漫反射计算
方法1：利用紫外可见漫反射测量中的吸光度与波长数据作图，利用截线法做出吸收波长阈值λg(nm)，利用公式Eg=1240/λg (eV) 计算禁带宽度。
方法2：利用(Ahν)2对hν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。也可利用(Ahν)0.5对hν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。前者为间接半导体禁带宽度值。
后者为直接半导体禁带宽度值，A (Absorbance) 即为紫外可见漫反射中的吸光度。
方法3：利用(αhν)2对hν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。也可利用(αhν)0.5对hν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。前者为间接半导体禁带宽度值，后者为直接半导体禁带宽度值。α (Absorption Coefficient ) 即为紫外可见漫反射中的吸收系数。α与A成正比。利用2 对hν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。也可利用0.5 对hν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。前者为间接半导体禁带宽度值，后者为直接半导体禁带宽度值。
原理：F(R∞) 即为Kubelka-Munk函数，简写为K-M函数，￥ ￥ ￥ F(R ) = (1- R )2 / 2R R∞ 即为相对漫反射率，简称漫反射率，' (样品) / ' (参比) ￥ ￥ ￥ R = R R
R‘∞ 即为绝对漫反射率，常用参比样品为BaSO4，其绝对漫反射率R‘
∞约等于1。漫反射吸光度A与漫反射率R∞ 之间关系为：A=log(1/ R∞)
半导体材料能带测试及计算
半导体材料能带测试及计算 对于半导体，是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，其具有一定的带隙(E g)。通常对半导体材料而言，采用合适的光激发能够激发价带(VB)的电子激发到导带(CB)，产生电子与空穴对。 图1. 半导体的带隙结构示意图。 在研究中，结构决定性能，对半导体的能带结构测试十分关键。通过对半导体的结构进行表征，可以通过其电子能带结构对其光电性能进行解析。对于半导体的能带结构进行测试及分析，通常应用的方法有以下几种(如图2)： 1.紫外可见漫反射测试及计算带隙E g； 2.VB XPS测得价带位置(E v)； 3.SRPES测得E f、E v以及缺陷态位置； 4.通过测试Mott-Schottky曲线得到平带电势； 5.通过电负性计算得到能带位置. 图2. 半导体的带隙结构常见测试方式。 1.紫外可见漫反射测试及计算带隙 紫外可见漫反射测试 2.制样：
背景测试制样：往图3左图所示的样品槽中加入适量的BaSO4粉末（由于BaSO4粉末几乎对光没有吸收，可做背景测试），然后用盖玻片将BaSO4粉末压实，使得BaSO4粉末填充整个样品槽，并压成一个平面，不能有凸出和凹陷，否者会影响测试结果。 样品测试制样：若样品较多足以填充样品槽，可以直接将样品填充样品槽并用盖玻片压平；若样品测试不够填充样品槽，可与BaSO4粉末混合，制成一系列等质量分数的样品，填充样品槽并用盖玻片压平。 图3. 紫外可见漫反射测试中的制样过程图。 1.测试： 用积分球进行测试紫外可见漫反射（UV-Vis DRS），采用背景测试样（BaSO4粉末）测试背景基线（选择R%模式），以其为background测试基线，然后将样品放入到样品卡槽中进行测试，得到紫外可见漫反射光谱。测试完一个样品后，重新制样，继续进行测试。 ?测试数据处理 数据的处理主要有两种方法：截线法和Tauc plot法。截线法的基本原理是认为半导体的带边波长（λg）决定于禁带宽度E g。两者之间存在E g(eV)=hc/λg=1240/λg(nm)的数量关系，可以通过求取λg来得到E g。由于目前很少用到这种方法，故不做详细介绍，以下主要来介绍Tauc plot法。 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，如图4所示; 图4. 紫外可见漫反射图。
通过透射率求光学带隙
已知透射光谱及相关数据，求吸收光谱和禁带宽度Eg 首先，根据相应样品的透射光谱，求出吸收系数α。其次，我们用2)(ναh 对光子能量(νh )做图，然后经过线形拟合，将线性区外推到横轴上的截距就得到禁带宽度 Eg 。 具体操作过程如下： （1）根据透射光谱(T ）和相应薄膜厚度（d ） 计算得到吸收系数 计算公式如下： ()d T //1ln =α；其中，如果透射光谱中纵坐标以100为完全透过率，则上式中数值1改为100；d 为相应薄膜厚度，单位为nm 。 （2）求出光子能量ν h 。公式如下：)()(1240eV nm c h h λλν== （3）求出2)(ναh （4）以2)(ναh 为纵坐标，以νh 为横坐标作图，得到的相应 图一： （5）选择预线性拟合的范围，点击（注意，只适用Origin75）Tools ，Liear fit ，settings ，在Points 中填入数字2；在Range 中填入数字范围(0~200)；点击Operation ，点击Fit 按键；在Find Y 中输入数字0，点击Find X 按键，得到横坐标交点数值E g 。
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 0.000 0.005 0.0100.0150.0200.025 (a h υ)2 (e V 2n m -2)Photon energy (eV) C 图 一 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 0.000 0.005 0.0100.0150.0200.025 (a h υ)2 (e V 2n m -2)Photon energy (eV) 图 二
