常用半导体的折射率
半导体材料(基础理论)
Xiong Zhengye
电子的共有化运动
当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内 外各电子壳层之间就有一定程度的交叠，相邻原 子最外层交叠最多，内壳层交叠较少。原子组成 晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局 限在某一原子上，可以由一个原子转移到相邻的 原子上去，因而，电子可以在整个晶体中运动， 这种运动称为电子的共有化运动。 电子只能在相似壳层间转移； 最外层电子的共有化运动最显著；
1s
The electronic structure of Si.
Guangdong Ocean University
Xiong Zhengye
但实际上，硅原子组成晶体时，其s和p轨 道将会由于sp3轨道杂化而形成杂化轨道。 Guangdong Ocean University Xiong Zhengye
Guangdong Ocean University
Xiong Zhengye
当两个原子相距很远时，如同两个孤立的原子， 每个能级是二度简并的。当两个原子互相靠近时， 每个原子中的电子除了受到本身原子势场的作用， 还要受到另一个原子势场的作用，其结果是每一个 二度简并的能级都分裂为二个彼此相距很近的能级， 两个原子靠得越近，分裂得越厉害。 当N个原子互相靠近形成晶体后，每一个N度简 并的能级都分裂成N个彼此相距很近的能级，这N个 能级组成一个能带，这时电子不再属于某一个原子 而是在晶体中作共有化运动。分裂的每一个能带都 称为允带，允带之间因没有能级称为禁带。
价带电子的总电流，就如同 一个带正电荷的粒子运动时所产 生的电流。因此，通常把价带中 空着的状态看成是带正电的粒子， 称为空穴。引入这样一个假想的 粒子----空穴后，便可以把价带 中大量电子对电流的贡献用少量 空穴表达出来。 半导体中除了导带上电子的 导电作用外，还有价带上空穴的 导电作用。
半导体材料的测试技术
半导体材料的测试技术1.电学测试技术电学测试技术是半导体材料测试的基础。
它主要包括电阻测试、电容测试、电势分布测试等。
电阻测试用于测量材料的电阻值，以判断导电性能。
电容测试则用于测量材料的电容值，以评估绝缘性能。
电势分布测试则用于测量电势在材料内的分布情况，以评估电路设计的准确性和稳定性。
2.光学测试技术光学测试技术主要用于测量材料的光学性能，例如透射率、反射率、折射率等。
这些参数对于半导体材料的功能和性能至关重要。
光学测试技术通常使用光谱仪、激光干涉仪等设备进行测量，可以精确地确定材料的光学特性。
3.结构测试技术结构测试技术主要用于测量材料的结构参数。
例如，常见的X射线衍射技术可以用来分析材料的晶体结构和晶体缺陷。
扫描电子显微镜（SEM）可以用来观察材料的微观形貌和表面形貌。
透射电子显微镜（TEM）则能够提供更高分辨率的图像，用于研究材料的纳米级结构。
4.热物性测试技术热物性测试技术主要用于测量材料的导热性能和热稳定性。
热导率测试可以测量材料导热的速度和效率，以评估材料的散热性能。
热膨胀测试可以测量材料在温度变化下的线膨胀系数，以评估材料的热稳定性。
5.电子能谱测试技术电子能谱测试技术通过测量材料中电子的能量分布，可以得到材料的成分和化学状态。
常见的电子能谱测试技术包括X射线光电子能谱（XPS）、透射电子能谱（AES）等。
这些技术可以用来分析材料的表面组成和化学键的状态，以评估材料的纯度和接触性能。
总之，半导体材料测试技术在半导体工业生产中起着至关重要的作用。
通过不同的测试技术，可以对材料的电学、光学、结构、热物性以及化学性质进行全面而详细的检测和分析。
这些测试结果有助于提高半导体材料的质量和性能，从而推动整个半导体工业的发展。
半导体材料的折射率分析
空间电荷极化
极化机理：正负离子移动 介质类型：含离子和杂质离子的介质
E
_ _
_-
+ + +
电子松弛极化：
