紫外可见光谱分析.ppt

紫外-可见透过测量薄膜能隙*在B区，α值在1-10-4cm-1范围变化，一般认为与价带扩展态到导带带尾定域态间的跃迁有关。C区为弱吸收区，其强度和形状与材料的成分、材料的制备方法与工艺、隙态密度及热历史有关。该区的直接来源是缺陷态之间的跃迁。紫外-可见透过测量薄膜能隙*Tauc假设在导带和价带边附近隙态密度与能量的关系是抛物线形（即r=2），而且与光子能量有关的跃迁矩阵元对所有跃迁过程都是相等的（即跃迁矩阵元为常数），则：α(ω)?ω=B(?ω-Eopt)2其中B是与材料性质有关的常数，一般在105-106cm之间。这样，(α?ω)1/2与光子能量?ω之间的关系曲线基本上是一条直线。把这条直线外推到?ω轴上，其截距就是光学带隙Eopt。该直线的斜率和截距的大小因材料的制备方法和工艺条件不同而不同，但直线关系对很多材料都符合得很好。紫外-可见透过测量薄膜能隙*利用这种方法求薄膜的光学带隙要用到薄膜的厚度值（求吸收系数曲线时），为其应用带来不便。Demichelis等人对公式作了变形处理，使得可以在薄膜厚度未知的情况下求出薄膜的光学带隙。在光谱区取一阶近似有：T=(1-R)exp(-αt)其中T、R、t分别为透射率、反射率和薄膜厚度，并假设薄膜表面的漫散射可以消除。ω(R,T)=ln((1-R)/T)令：则有：α=ω(R,T)/t,(α?ω)1/2=[ω(R,T)?ω/t]1/2紫外-可见透过测量薄膜能隙*因此有：ω(R,T)?ω=B2(?ω-Eopt)2这样，由于薄膜厚度不随入射光子能量改变，它被包含在系数B2中，只由R和T就可以得出光学带隙值。UPS?固体紫外光电子谱*在研究原子、分子及凝聚相的电子结构方面，UPS已被认为是重要的分析手段之一。近年来，由于生产实践和科学技术迅速发展的要求，以及超高真空和微电技术的发展，出现了研究固体材料及其表面的紫外光电子谱仪，为研究固体材料的电子结构提供了有利的条件。UPS?固体紫外光电子谱*固体紫外光电子谱固体及其表面的光电子能谱也称为光电发射，光电发射过程可用“三步模型”描述，即激发、输运和逃逸。激发是指电子受光子作用从价带的始态跃迁到导带的终态的过程；导带中的激发态电子可能输运到表面，这当中激发电子会发生散射；最后激发电子可经表面逃逸出去；离开表面。UPS?固体紫外光电子谱*”基本原理理论上讲，由量子力学处理固态光电发射现象，要求波函数在固相-真空交界处应该匹配。气相与固相光电发射过程的不同在于始态和终态波函数的形状。气相与固相光电发射过程的比较基本原理UPS?固体紫外光电子谱*孤立自由原子光电发射的始态是定域于原子上的原子轨道，终态位于真空能级Ev以上的电离连续区，其运动接近于自由电子的波函数。固态光电发射是复杂的，真空能级以上所有的状态都是允许的自由电子态，而在固体内部有能带和禁带存在，禁带中不允许有电子态存在。处于Fermi能级以下的占据态的始态波函数可用Bloch波函数加以描述。在固体-真空界面以外，Bloch波函数以指数形式衰减。基本原理UPS?固体紫外光电子谱*改变电子能量分析器的带通能量可以得到三种不同的终态。当激发的电子具有大的非弹性散射平均自由程时，真空中的自由电子态与固体中Bloch波函数在交界面处匹配衔接。此时固体内始态和终态波函数间在很大范围内发生重叠。若矩阵元不为零，则所观察到的电子携带的信息代表体相。基本原理UPS?固体紫外光电子谱*若终态能量处于禁带，则固体内波函数消逝，除了靠近交界面附近的狭窄空间外，其余空间的矩阵元为零。这种条件下的光电发射称为禁带发射。被探测的光电子携带的是交界面附近的信息。固态中具有很小的平均电子自由程的电子，真空区的自由电子波函数与固体内衰减波函数相匹配。始态和终态波函数只在靠近表面附近的有限空间内发生重叠，其余空间的矩阵元为零。基本原理UPS?固体紫外光电子谱*原则上说，导带中离子态密度的直接跃迁能在测量的谱图中得到一个峰。峰的强弱取决于激发电离过程的光电离截面。光电发射中，光电离截面与激发源的种类、被激发电子的原子轨道属性及发射方向等有关。UPS?固体紫外光电子谱*”基本原理实验上一般有两种方法：采集全部立体角内发射出的电子，称为角积分光电子能谱；采集小立体角??内的光电子，称为角分辨光电子能谱角分辨光电子能谱的测量原理UPS?固体紫外光电子谱*在交界处则有：即平行于表面的动量在界面处守恒。设真空中发射的电子具有能量EK，则平行于表面的波矢为：基本原理基本原理