La spectroscopie de phototension de surface (SPS) résolue en temps ou modulée en fréquence repose sur une mesure résolue en temps ou modulée en fréquence de la dépendance spectrale de la phototension de surface (SPV). Il s'agit d'une méthode de caractérisation puissante, non destructive et sans contact. Elle est principalement utilisée pour étudier les transitions électroniques et les propriétés optiques des matériaux massifs, des couches minces et des hétérostructures. Une sensibilité élevée et la possibilité d'effectuer des mesures à température ambiante constituent les principaux avantages de la méthode SPV. Un autre avantage réside dans le fait qu'il n'est pas nécessaire de préparer un contact frontal sur l'échantillon étudié. En général, il n'est pas nécessaire de préparer l'échantillon pour la mesure, ce qui permet d'étudier l'échantillon dans des conditions de fonctionnement ou de traitement, sur une large plage de températures et dans différentes conditions atmosphériques. La profondeur d'information et, par conséquent, la possibilité d'extraire les propriétés du matériau massif sont limitées par la profondeur de pénétration de la lumière et la longueur de diffusion. Par rapport à d'autres méthodes spectroscopiques, telles que, sans s'y limiter, la transmission optique, la spectroscopie transitoire de niveau profond, la photoluminescence ou la spectroscopie Raman, la méthode SPS ou SPV (longueur d'onde fixe) résolue en temps/modulée en fréquence est rapide et simple, ce qui en fait un outil idéal pour les décisions relatives à la qualité des échantillons en atelier de production. Nous distinguons trois modes d'excitation différents, mais tous ont en commun le fait que l'aspect de relaxation des états dans les échantillons est résolu dans des conditions idéales.
Une mesure SPV statique est sensible à tout processus rapide ou lent conduisant à la séparation spatiale des porteurs photogénérés. L'échantillon est éclairé jusqu'à ce qu'une saturation du signal SPV soit observée, après quoi la lumière est éteinte. La mesure 1) du signal SPV statique et 2) du temps de relaxation résolu en temps fournit de nombreuses informations utiles sur l'état du matériau.
Une mesure SPV réalisée sous un éclairage modulé dans un montage à condensateurs fixes est très sensible aux faibles variations du signal SPV. De plus, seuls les signaux SPV capables de suivre la fréquence de modulation contribuent au signal mesuré. La réponse des processus dont les temps de relaxation sont bien plus longs que la période de modulation est simplement filtrée.
La mesure SPV la plus sensible qui puisse être effectuée est une mesure transitoire, dans laquelle des impulsions d'éclairage de différentes largeurs sont suivies d'une mesure en fonction du temps de la décroissance du signal SPV – de cette manière, les distances de séparation de charge de l'ordre du nanomètre peuvent être étudiées. Ceci est particulièrement important pour les processus dominés par les effets de surface ou d'effet tunnel dans le matériau.
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