晶格热振动 晶格缺陷 杂质 化学成分的局部改变
பைடு நூலகம்
电子能 态变化
出现禁带中 的局部能级
形成弱束缚 电子
转向极化：
发生在极性分子介质中
E0
沿外场方向取向的偶极子比和它反向的偶 极子的数目多
因此，可以通过使用不同的杂质进行掺杂，并同时控制掺杂浓度，来改 变电导率。
影响介电常数的因素
介电系数εr表示电介质的极化能力，通过分析极化作用可以量化介电系数。
电子的位移极化 极化机理：
当物质原子里的电子轨道受到外 电场 E 的作用时，其负电荷作用中心 相对于原子核产生位移，形成电矩 +
E=0
1/ 2
半导体时均匀的，所以有：
1 2 2 k r 1 1 2 2 2 2 r 0
1/ 2
*
介电常数、电导率对半导体折射率的影响
影响电导率的因素 T-σ（外在影响因素）
但对于半导体来说， 温度对半导体的电导率影 响主要是通过影响载流子 浓度，而对缺陷的影响则 相对较小。 温度越高，分子运动 越激烈，越有利于电子脱 离共价键，因而被激发出 来的“自由电子”越多， 载流子浓度也越高。
半导体材料的光学折射率大小以 及影响因素思考
半导体材料的折射率大小
半导体折射率的影响因素
15271094陈梦回 15271248黄玲
半导体折射率导出
光在各向同性的半导体中传播时，服从麦克斯韦方程组：
ald氧化锡折射率温度
ald氧化锡折射率温度
摘要：
1.氧化锡（SnO2）的基本性质
2.SnO2的ald氧化过程
3.氧化锡折射率与温度的关系
4.折射率温度系数的影响因素
5.实际应用中的考虑因素
正文：
氧化锡（SnO2）是一种常见的半导体材料，具有优良的导电性、光学性能和化学稳定性。
在许多实际应用中，如光电子器件、太阳能电池、催化剂等，都需要对氧化锡进行ald氧化处理。
本文将详细讨论氧化锡ald氧化过程中的折射率温度变化及其影响因素。
SnO2的ald氧化过程主要分为两步：首先，将SnO2薄膜沉积在基底上；然后，通过ald氧化反应将SnO2薄膜中的Sn4+氧化成Sn6+。
这一过程中，氧化锡的折射率随着温度的变化而变化。
氧化锡的折射率与温度之间的关系可以通过折射率温度系数来描述。
折射率温度系数是指材料折射率随温度变化的程度。
对于SnO2而言，其折射率温度系数受多种因素影响，包括材料本身的性质、ald氧化过程中的反应条件以及薄膜的厚度等。
在实际应用中，需要考虑氧化锡折射率温度系数的影响因素，以优化器件性能。
例如，在光电子器件中，为了保证器件在宽温度范围内具有良好的光学
性能，需要选择具有较低折射率温度系数的氧化锡材料。
此外，在太阳能电池、催化剂等领域，也需要关注氧化锡的折射率温度变化，以提高器件的稳定性和效率。
总之，氧化锡ald氧化过程中的折射率温度变化对于优化器件性能具有重要意义。
半导体物理第十章半导体的光学性质
吸收 自发吸收
受激辐射：
当处于激发态(E2)的原子收到另一个能量为(E2-E1)的光子 作用时，受激原子立刻跃迁到基态E1,并发射一个能量也 为(E2-E1)的光子。这种在光辐射的刺激下，受激原子从激 发态向基态跃迁的辐射过程，成为受激辐射。 受激辐射光子的全部特性（频率，位相，方向和偏振态等 与入射光子完全相同。 受激辐射过程中，一个入射光子能产生两个相位，同频率 的光子
透过一定厚度d的媒质(两个界面）：
T = (1− R)2 e−αd
如：玻璃，消光系数k=0 T=(1-R)2=0.962~92%
10.2 半导体的光吸收
本征吸收 直接跃迁，间接跃迁 其他吸收过程
10.2.1 本征吸收
本征吸收： 电子吸收光子由价带激发到导带的过程
条件：
hω ≥ hω0 = Eg
反射系数
R = ( n1 − n2 )2 n1 + n2
= ( n −1− ik )2 n +1− ik
=
(n −1)2 + k 2 (n +1)2 + k 2
玻璃折射率为 n~1.5，k~0, 反射率R~4% 如某一材料 n~4, k~0, 反射率为 R~36%
透射系数，透过某一界面的光的能流密度比值： T=1-R
