1、半導(dǎo)體材料吸收光譜測試分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)、半導(dǎo)體材料禁帶寬度的測量原理與方法。2 .掌握紫外可見分光光度計(jì)的構(gòu)造、使用方法和光吸收定律。二、實(shí)驗(yàn)儀器及材料紫外可見分光光度計(jì)及其消耗品如笊燈、鴇燈、繪圖打印機(jī)，玻璃基ZnO薄膜。三、實(shí)驗(yàn)原理1 .紫外可見分光光度計(jì)的構(gòu)造、光吸收定律UV762雙光束紫外可見分光光度計(jì)外觀圖：（1）儀器構(gòu)造：光源、單色器、吸收池、檢測器、顯示記錄系統(tǒng)。a.光源：鴇燈或鹵鴇燈一一可見光源，3501000nm；氫燈或笊燈一一紫外光源，200360nm。b.單色器：包括狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件色散元件：棱鏡一一對(duì)不同波長的光折射率不同分出光

2、波長不等距；光柵一一衍射和干涉分出光波長等距。c.吸收池：玻璃一一能吸收UV光，僅適用于可見光區(qū)；石英一一不能吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū)。要求：匹配性（對(duì)光的吸收和反射應(yīng)一致）d.檢測器：將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置。如：光電池、光電管（紅敏和藍(lán)敏）、光電倍增管、二極管陣列檢測器。紫外可見分光光度計(jì)的工作流程如下：吸收池檢測器顯示光源單色器雙光束紫外可見分光光度計(jì)則為:雙光束雙光束紫外可見分光光度計(jì)的光路圖如下:(2)光吸收定律透射光It單色光垂直入射到半導(dǎo)體表面時(shí)，進(jìn)入到半導(dǎo)體內(nèi)的光強(qiáng)遵照吸收定律:Ix=一ItdloeIo：入射光強(qiáng)；IX：透過厚度X的光強(qiáng)；It：透過膜薄的光強(qiáng)；a：材料

3、吸收系數(shù)，與材料、入射光波長等因素有關(guān)。透射率T為:1t-：d一二e則ln(1/T)=lne:d=；d即半導(dǎo)體薄膜對(duì)不同波長九i單色光的吸收系數(shù)為：ln(1/TJ2 .吸收光譜、半導(dǎo)體材料的能帶結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體材料禁帶寬度的測量(1)吸收光譜以不同波長九i單色光入射半導(dǎo)體ZnO薄膜(膜厚d為593nm),測量透射率Ti,由式(3)計(jì)算吸收系數(shù)a;由E=hv=hc/A計(jì)算光子能量Ei,其中，v是頻率，c是光速(c=3.0X017nm/s),九i是波長(nm),h是普朗克常數(shù)=4.1361015eVs然后以吸收系數(shù)a對(duì)光子能量E作圖，得到如下的吸收光譜圖:Photonenergy(eV)(2)半導(dǎo)體材

4、料的能帶結(jié)構(gòu)滿帶禁帶價(jià)帶空帶導(dǎo)帶各個(gè)能級(jí)都被電子填滿的能帶;兩個(gè)能帶之間的區(qū)域其寬度直接決定導(dǎo)電性，禁帶的寬度稱為由最外層價(jià)電子能級(jí)分裂后形成的能帶(一般被占滿)；所有能級(jí)都沒有電子填充的能帶；未被電子占滿的價(jià)帶空帶、帶隙;導(dǎo)體：(導(dǎo))價(jià)帶電子禁帶價(jià)帶禁帶滿帶絕緣體：無價(jià)帶電子，禁帶太寬半導(dǎo)體：價(jià)帶充滿電子，禁帶較窄（3）半導(dǎo)體材料禁帶寬度的測量本征吸收：半導(dǎo)體吸收光子的能量使價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，在價(jià)帶中留下空穴，產(chǎn)生等量的電子與空穴，這種吸收過程叫本征吸收。產(chǎn)生本征吸收的條件：入射光子的能量（hv）至少要等于材料的禁帶寬度Ego即hvEg根據(jù)半導(dǎo)體帶間光躍遷的基本理論（見有關(guān)半導(dǎo)體物理書

5、籍），在半導(dǎo)體本征吸收帶內(nèi)，吸收系數(shù)與光子能量hv又有如下關(guān)系：22（:h）=A（h-Eg）（4）式中hv為光子能量；Eg為帶隙寬度；A是常數(shù)。由此公式，可以用（蟲2對(duì)光子能量hv作圖，如下：Photonenergy(eV)然后在吸收邊處選擇線性最好的幾點(diǎn)做線形擬合，將線性區(qū)外推到橫軸上的截距就是禁帶寬度Eg,即縱軸（出2為0時(shí)的橫軸值h,如下圖所示：Photonenergy(eV)四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .開機(jī)并自檢2 .將制備的ZnO薄膜和空白樣置光路中，在主菜單中選擇“光譜測量”3 .在“光譜測量”菜單中設(shè)測量模式：T掃描范圍：370410nm記錄范圍：0.000%120%掃描速度：中采樣間隔：

6、0.1掃描次數(shù)：1顯示模式：連續(xù)按“Start”鍵。掃描。顯示圖譜后按“F3”存貯圖譜并命名。按“F4”。4 .在主菜單中選擇“數(shù)據(jù)處理”，按“F2”調(diào)用剛剛存貯的圖譜，用“多點(diǎn)采集”采集370410nm內(nèi)每隔2nm的透射率T數(shù)據(jù)（即372、374、376、408、410nm）,記錄之。五、數(shù)據(jù)處理-_ln（1/Ti）一，一、，i.一E.=h、=hc/1根據(jù)公式d和Eihhc/i計(jì)算a、hV和（小92,用（蟲2對(duì)光子能量hv作圖（用Origin作圖）。然后在吸收邊處選擇線性最好的幾點(diǎn)做線形擬合，將線性區(qū)外推到橫軸上的截距就是禁帶寬度Eg,即縱軸Y為0時(shí)的橫軸值X。附Origin作圖方法示例（在Origin上的具體操作）：1 .先用dataselector鍵選擇吸收邊上的最好的幾點(diǎn)。本次從右到左，（本例選取第10,11,12三點(diǎn)。）2.在Tools菜單鍵中選用LinearFit鍵，彈出一個(gè)選擇框，在Points改