光谱-光吸收浅析.ppt

3.4 偏振反射光谱： 为什么要采用偏振反射光谱？ 晶体的反射光谱带的清晰度强烈地依赖于光的入射角和偏振，对应光学各向同性晶体，最好的观察条件，即在反射光谱中能够观察到最大对比度结构的条件是： (1) 入射角接近布儒斯特角 (2)光的电矢量平行于入射面 在有吸收的条件下，布儒斯特角θB的大小依赖于光学常数n和k。 在n2，k≤1(半导体吸收边情况)条件下，有 若n=3，k=0.6，则θB＝72.5°,当k值增大时， θB也相应增大，当k值很大时， θB接近90°，但不等于90°。 椭圆偏振反射光谱： 分析试样表面光反射时偏振状态变化的光谱分布。 通过反射光的电矢量平行入射面和垂直入射面的两个分量的振幅比和相移差来揭示材料的光学性质。 可同时测定光学常数n和k。 图4-8 椭圆偏振反射光谱装置 1.单色仪，2.凹面镜， 3.5. 7.9.光栏，4.起偏器，6.样品台， 8.检偏器，9.光电倍增管，10.放大指示系统 (4) 应用 4.1.半导体禁带宽度的确定 半导体材料的重要参数之一是禁带宽度Eg，它的大小和跃迁性质对电学输运过程是决定性的，对光学和电性质也至关重要。 半导体基本光学吸收的长波吸收限对应的光子能量称为光学禁带宽度。 通过吸收光谱测得吸收光谱曲线，利用吸收系数的频率关系可决定Eg的准确值。 若吸收系数的频率关系满足(hω-Eg)1/2的关系，则由αd2与hω的直线关系容易决定Eg。 它由αd2的延长线与hω轴的交点所决定，这对应垂直跃迁的情况。 在带际间接光学跃迁的情况时，利用相应的关系式可确定禁带宽度和参与作用的声子的能量。 方法： 在不同的温度时测量吸收系数，作出αi1/2对hω的关系曲线，每条曲线可分为两根直线： αi1/2和(αia+ αie)1/2。这两条直线(或其延长线)在hω轴上的截距差即决定2 hωs值；两截距的平均值即决定Eg值。 利用吸收系数的频率关系，温度关系和吸收系数量级等三方面的光谱差异，原则上可确定本征吸收边的光学跃迁性质。 4.2. 激子光谱的观察 激子态实际上是固体中的一种激发态，它是静电库仑吸引作用导致电子与空穴形成的束缚对，其所需要的激发能量低于禁带宽度Eg。 在绝缘晶体和半导体的光吸收过程中，当入射光子能量略低于禁带宽度Eg时，可能会产生某种光谱结构与激子跃迁所对应。 激子光谱可以用吸收光谱，也可以用反射光谱观察，但多数需要在低温下进行。对晶体的激子光谱的研究，可获得激子态能量外，还可了解电子能带结构以及激子在晶体中传输能量的作用，激子与声子、杂质的相互作用等。 4.3. 电子能带结构的研究 利用基本反射光谱方法，特别是稍后发展起来的调制反射光谱方法结合电子能带计算方法，可精确地研究电子能带结构。 一般方法：由测得的反射光谱求得介电函数虚部εi(ω)，并与能带计算所求得的εi(ω) 进行比较分析，最后确定电子的能带结构。 这些工作需要尽量利用电调制光谱，压力和温度对光谱的影响的实验结果以及光电发射的数据，进行综合分析，才能取得比较可靠的结果。 固体物理实验方法 固体物理：从宏观上到微观上理解固体的各种物理性质，阐明其规律性。——重要的基础学科 研究方法：理论+实验 研究对象：金属、无机半导体、无机绝缘体(电介质）、非晶固体、有机固体、准晶等等 研究内容：结构、晶格动力学、电子态、杂质与缺陷、各种物理特性（力、热、声、光、电和磁性质）及其耦合、体性质、表面性质等 常用实验方法 1.结构分析： 基本方法：衍射，根据衍射图像分析结构信息 最常用：XRD 布拉格方程： 体性质 表面结构性质？ 低能电子衍射(LEED) 内部结构性质？高分辨电子显微镜HRTEM 2,显微分析： 形貌、相的分布、晶体缺陷等 低倍：各种光学显微镜 高倍：TEM、SEM、AFM 3.成分分析 X射线荧光分析、原子吸收光谱、X射线光电子能谱分析、电子探针等 4. 物性测量[常规(室温、块体）、极端条件(小尺寸、高温、高压、超强磁场等)] 如光学性质:吸收系数——吸收光谱(分光光度计) 荧光—— 发射光谱(荧光光谱仪和瞬态/时间分辨荧光光谱仪) 光谱分析 5、样品制备：物理(PLD、真空镀膜、MBE)、化学(sol-gel、水热法 等） 光吸收谱 光散射谱 光发射谱 弹性散射 非弹性散射 (拉曼) 紫外、可见 红外 电磁辐射与物质相互作用引起光的吸收、反射和散射，通过研究这些现象的规律从而进行物质分析