把处于激发态E2的原子数大于处于基态E1的原子数的这种 反常情况，成为“分布反转”或“粒子数反转”。
要产生激光，必须在系统中造成粒子数反转。
粒子数反转条件
为了提高注入效率 异质结发光： PN结两边禁带宽度不等，势垒不对称。 空穴能注入N区，而电子不能注入P区。 P区为注入区，N区为发光区。
半导体物理第九章--半导体的光学性质
用透射法测定光在媒质（半导体） 中的衰减时发现, 光的衰减与光 强成正比, 若引入正比例系数α （光吸收系数）
dI I x
dx
光强在半导体媒质中的衰减规律
I x I0 expx
I0表示在表面（x=0）处入射光的强度 α的物理意义: 光入射导半导体内被吸收，使光强减小到原值 的1/e时，光波在半导体中所传播的距离即是吸收系数的倒数
本征吸收
0 :引起本征吸收的最低频率限；
cm1 100
0：本征吸收长波限
75
50
0
hc Eg
1.24eV Eg (eV )
[m]
25
0 4 8 12 16 μm
InSb的吸收谱
9.1 半导体的光吸收 9.1.2 本征吸收
3.光吸收时半导体中电子的跃迁要求
——能量守恒, 准动量守
恒。
很小
能量守恒和动量守恒E h h a E'
d2
vd
n E
n
V d
9.2 半导体的光电导 9.2.3 复合中心和陷阱对光电导的影响
高阻光电材料中典型 的复合中心对光电导 的影响:这样的材料对 光电导起决定作用的 是非平衡多数载流子, 因为非平衡少数载流 子被陷在复合中心上, 等待与多数载流子的 复合。
9.2 半导体的光电导 9.2.3 复合中心和陷阱对光电导的影响
定光照下，定态光电导Δσs（对应Δns）越大，其 光电导灵敏度也越高。
前面推导的小注入时的Δσs公式为:
s qbI nn
可以看出，如果考虑到光电导灵敏度的话，材料光 电导的弛豫时间（由寿命τ来体现）越大，光电导 的定态值也越大（即光电导灵敏度越高）。
9.2 半导体的光电导 9.2.2 定态光电导及其弛豫过程
半导体物理基础(准费米能级)
第二章半导体物理基础一般而言，制作太阳能电池的最基本材料是半导体材料，因而本章将介绍一些半导体物理的基本知识，包括半导体中的电子状态和能带、本征与掺杂半导体、pn结以及半导体的光学性质等内容。
一、半导体中的电子状态和能带1、原子的能级和晶体的能带(m)一般的晶体结合，可以概括为离子性结合，共价结合，金属性结合和分子结合（范得瓦尔斯结合）四种不同的基本形式。
晶体的结合形式半导体材料主要靠的是共价键结合。
饱和性：一个原子只能形成一定数目的共价键；方向性：原子只能在特定方向上形成共价键；共价键的特点：电子的共有化运动当原子相互接近形成晶体时，不同原子的内外各电子壳层之间就有一定程度的交叠，相邻原子最外层交叠最多，内壳层交叠较少。
原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，因而，电子可以在整个晶体中运动，这种运动称为电子的共有化运动。
电子只能在相似壳层间转移；最外层电子的共有化运动最显著；当两个原子相距很远时，如同两个孤立的原子，每个能级是二度简并的。
当两个原子互相靠近时，每个原子中的电子除了受到本身原子势场的作用，还要受到另一个原子势场的作用，其结果是每一个二度简并的能级都分裂为二个彼此相距很近的能级，两个原子靠得越近，分裂得越厉害。
当N个原子互相靠近形成晶体后，每一个N度简并的能级都分裂成N个彼此相距很近的能级，这N 个能级组成一个能带，这时电子不再属于某一个原子而是在晶体中作共有化运动。
分裂的每一个能带都称为允带，允带之间因没有能级称为禁带。
所有固体中均含有大量的电子，但其导电性却相差很大。
量子力学与固体能带论的发展，使人们认识到固体导电性可根据电子填充能带的情况来说明。
2、金属、绝缘体与半导体固体能够导电，是固体中电子在外电场作用下作定向运动的结果。
由于电场力对电子的加速作用，使电子的运动速度和能量都发生了变化。
也就是说，电子与外电场间发生了能量交换。
半导体光学4折射率
//
z,E
z,
产生二重
简并的横模上、下极化激
元, 无纵模支.
