实验五半导体材料吸收光谱及能带宽度的测量实验报告.doc

石家庄铁道大学 实 验 报 告 课程名称　　　　　　　　　分院　　　　班　　　组 桌号　　 实验者姓名　　　　　　　实验日期　　　　年　　　月　　　日 　　评分　　　　　　　　教师签名　　　　　　　　 实验目的 学习紫外分光光度计的工作原理和使用方法。 学习用紫外分光光度计测量样品的透射光谱。 能根据吸收光谱推算出材料的光学禁带。 实验内容 用紫外分光光度计测量TiO2溶液的透射光谱； 用不同的你和关系计算出TiO2的光学禁带宽度，并与理论值比较，定它们的跃迁类型。 实验原理 任何一种物质对光波都会或多或少地吸收，电子由带与带之间的跃迁所形成的吸收过程称为本征吸收。在本征吸收中，光照将价带中的电子激发到导带，形成电子-空穴对。 本征吸收光子的能量满足： 电子在跃迁过程中，导带极小值和价带极大值对应于相同的波矢，成为直接跃迁。在直接跃迁中，如果对于任何K的跃迁都是允许的，则吸收系数与带隙的关系为 电子在跃迁过程中，导带极小值和价带极大值对应于不同的波矢，称为间接跃迁。在间接跃迁中，K空间电子吸收光子从价带顶K跃迁到导带底部状态K’，伴随着吸收或者发出声子。则吸收系数与带隙的关系为 透射率、吸光度与吸收系数之间的关系 吸光度A与透射率T的关系为 吸光规律 α为吸收系数，x为光的传播距离，根据朗伯-比尔定律，A正比于α。 实验方法 用分析天平去一定量的TiO2固体样品，溶于的一定量去离子水中，并计算TiO2的物质的量浓度。 打开722型紫外-可见分光光度计，预热10min。 讲分别装有去离子水和TiO2水溶液的石英比色皿放置于参比池和样品池，将仪器的波长调为λ=320nm。先用去离子水作为参比溶液，调节仪器透光率T=0和T=100%，然后测试样品池中TiO2水溶液的吸光度。并计算其摩尔吸光系数α。 每隔2nm，测试一次TiO2水溶液的吸光度，并计算其摩尔吸光系数α。 根据吸光度与吸收系数的正比关系以及吸收系数与光子能量的关系，拟合出样品的光学带隙，并与理论值比较。（TiO2的禁带宽度为3.2eV）。 数据记录与处理 由透过率得到吸收系数： （d是样品厚度，单位去cm，T是透过率（无量纲），就是透射谱的纵坐标值，最大为100%）； 将波长换为能量； 确定半导体带隙类型，如果是直接带隙：计算出，如果是间接带隙：计算出； 画出hv为X轴，或者为Y轴的曲线，在函数曲线单调上升的区域，找到接近直线的地方（即斜率最大的地方），作切线； 将切线外推和X轴相交，交点即为带隙宽度。 有实验数据分析，判断TiO2的跃迁方式是什么？ ，禁带宽度是多少？