紫外可见漫反射光谱UV-Vis计算带隙/禁带宽度的方法

2022-08-09
铄思百检测

对于做半导体材料和光催化的同学来说,带隙是重要的参数,一般用紫外漫反射光谱来计算。今天铄思百检测小编,带来两种方法:切线法和Tauc plot法。


切线法

基本原理是存在Eg =1240/λg 的数量关系,其中λg单位为nm,Eg单位为eV,认为半导体的带边波长(λg)决定于禁带宽度Eg。因此,可以通过求取λg来得到Eg。

具体操作:

1.一般通过UV-Vis DRS测试可以得到样品在不同波长下的吸收,打开数据导入origin,生成散点图;

2.在Origin中,通过微分的方法找极值点:分析Analysis - 数学Mathematics - 微分Differentiate对紫外吸收光谱图求一次微分,并找到极值点,记录下来;

3.在紫外吸收光谱图中,过极值点作切线,根据切线方程即可求出λg。也可以读取该切线与x轴的交点即为吸收波长的阈值(λg);

4.利用公式Eg=1240/λg求取半导体的禁带宽度,其中λg单位为nm,Eg单位为eV。
这种方法是一种简易的求取半导体禁带宽度的方法,可以快速得出禁带宽度,有少部分人用但文献中比较少见,用于粗略的计算,简单来考量半导体的禁带宽度。如果想得出比较准确的值,尽量选择下面的Tauc plot法,且在论文中用的也更多些。


Tauc plot法

这种方法之所以能够得到半导体的禁带宽度,主要是基于Tauc、Davis、Mott等人提出的公式,俗称Tauc plot,

计算公式如下:

( αhv)1/m=B(hν-Eg)直接带隙:m=1/2间接带隙:m=2

α为吸收系数,B为常数,hv为光子能量,h 为普朗克常数=4.1356676969×10-15 eV·s,ν 为入射光子频率,Eg表示半导体禁带宽度(带隙)

具体操作:

1. 打开紫外漫反射光谱数据,按照公式分别求(αhv)1/m和 hv ,其中hv=hc/λ,c为光速,λ为光的波长(通过漫反射光谱所测得的谱图,横坐标是波长,纵坐标一般为吸光度值,如果是透射率,可以转换为吸光度);
2. 将 hv 和(αhv)1/m的值导入origin,分别为x轴和y轴,在origin中以(αhv)1/m对 hv 作图散点图;

3. 在步骤2的曲线中可以看到,图大概是先转个弯,然后有一段近似线性。在图上找到其中的直线段延长到X轴,它与x轴的交点就是禁带宽度。



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