若k //
y , E //
x ,存在y方向
非简并极化激元支（因为
z方向无极化 )和y方向纵模支。
若k
z
,E
//
z ,光与振子无
耦合，因此,极化激元支和
纵模支都不会产生。
图c : 若振子仅能在z轴方向激发.
k z ,且E // z ,仅存在
③在 0 区域, 随 增加, R 减 小. 这是由于 增大，减弱了后界面
光的反射.
在 L 区域, 随 增加, R 增加.
这是由于 减弱,从而后界面光的反
射增强.
④ R 和T 谱的变化相反.
4.5邻近共振的相互作用 考虑样品存在两个相邻的共振频率
（如ZnO中 A5和B5 激子），假
设在这两个相邻的共振频率处振子
② 0.0 L 区域情况与 0 条件下有所不同.当 0, 波矢虚部没有趋于∞, 而波矢实部也
不为零. 但是由于波矢虚部大于波矢
实部,仍然是强吸收区域.
另外，群速度为负值，表示光波衰
减比传播快.
③根据非交叉原理：
极化激元的产生是源于斜率为
c
1 s
2
,
电磁场能级与横极化模 0耦合产生.
UPB: 在波矢实部，起始于 L 直线 部分也称为类光子支,但斜率为cb1 2. 在波矢虚部,存在于 0 L 区域. 当 0,波矢虚部趋于 .在 L 处， 纵模极化波通常不会与电磁波发生强 耦合.
总之,0 L 区域,无论LPB还是 UPB在波矢实部都不存在.这表示该
区域不存在任何传播模,即禁带(全反 射). 禁带区域之外,介质中都是单模 传播.另外，色散曲线的右侧实际反 应了折射率实部与ω的关系；色散 曲线的左侧实际反应了折射率虚部 与ω的关系.
半导体的光学性质和光电与发光现象
束缚在杂质能级上的电子或空穴也可以引起光的吸收。
电子可以吸收光子跃迁到导带能级；光电导灵敏度一般定义为单位光照度所引起的光电导。
复合和陷阱效应对光电导的影响少数载流子陷阱作用多数载流子陷阱作用本征光电导的光谱分布指对应于不同的波长，光电导响应灵敏度的变化关系。
杂质光电导对于杂质半导体，光照使束缚于杂质能级上的电子或空穴电离，因而增加了导带或价带的载流子浓度，产生杂质光电导。
4半导体的光生伏特效应当用适当波长的光照射非均匀半导体（pn结等）时，由于内建电场的作用（不加外电场），半导体内部产生电动势（光生电压）；如将pn结短路，则会出现电流（光生电流）。
这种由内建场引起的光电效应，称为光生伏特效应。
pn结的光生伏特效应由于pn结势垒区内存在较强的内建场（自n区指向p区），结两边的光生少数载流子受该场的作用，各自向相反方向运动：p区的电子穿过pn结进入n区；n区的空穴进入p区，使p端电势升高，n端电势降低，于是pn结两端形成了光生电动势，这就是pn结的光生伏特效应。
光电池的电流电压特性5半导体发光1.处于激发态的电子可以向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放能量。
也就是电子从高能级向低能级跃迁，伴随着发射光子。
这就是半导体的发光现象。
2.产生光子发射的主要条件是系统必须处于非平衡状态，即在半导体内需要有某种激发过程存在，通过非平衡载流子的复合，才能形成发光。
3.发光过程：电致发光（场致发光）、光致发光和阴极发光。
其中电致发光是由电流（电场）激发载流子，是电能直接转变为光能的过程。
辐射跃迁从高能态到低能态：1.有杂质或缺陷参与的跃迁2.带与带之间的跃迁3.热载流子在带内跃迁上面提到，电子从高能级向较低能级跃迁时，必须释放一定的能量。
