半导体材料的紫外-可见漫反射光谱测定

半导体材料的紫外-可见漫反射光谱测定

一、实验目的：

1、配合半导体材料测试分析的教学，进一步理解紫外/可见分光光度计的基本原理、基本构造、特点和应用范围，掌握仪器的常用操作方法；

2、掌握半导体材料的光学特性，特别是在紫外光区和可见光区的光学特性的检测方法，了解紫外-可见漫反射原理及积分球原理。

二、实验原理

紫外-可见漫反射光谱与紫外-可见吸收光谱相比，所测样品的局限性要小很多。后者符合朗伯-比尔定律，溶液必须是稀溶液才能测量，否则将破坏吸光度与浓度之间的线性关系。而前者，紫外-可见漫反射光谱可以测浑浊溶液、悬浊溶液、固体及固体粉末等，试样产生的漫反射满足Kublka-Munk方程式：

(1-R∞)2/2R∞其中，K为吸收系数，S为散射系数，R =K/S

∞为无限厚样品反射系数R的极限值，其数值为一个常数。

积分球的示意图

漫反射光是指从光源发出的光进入样品内部，经过多次反射、折射、散射及吸收后返回样品表面的光。这些光在积分球内经过多次漫反射后到达检测器。漫反射光是分析与样品内部分子发生作用以后的光，携带有丰富的样品结构和组织信息。与漫透射光相比，虽然透射光中也负载有样品的结构和组织信息，但是透射光的强度受样品的厚度及透射过程光路的不规则性影响，因此，漫反射测量在提取样品组成和结构信息方面更为直接可靠。积分球是漫反射测量中的常用附件之一，其内表面的漫反射物质的反射系数高达98%，使得光在积分球内部的损失接近零。由于信号光从散射层面发出后，经过了积分球的空间积分，所以可以克服漫反射测量中随机因素的影响，提高数据稳定性和重复性。

紫外-可见漫反射吸收曲线作为一种重要的手段，可以很好的表征半导体材料的能级结构及光吸收性能。对于半导体材料而言，其带隙可以用下面的公式近似计算：

E=h*C/λ

其中：E 为禁带能

h 为普朗克常数 = 6.626×10-34 C 为光速=3×10 J ●s

8 λ为截止波长，待测

m/s

三、实验仪器和样品

1. 岛津 UV-3101紫外分光光度计；

2. 半导体测试样品：BiVO 4粉末，Bi 4V 2O 11粉末，Bi 2MoO 6粉末，TiO 2

粉末（商用P25）。 四、实验过程

1、准备半导体测试样品：

2、开启计算机和紫外可见分光光度计。

3、通过计算机页面设置使用参数，确定波长及扫描范围。

4、进行标准校正和特殊校正。

5、装夹样品，进行BiVO 4粉末和TiO 2

6、进行图谱的处理。

粉末测量。

五、实验报告及要求

1、实验课前必须预习实验讲义和教材，掌握实验原理等必需知识。

2、根据教师给定实验样品，设计实验方案，选择仪器条件参数等。

3、要求实验报告用纸写出：实验原理，实验步骤(包括实验参数选择、测试、数据处理等)，计算所测半导体材料的带隙，附图谱，并进行简单误差分析。

六、讨论题

1、简述紫外-可见漫反射的基本原理。

2、简述半导体光催化原理。

3、半导体材料带隙计算时应注意什么问题？