English Title: Influence of UV- and visible light on Titania surfaces observed by a time- and place identical IR-spectroscopic, electrical and temperature measurement

Preview

PDF, German Download (3MB) | Terms of use

Abstract

Das Halbleitermaterial Titandioxid (TiO2) baut unter UV-Bestrahlung adsorbierte organische Substanzen ab und wird u.a. für die Beseitigung von organischen Umweltgiften intensiv erforscht. Am Beispiel des Malonsäureabbaus wurde versucht, die Zwischenschritte des komplexen Prozesses durch infrarotspektroskopische Oberflächenuntersuchungen im Subsekundenbereich zu erklären, um effizientere Systeme zu ermöglichen. Hierfür ist es notwendig, das Verhalten UV-Photonen-angeregter Elektronen mit Zwischenprodukten zu vermessen, um Zusammenhänge zu den kurzlebigen Spezies zu erklären. Ein multimodularer Aufbau bestehend aus einem Infrarotspektrometer mit Reflexionseinsatz, einem Messsystem zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit und der Temperatur wurde konzipiert, um an einer mit Drähten verpressten TiO2-Oberfläche zeit- und ortsgleiche Messungen durchzuführen. Nach Charakterisierung des Aufbaus liegen temperaturbereinigte Daten vor, die den Einfluss von sichtbaren- und UV-Licht auf das elektronische Verhalten der Probe erklären und einen Vergleich zu den IR-Spektren ermöglicht. Das Anlegen eines externen elektrischen Feldes führte nachweislich zu einer Minimierung der Rekombination von UV-angeregten Elektronen und Löchern und beeinflusste oberflächengebundene Ladungsträger.

Translation of abstract (English)

Titania (TiO2), a semiconductor, is widely under investigation due to its capability to decompose environmental organic pollution under UV-irradiation. The original aim of this work was the analysis of the complex degradation of malonic acid including the intermediate steps occurring in sub second timescales by Infrared(IR)-surface spectroscopy and thereby enabling the development of more sophisticated devices. To achieve this it is generally necessary to characterize the interaction of UV-photon generated electrons with process products. A multi module setup was built consisting of an IR-spectrometer with a reflection unit, a system for measuring electrical conductivity and temperature. Time- and space identical measurements were performed on a TiO2 pill embedded with wires. By characterizing the setup in detail it was possible to gain temperature corrected data. This correction enabled the explanation of the influence of visible and UV-light on the electronical behavior of the sample and providing a comparison to corresponding IR-spectra. An external electrical field decreased the extend of recombination of UV-induced electrons and holes and influenced shallow trap charge carriers.