如跃迁过程伴随着放出光子，这种跃迁称为辐射跃迁。
硅光技术原理
硅光技术原理全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：硅光技术是一种基于硅材料的光学技术，利用硅材料的特殊性质来实现光学功能。
硅材料是一种常见的半导体材料，具有优良的光学性能和电学性能，被广泛应用于光子学领域，如激光器、光纤通信、光电子器件等。
硅材料不仅具有卓越的光学性能，还具有成本低廉、制备工艺成熟、稳定性高等优点，因此成为了光子学领域的重要材料之一。
硅光技术的原理主要包括硅材料的光学特性、硅光子学器件的设计和制备工艺。
硅材料的光学特性主要包括折射率、色散、吸收系数等。
硅材料的折射率比较高，通常在1.4-4之间，这使得硅材料在光学器件中具有良好的指导性能。
硅材料的色散较小，这意味着在硅光子学器件中可以实现更加复杂的光学功能。
硅材料的吸收系数也比较低，这有利于提高光子器件的效率。
设计硅光子学器件时，需要考虑硅材料的特性，通过合理的结构设计来实现所需的光学功能。
硅光子学器件可以通过构造一定的结构，在硅材料中引入光子波导、光子晶体、光子谐振腔等结构来控制光的传播和耦合过程。
通过调控硅材料中的衍射光栅、非线性光学效应等机制，可以实现光的操控和传输。
制备硅光子学器件通常采用微纳加工技术，包括激光刻蚀、离子注入、热氧化等工艺。
激光刻蚀是一种常用的微纳加工方法，可以通过控制激光的功率和照射时间，在硅表面形成微米级的结构。
离子注入是一种改变硅材料光学性质的方法，可以在硅材料中引入不同的杂质，改变硅材料的折射率、色散等性质。
热氧化是一种在硅表面生成氧化硅层的方法，可以形成光子波导、光子晶体等结构。
硅光技术在光子学领域有着广泛的应用，如硅基光波导器件、硅基激光器件、硅基传感器器件等。
硅基光波导器件是一种利用硅材料的折射率高的特性，在硅波导中实现光的传输和操控的器件。
硅基激光器件是一种利用硅材料的光学性能，在硅芯片上实现激光发射的器件。
硅基传感器器件是一种利用硅材料的敏感性，在硅波导中实现化学、生物等物质的检测的器件。
半导体物理第10章半导体的光学性质和光电与发光现象
二、激子吸收
激子可以在整个半导体材料中运动，由于它是电中性的，因 此，激子的运动并不形成电流。
对于常用的半导体材料，其禁带宽度都比较小，因而激子能 级都靠的很近，所以，激子吸收必须在低温下用分辨率极高的仪 器设备才能观测到。
随着超晶格、量子阱结构的出现，室温下在量子阱结构中观 测到了稳定的二维激子，并利用量子阱激子的纵向电场效应，已 制备出了光学双稳态器件和光调制器件。
二、激子吸收
激子中电子与空穴之间的关系，类似于氢原子中电子与质子的关系，因 此，激子具有和孤立氢原子相同的量子化能级。
根据氢原子的能级公式，激子的束缚能为：
Eenx
=
−
q4
8ε02ε2 rh2n2
mr*
mr*
=
m*p ⋅ mn* m*p + mn*
为电子、空穴的折合质量。
n = 1,2,L, ∞
n = 1 时，为激子的基态能级 Ee1x ；
间接跃迁（非竖直跃迁）： 不遵守选择定则的跃迁。电子不仅与电磁波作用而吸收光子，同时还和晶
格交换一定的振动能量，即发射或吸收一个声子。显然，间接跃迁是电子、光 子和声子三者同时参与的过程。其能量关系为：
hv0 ± Ep = 电子能量差△E
