表麵勢發生改變。這個表麵勢壘的改變量（liàng）即為表麵光（guāng）電壓，它的數（shù）值取決於被測樣品表麵靜電荷的變化。

能（néng）夠產生表麵光電（diàn）壓的光致電子躍遷主要有三種^[12]：帶（dài）－帶（dài）躍遷、亞帶隙躍遷及表麵吸附質（zhì）向半導體的光致電荷注入。當入射光的能量大於或等於半導體的能隙寬度時，半導體吸收光子，電子從半導體價帶向導帶躍遷產（chǎn）生電子－空穴對，在表麵勢的作用下，電子－空穴對（duì）發生分離，空間電荷重新分（fèn）布，最終結果使得表麵電荷減少，能（néng）帶（dài）彎曲變小，產生表麵光電（diàn）壓。而當入射光能量小於半導體能隙寬度時，將產生電子從價帶向表麵態的躍遷或從表麵態向導帶的躍遷（qiān），這種（zhǒng）躍遷也會（huì）使表麵電荷（hé）發生（shēng）改變，引起表麵能帶彎曲的變化，也可以（yǐ）產生表麵光電壓。另（lìng）外一種表麵光電壓的產生過程與表麵吸（xī）附質有關，由於吸附在半導體表麵的物質能夠吸收光子並與半導體進行直接或間接（jiē）電荷交換，也（yě）能引起半導體空間電荷層電荷的變（biàn）化，從而引起表麵（miàn）勢壘的變化（huà），即（jí）產生表麵光電壓。