第三章缺陷化学..ppt

又例如，普通玻璃对可见光是透明的，但是对红外线主紫外线都有强烈的吸收，是不透明的。 因此在红外光谱仪中，棱镜常用对红外线透明的氯化钠晶体和氟化钙晶体制作；而紫外光谱仪中，棱镜常用对紫外线透明的石英制作。 实际上，任何光学材料，在紫外和红外端都有一定的透光极限。 任何物质都有这两种形式的吸收只是出现的波长范围不同而已。 6-3 介质对光的一般吸收和选择吸收 用具有连续谱的光（例如白光）通过具有选择吸收的物质，然后利用摄谱仪或分光光度计，可以观测到在连续光谱的背景上呈现有一条条暗线或暗带，这表明某些波长或波段的光被吸收了，因而形成了吸收光谱（absorption spectrum）。 介质对光的吸收光谱 光与固体的相互作用 电子能态转变 电磁波的吸收和发射包含电子从一种能态转变到另一种能态的过程； 材料的原子吸收了光子的能量之后可将较低能级上的电子激发到较高能级上去，电子发生的能级变化?E与电磁波频率有关： ?E=hν 受激电子不可能无限长时间地保持.在激发状态，经过一个短时期后，它又会衰变回基态，同时发射出电磁波，即自发辐射。 3.5 p-n结的辐射发光 受激发电子越过能隙(禁带)与空穴结合，会发生半导体发光。 但是n半导体导带中有自由电子，价带中无空穴，因此不会发光。 p半导体价带中有空穴自，导带中无由电子，因此也不会发光。 n与p半导体结合成为p-n结，则在p-n结处使得电子与空穴复合发光。 一般要在p-n结处施加一个小的正向偏压。 3.5光导电现象 由于光激发造成自由电子和空穴均可以成为载流子，对光导电产生贡献。 半导体材料中载流子存在激发，复合，俘获等现象。 被光激发的载流子，可以被复合中心消灭，也会在被消灭前在外电场的作用下运动一段距离。 外电场强度加大，则自由电子的漂移距离就增大 LED Solar Cell 3.5 PN 器件: LED 和太阳能 Cell 发光二极管 (LED) 转换电为光输出: electron in ? photon out 生活光源, 低能耗, 集成设计. 应用: 交通指示和汽车照明, 大型显示器. 太阳能电池 转换光为电输出: photon in ? electron out(由pn 结的电场将光激发的电子输送除去 可再生能源! 3.5光相关器件: 光与材料的相互作用: 吸收: 吸收光子产生电子和空穴对 (solar cell). 自发辐射: 电子空穴对自发湮灭放出光子 (LED). 激发辐射: 入射光子激发电子空穴对湮灭同时放出光子, 一个进 ? 两个出 (激光). 吸收 自发辐射 激发辐射 Energy E2 E1 1 2 1 2 1 2 3 GaAs Laser 3.5器件: 激光 Laser creates inverted population of electrons in upper energy levels and then stimulates them to all coherently decay to lower energy levels. Applications: fiber optics, CD player, machining, medicine, etc. e.g. GaAs laser: 25% efficiency, 100 yr lifetime, mm size, IR to visible 激光 = 光被受激发射而放大 3.5 3.5 3.6热电材料及其应用 Seebeck Effect Differential Thermocouple Material B Material B Material A V T T + ?T 3.6热电材料及其应用TE Effects Peltier Effect Difference in εF between Materials A and B Material A Material B Heat Absorbed or Expelled Electric Current 3.6热电材料及其应用 TE Couple and Module Operating Modes of a Thermoelectric Couple Modules T. M. Tritt, Science 31, 1276 (1996) 3.6热电材料及其应用 Thermoelectric Materials a- Seebeck Coefficient r- Electrical Resistivity k- Thermal Conductivity ke – Electronic ≈ L0T/ρ (W-F relation) kg – Latti