式中Ep为声子的能量，“+” 表示吸收声子，“—” 表示发射声子。通常声子的 能量非常小，可忽略不计，即有：
在实际中，发生间接跃迁的几率比直接跃迁的几率小的多。 间接跃迁 的光吸收系数比直接跃迁的光吸收系数小很多。 直接跃迁的光吸收系数约 为104～106/cm，而间接跃迁的光吸收系数约为1～103/cm。
一、本征吸收
对于直接带隙半导体GaAs，当 hv ≥ hv0
α
GaAs
硅的柯西色散系数
硅的柯西色散系数简介柯西色散是指物质的折射率随着光的频率变化而变化的现象。
硅是一种常见的半导体材料，具有重要的光电性能。
硅的柯西色散系数是描述硅材料光学性质的重要参数之一。
本文将详细介绍硅的柯西色散系数的定义、计算方法以及其在光学器件中的应用。
定义柯西色散系数是描述物质折射率与光的频率之间关系的参数。
在柯西色散模型中，折射率n与光的频率ν的关系可以用以下公式表示：n(ν) = A + B/ν^2 + C/ν^4 + …其中A、B、C等为常数，代表不同阶次的色散项。
柯西色散系数C是指上述公式中C项的系数。
计算方法硅的柯西色散系数可以通过实验测量得到，也可以通过理论计算获得。
下面将介绍一种常用的计算方法——拟合实验数据法。
1.收集实验数据：使用光谱仪测量不同波长下硅的折射率。
测量时需要注意选择适当的波长范围和间隔，以获得较为准确的数据。
2.数据处理：对实验数据进行处理，将波长与折射率转换为频率与折射率的关系。
可以通过以下公式进行转换：ν = c/λ其中c为光速，λ为波长。
3.拟合曲线：使用拟合算法，如最小二乘法，对处理后的数据进行拟合。
选择合适的拟合函数，通常选用柯西色散模型，根据实验数据拟合出最佳的C值。
4.确定柯西色散系数：根据拟合结果，得到硅的柯西色散系数C。
该值可以用于描述硅材料在不同频率下的折射率变化。
应用硅的柯西色散系数在光学器件中有着广泛的应用。
以下介绍几个常见的应用领域：1.光纤通信：光纤通信是现代通信技术的重要组成部分。
硅材料具有较高的折射率和较低的色散系数，使其成为制造光纤的理想材料之一。
硅的柯西色散系数可以用于设计和优化光纤的色散特性，提高光纤传输的带宽和距离。
2.光学元件设计：硅材料广泛应用于光学元件的制造，如透镜、棱镜、滤光片等。
硅的柯西色散系数可以用于优化光学元件的性能，如减小色差、提高分辨率等。
3.光学传感器：硅材料具有优良的光学性能和稳定性，被广泛应用于光学传感器的制造。
物理实验技术中的材料光学与光电性能测量技巧
物理实验技术中的材料光学与光电性能测量技巧材料光学与光电性能测量技巧在物理实验技术中扮演着重要的角色。
随着科技的进步和材料研究的深入，准确测量材料的光学和光电性能对于材料的研究和应用具有重要意义。
本文将介绍一些常见的材料光学与光电性能测量技巧，希望能为研究人员提供一些参考和指导。
一、透射率测量技巧透射率是衡量材料透光性能的重要参数。
在物理实验中，常用的透射率测量技巧包括紫外-可见吸收光谱法、透射光谱法和透射率测量仪等。
紫外-可见吸收光谱法是一种常见的用于测量材料透射率的技术。
通过将材料置于紫外-可见光束中，利用光电探测器测量透射光强，计算透射率。
这种方法具有简单、高效的特点，可以用于测量各种材料。
透射光谱法是另一种常见的透射率测量技巧。
该方法通过使用光谱仪，将材料透射光转化为光谱信号，并通过光电探测器测量和记录信号。
透射光谱法可以提供材料在不同波长下的透光特性，有助于深入研究材料的光学性能。
