紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)和積分球附件在半導(dǎo)體材料性能研究中的應(yīng)用

背景

二氧化鈦（TiO₂）因?yàn)槠涞墓獯呋Ч?、化學(xué)穩(wěn)定性、無(wú)毒無(wú)害、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)成為材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前TiO₂可應(yīng)用于太陽(yáng)能存儲(chǔ)與利用、污水處理、空氣凈化等領(lǐng)域，被認(rèn)為是具有發(fā)展前景的半導(dǎo)體材料。但是由于T iO₂比較寬的禁帶寬度[Eg=(3.0-3.2)eV]，只有少量太陽(yáng)光中的紫外光（3%-5%）能夠使二氧化鈦激發(fā)，這限制了半導(dǎo)體材料TiO₂的實(shí)際應(yīng)用。為了能夠增加其對(duì)可見(jiàn)光的相應(yīng)，人們不斷通過(guò)金屬與非金屬摻雜對(duì)TiO₂進(jìn)行了改性研究，降低其帶隙能級(jí)，實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光激發(fā)。

賽默飛Evolution220紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)搭配ISA-220

積分球附件和Insight操作軟件，根據(jù)掃描改性后的二氧化鈦粉末樣品得到的反射光譜，通過(guò)在Insight軟件中進(jìn)行導(dǎo)數(shù)處理和峰識(shí)別，可快速計(jì)算材料的禁帶寬度，便于科學(xué)研究的進(jìn)行。

方法

采用積分球附件收集改性后的二氧化鈦粉末材料的反射光譜，利用Insight軟件自帶的導(dǎo)數(shù)分析和峰識(shí)別功能，求出zui大波長(zhǎng)λmax，帶入下列公式即可計(jì)算出禁帶寬度值Eg。Eg=hc/λmax其中h=4.13567 x10^-15 eV•s , c=3x10¹⁷ nm/s

結(jié)果

圖1.改性后的二氧化鈦粉末反射譜圖利用Insight數(shù)據(jù)處理功能對(duì)譜圖求導(dǎo)，得到導(dǎo)數(shù)譜圖。圖2.樣品導(dǎo)數(shù)處理圖示使用Insight軟件自帶的峰選取功能求出zui大吸收波長(zhǎng)。

圖1.改性后的二氧化鈦粉末反射譜圖利用Insight數(shù)據(jù)處理功能對(duì)譜圖求導(dǎo)，得到導(dǎo)數(shù)譜圖。圖3.樣品峰選取圖示

將識(shí)別出的zui大吸收波長(zhǎng)502.9nm代入公式Eg=hc/λmax中進(jìn)行計(jì)算，其中h=4.13567 x10^-15 eV•s , c=3x10¹⁷ nm/s, 得出Eg=2.47 eV。Eg變小，吸收邊緣向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，光學(xué)帶寬發(fā)生紅移。

結(jié)論：

使用Thermo Scientific Evolution220紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)搭配ISA-220積分球附件和Insight操作軟件，可用于半導(dǎo)體材料性能研究，快速測(cè)試樣品的禁帶寬度。