下载后可任意编辑半导体光电器件实验指导书实验一 半导体光电探测材料的吸收系数和光学禁带宽度的计算1．实验目的1) 经过对半导体材料透射光谱的测试, 理解半导体材料对入射光子的吸收特性, 计算半导体材料的光吸收系数随波长的变化; 2) 理解如何经过调整材料的组分实现在特定波段对光子的探测, 计算半导体材料的光学禁带宽度。2．实验内容1) 测试半导体光电探测材料的透射光谱; 2) 根据测试数据计算材料的光吸收系数随入射波长的变化, 并由此推算材料的光学禁带宽度。3．实验器材( 设备、 元器件) 1) 紫外—可见光分光光度计一台; 2) 实验样品 3 个; 3) 空白基片 1 个。4．基于透射光谱的光吸收系数及光学禁带宽度计算原理当物体受到外来光波的照射时, 光子会和物体中的微粒发生相互作用。由于组成物体的分子和分子间的结构不同, 使入射光分成几个部分: 一部分被物体吸收( 吸收) , 一部分被物体反射( 反射) , 还有一部分穿透物体而继续传播( 透射) 。 透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。被透射的物体为透明体或半透明体, 若透明体是无色的, 除少数光被反射外, 大多数光均透过物体。为了表示透明体透过光的程度, 一般见入射光通量与透过后的光通量之比 T 来表征物体的透光性质, T 称为光透射率。下载后可任意编辑常见的分光光度计能精确测量材料的透射率, 测试方法具有简单、 操作方便、 精度高等突出优点, 是讨论半导体能带结构及其它性质的最基本、 最普遍的光学方法之一。当一定波长的光照射半导体材料时, 电子吸收能量后会从低能级跃迁到能量较高的能级。对于本征吸收, 电子吸收足够能量后将从价带直接跃迁入导带。发生本征吸收的条件是: 光子的能量必须等于或大于材料的禁带宽度 Eg, 即 ( 1) 而当光子的频率低于, 或波长大于本征吸收的长波限时, 不可能发生本证吸收, 半导体的光吸收系数迅速下降, 这在透射光谱上表现为透射率的迅速增大。 光波透过厚度为 d 的样品时, 吸收系数同透射率的关系如式( 2) : ( 2) 即: ( 3) 其中 d 为样品厚度, R 是对应波长的反射率, T 是对应波长的透射率。 实验中, 我们所选样品为 ZnO 基薄膜材料, 入射光垂直照射在样品表面, 且样品表面具有纳米级的平整度, 在紫外和可见光波段的反射率很小, 因此在估算禁带宽度时, 忽略反射率的影响, 则吸收系数 α 可简单表示为: 下载后可任意编辑 ( 4) 因此, 在...