透射率测量仪是一种专门用于测量材料透射率的仪器。
该仪器利用光源、透射材料和光电探测器构成，能够准确测量材料的透光率。
透射率测量仪通常具有较高的精度和稳定性，适用于精确测量要求较高的实验。
二、折射率测量技巧折射率是描述材料光学性质的重要参数。
在物理实验中，常用的折射率测量技巧包括折射光谱法、斯涅尔法和自动折射仪等。
折射光谱法是一种常见的测量材料折射率的方法。
该方法利用光谱仪，通过测量材料的折射光信号，计算折射率。
折射光谱法适用于各种材料，具有较高的精度和可靠性。
斯涅尔法是一种经典的折射率测量技巧。
该方法利用空气和材料之间的折射原理，通过测量光线的入射角和折射角，计算材料的折射率。
斯涅尔法需要精确的角度测量设备和稳定的光源，适用于对光路要求较高的实验。
自动折射仪是一种专门用于测量材料折射率的仪器。
该仪器通过将材料置于样品台上，利用光源和探测器测量入射角和折射角，计算折射率。
自动折射仪通常具有较高的自动化程度和测量精度，适用于大批量、高精度折射率测量。
半导体物理第十章1
半导体物理第⼗章1第l0章半导体的光电特性本章讨论光和半导体相互作⽤的⼀般规律，⽤光⼦与晶体中电⼦、原⼦的相互作⽤来研究半导体的光学过程、重点讨论光吸收、光电导和发光，以及这些效应的主要应⽤。
§10.1 半导体的光学常数⼀、折射率和吸收系数（Refractive index & Absorption coefficient ）固体与光的相互作⽤过程，通常⽤折射率、消光系数和吸收系数来表征。
在经典理论中，早已建⽴了这些参数与固体的电学常数之间的固定的关系。
1、折射率和消光系数(Extinction coefficient)按电磁波理论，折射率定义为2ωεσεi N r -= 式中，εr 和σ分别是光的传播介质的相对介电常数和电导率，ω是光的⾓频率。
显然，当σ≠0时，N 是复数，因⽽也可记为ik n N -=2 (10-1)两式相⽐，可知222,ωεσε==-nk k n r (10-2) 式中，复折射率N 的实部n 就是通常所说的折射率，是真空光速c 与光波在媒质中的传播速度v 之⽐；k 称为消光系数，是⼀个表征光能衰减程度的参量。
这就是说，光作为⼀种电磁辐射，当其在不带电的、σ≠0的各问同性导电媒质中沿x ⽅向传播时，其传播速度决定于复折射率的实部，为c/n ；其振幅在传播过程中按exp(-ωkx /c )的形式衰减，光的强度I 0则按exp(-2ωkx /c)衰减，即)2exp(0ckx I I ω-= (10-3) 2、吸收系数光在介质中传播⽽有衰减，说明介质对光有吸收。
⽤透射法测定光在介质中传播的衰减情况时，发现介质中光的衰减率与光的强度成正⽐，即I dxdI α-= ⽐例系数α的⼤⼩和光的强度⽆关，称为光的吸收系数。
对上式积分得x e I I α-=0 (10-4)上式反映出α的物理含义是：当光在媒质中传播1/α距离时，其能量减弱到只有原来的1/e 。
将式(10-3)与式(10-4)相⽐，知吸收系数λπωαk c k 42==式中λ是⾃由空间中光的波长。
半导体材料的红外光学特性及应用_苏小平
表 3 几种材料的折射率与透过率关系
材料 折射率 n 反射率 R ( 双反射) 透过率 T
玻璃
1. 5
Z nS
2. 2
Ge
4. 0
0. 077 0. 247 0. 529
0. 923 0. 753 0. 471
图 3 折射率随波长的变化
