【中國儀器儀表網(wǎng) 專題推薦】半導(dǎo)體是指常溫下導(dǎo)電性能處于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料，具有一定的帶隙。通過采用適宜的光激發(fā)半導(dǎo)體材料，能使其激發(fā)價帶的電子到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子與空穴對，而導(dǎo)帶低端與價帶頂端能量差距就是帶隙大小。通過對半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)的測試，能對其光電性能進(jìn)行解析。采用紫外可見漫反射光譜(UV-Vis DRS)測試是計(jì)算帶隙值的一種方法。

采用儀器儀表設(shè)備-天美紫外可見分光光度計(jì) UV2600+積分球 IS2600 可以進(jìn)行半導(dǎo)體材料禁帶寬度計(jì)算，能對半導(dǎo)體粉末材料進(jìn)行漫反射測試，并反應(yīng)材料的電子結(jié)構(gòu)信息和光吸收性能等。

紫外可見漫反射測試及帶隙計(jì)算示例

以粉末樣品為例，采用天美 UV2600 紫外可見分光光度計(jì)和 IS2600 積分球測試，積分球粉末池有正反兩個凹槽的設(shè)計(jì)，分別能滿足常規(guī)樣品量和微量樣品的測試，而且粉末池凹槽上面有石英窗，避免了樣品粉末可能掉入儀器或積分球內(nèi)導(dǎo)致出現(xiàn)污染的情況出現(xiàn)。

先用標(biāo)準(zhǔn)白板進(jìn)行基線測試(R%模式)，然后對樣品進(jìn)行漫反射測試，得到樣品的紫外可見漫反射光譜。

由漫反射定律也即Kubelka – Munk 函數(shù)可知：

F(R) = (1-R)2 / 2R = K / S

這里R, K, S 分別代表樣品的反射系數(shù)，吸收系數(shù)和散射系數(shù)

另外，基于Tauc, Davis 和Mott 等人提出的公式，俗稱 Tauc plot：

(hν*α)n = A(hν - Eg)

其中，h 為普朗克常數(shù);ν 為頻率;A 為常數(shù);α 為吸收指數(shù);Eg 為半導(dǎo)體禁帶寬度

這里的 n 對于間接帶隙型半導(dǎo)體 n=1/2;對于直接帶隙型半導(dǎo)體 n=2

F(R∞)正比于吸收系數(shù)α，在Tauc方程中可以用 F(R∞)代替 α，因此，上式可轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/span>

[F(R)*hv]n = A(hv - Eg)

然后以 hv 為橫坐標(biāo)，(F(R∞)*hv)n 為縱坐標(biāo)畫圖，當(dāng)(F(R∞)*hv)n = 0 時，對應(yīng)的橫坐標(biāo) hv 即為Eg值的大小。如下圖某直接型半導(dǎo)體材料示例：

具體數(shù)據(jù)處理方法示例：

根據(jù) UV-Vis DRS 數(shù)據(jù)(橫坐標(biāo)為波長，縱坐標(biāo)為反射率)，見下面表格，那么：

橫坐標(biāo)就轉(zhuǎn)換為D列數(shù)據(jù)：hv=1240/波長，單位為 eV

縱坐標(biāo)就轉(zhuǎn)換為F列數(shù)據(jù)，F(xiàn)(R∞) = (1-R)2 / 2R，其中R為反射率數(shù)值，也即是表格中B列/100 得到

由表格數(shù)據(jù)可得到縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的關(guān)系圖，根據(jù)直線外推法與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)即為 Eg值。