下面以光谱测试法为例介绍半导体材料光学带隙的计算方法:
对于半导体材料,其光学带隙和吸收系数之间的关系式为[]:
ah v -B0HEg)u ( 1) .
其中a为摩尔吸收系数, h为普朗克常数,v为入射光子频率,B为比例常数,Eg
为半导体材料的光学带隙,m 的值与半导体材料以及跃迁类型相关:
推导1:根据朗伯比尔定律可知:
A=ab c?(2)
其中A为样品吸光度,b 为样品厚度,c为浓度,其中be为一常数,若
B1=(B/be)1/m,则公式(1)可为:
(Ahv1)m=B1(hv-Eg) (3)
根据公式(3),若以hv值为x轴,以(Ah v )1/m值为y轴作图,当y=0时,反向延
伸曲线切线与x轴相交,即可得半导体材料的光学带隙值Eg。
禁带宽度是半导体的一个重要特征参量,其大小主要决定于半导体的能带结构,即与晶体结构和原子的结合性质等有关。禁带 宽度的大小实际上是反映了价电子被
束缚强弱程度的一个物理量,也就是产生本征激发所需要的最小能量。
禁带宽度可以通过电导率法和光谱测试法测得,为了区别用电导率法测得禁带宽度值,用光谱测试法测得的禁带宽度值又叫作光学带隙。
为了区别用电导率法测得的禁带宽度,用光吸收法测得的禁带宽度又叫光学带隙。本征吸收过程吸收光的能量大于等于带隙的大小。可以通过吸收光的能量求算带隙。
紫外可见分光计的定量基础是朗伯比尔定律:吸光度与厚度呈正比。
对于半导体吸收边和吸收系数呈一定的关系:aE=A(E-Eg)m;两边同时取对数:ln(aE)=lnA+mln(E-Eg)
m的取值和半导体带隙的种类有关;A是常数,所以(aE)1/m与hv作图可以得到吸收边,吸收边延长至aE=0处可以得到光学带隙Eg
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