图 2 电阻率与型号 对吸收 系数的 影响曲 线 ( a) 和温度对 n 型锗在 10 6 m 波长 吸收系数 的影响 ( b)
波长的光子都有, 因此它没有选择性, 在
红外光谱上没有吸收峰。 根据半导体理论[ 1] , 自由载流子吸收
系数 与电子浓度 N 有如下关系:
其中
=4
2 e3 2c3n 0
N
m
* n
2
n
为入射波长, n 为折射率,
( 8) m n* 为
电子 有效质量, n 为 电子迁移率, 0 为 介电常数。可见自由载流子的吸收系数与
45 2. 54 10- 1 250
1. 0
10 0
74. 5 4. 08 6. 8
17 1830
ZnSe 0. 5~ 22 2. 4
75
5 10- 4 105
0. 5
50
70. 9 5. 27 7. 0
19 1520
金刚石 0. 25~ 3, 2. 38
10
-
90 00
7
294. 0
1050 3. 52 1. 0
但由都比mn因此空穴的吸收系数就比较大这也说明了对红外光学锗材料来说一定要用n晶格振动吸收光子直接作用于晶格原子产生振动吸散射材料内部的空洞夹杂多晶晶界第二相等会引起折射率变化因而光在通过时会产生散射造成透过率下降
半导体激光器载流子浓度负折射率
半导体激光器载流子浓度负折射率
在半导体激光器中，载流子浓度对于其光学性能有重要影响。
一般来说，当载流子浓度增加时，半导体材料会出现负性折射率变化。
这种负性折射率现象通常被称为载流子折射率调制或者激子折射率调制。
这种效应可以通过有效质量理论和激子效应来解释，在增加载流子浓度时，由于电子和空穴形成激子，这些激子会导致半导体的折射率发生负变化。
在半导体激光器中，利用这种载流子浓度引起的折射率变化，可以实现调制和控制激光器的输出特性，例如光强调制、频率调制和调制混频等应用。
氮化硅与硅的热光系数
氮化硅与硅的热光系数
氮化硅与硅的热光系数
热光系数是指物质在温度变化时，折射率随温度变化的速率。
在光学
器件的设计中，热光系数是一个非常重要的参数，因为它直接影响到
器件的性能和稳定性。
在光学器件中，硅和氮化硅是两种常用的材料，它们的热光系数有何不同呢？
硅是一种常见的半导体材料，它的热光系数为1.8×10^-4/K。
硅的热光系数较小，这意味着在温度变化时，硅的折射率变化较小，因此硅
在光学器件中的应用非常广泛。
硅的热光系数较小的原因是硅的晶格
结构比较紧密，原子之间的键结构比较牢固，因此在温度变化时，硅
的晶格结构变化较小，导致折射率的变化也较小。
相比之下，氮化硅的热光系数要大得多，约为2.9×10^-4/K。
氮化硅是一种新型的半导体材料，具有优异的光学和电学性能，因此在光学
器件中的应用也越来越广泛。
氮化硅的热光系数较大的原因是氮化硅
的晶格结构比较松散，原子之间的键结构比较松弛，因此在温度变化时，氮化硅的晶格结构变化较大，导致折射率的变化也较大。
在光学器件的设计中，热光系数是一个非常重要的参数。
对于需要在
高温环境下工作的器件，如激光器、光纤通信器件等，需要选择热光
系数较小的材料，以保证器件的性能和稳定性。
而对于需要在宽温度
范围内工作的器件，如光栅、光波导等，需要选择热光系数较大的材料，以保证器件的性能和稳定性。
总之，热光系数是光学器件设计中一个非常重要的参数，硅和氮化硅
是两种常用的材料，它们的热光系数有着明显的差异。
在实际应用中，需要根据具体的应用需求选择合适的材料，以保证器件的性能和稳定性。