根据紫外-可见光谱计算半导体能带Eg
根据紫外-可见光谱计算半导体能带Eg 光学吸收系数满足方程：α=(A/hν)(hν-Eg)1/2，其中 A 是比例常数，hν是光子能量，Eg 是ZnO的能隙。Eg可以通过画(αhν)2与hν的曲线，然后把线性部分延长到α=0得出。这些数据先用excel计算出来，再导入origin画出曲线图，然后做切线，切线与和横坐标的交点数值就是禁带宽度 在origin中做曲线的切线的话~那个切点是怎么确定的 下一个画切线的插件targent，它会自动画，切点选一个最陡峭的点 1.薄膜：需要的数据：薄膜厚度d，透过谱T%，并且还要知道半导体是直接还是间接型。首先需要求吸收系数（absorption coefficiency, a） a=-ln(T%)/d A α= d hv的计算在origin里进行，大概可以使用hv=1240/(wavelength(nm))得到 间接半导体：纵坐标为(ahv)^2，横坐标为hv 直接半导体：纵坐标为(ahv)^(1/2)，横坐标为hv 最后，做出曲线的切线（这方面我是自己拉一条直线），与横轴的交点就是Eg。 2.粉体：需要的数据：粉体的漫反射谱Rx。同样也需要换算成吸收系数，使用a=(1-Rx)2/2Rx (这个就是Kubelka-Munk Function)。其他的就是按照薄膜同样的方法进行了。 当然，这些方法都是近似的，其中还会存在粉体颗粒对光的散射，薄膜岛状结构对光的散射而对最后结果产生的误差，所以，在研究化学和材料方面可以作为一定知道的数据。 方法1：利用紫外可见漫反射测量中的吸光度与波长数据作图，利用截线法做出吸收波长阈值λg(nm)， 利用公式Eg=1240/λg (eV) 计算禁带宽度。 方法2：利用(Ahν)2 对hν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。也可利用(Ahν)0.5 对hν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。前者为间接半导体禁带宽度值，后者为直 接半导体禁带宽度值。A (Absorbance) 即为紫外可见漫反射中的吸光度。 方法3：利用(αhν)2 对hν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。也可利用(αhν)0.5 对hν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。前者为间接半导体禁带宽度值，后者为 直接半导体禁带宽度值。α(Absorption Coefficient ) 即为紫外可见漫反射中的吸收系数。α与A成正比。 方法4：利用[F(R∞)hν]2 对hν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。也可利用 [F(R∞)hν]0.5 对hν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。前者为间接半导体禁带宽度
半导体材料能带测试及计算
半导体材料能带测试及计算对于半导体，是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，其具有一定的带隙(E g)。通常对半导体材料而言，采用合适的光激发能够激发价带(VB)的电子激发到导带(CB)，产生电子与空穴对。 图1. 半导体的带隙结构示意图。 在研究中，结构决定性能，对半导体的能带结构测试十分关键。通过对半导体的结构进行表征，可以通过其电子能带结构对其光电性能进行解析。对于半导体的能带结构进行测试及分析，通常应用的方法有以下几种(如图2)： 1.紫外可见漫反射测试及计算带隙E g； 2.VB XPS测得价带位置(E v)； 3.SRPES测得E f、E v以及缺陷态位置； 4.通过测试Mott-Schottky曲线得到平带电势； 5.通过电负性计算得到能带位置.
图2. 半导体的带隙结构常见测试方式。 1.紫外可见漫反射测试及计算带隙 紫外可见漫反射测试 2.制样： 背景测试制样：往图3左图所示的样品槽中加入适量的BaSO4粉末（由于BaSO4粉末几乎对光没有吸收，可做背景测试），然后用盖玻片将BaSO4粉末压实，使得BaSO4粉末填充整个样品槽，并压成一个平面，不能有凸出和凹陷，否者会影响测试结果。 样品测试制样：若样品较多足以填充样品槽，可以直接将样品填充样品槽并用盖玻片压平；若样品测试不够填充样品槽，可与BaSO4粉末混合，制成一系列等质量分数的样品，填充样品槽并用盖玻片压平。 图3. 紫外可见漫反射测试中的制样过程图。 1.测试：
用积分球进行测试紫外可见漫反射（UV-Vis DRS），采用背景测试样（BaSO4粉末）测试背景基线（选择R%模式），以其为background测试基线，然后将样品放入到样品卡槽中进行测试，得到紫外可见漫反射光谱。测试完一个样品后，重新制样，继续进行测试。 ?测试数据处理 数据的处理主要有两种方法：截线法和Tauc plot法。截线法的基本原理是认为半导体的带边波长（λg）决定于禁带宽度E g。两者之间存在E g(eV)=hc/λg=1240/λg(nm)的数量关系，可以通过求取λg来得到E g。由于目前很少用到这种方法，故不做详细介绍，以下主要来介绍Tauc plot法。 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，如图4所示; 图4. 紫外可见漫反射图。 2. 根据(αhv)1/n = A(hv – Eg)，其中α为吸光指数，h为普朗克常数，v为频率，Eg为半导体禁带宽度，A为常数。其中，n与半导体类型相关，直接带隙半导体的n取1/2，间接带隙半导体的n为2。
半导体材料光学带隙的计算
半导体材料光学带隙的计算 禁带宽度就是半导体的一个重要特征参量,其大小主要决定于半导体的能带结构,即与晶体结构与原子的结合性质等有关。禁带宽度的大小实际上就是反映了价电子被束缚强弱程度的一个物理量,也就就是产生本征激发所需要的最小能量。 禁带宽度可以通过电导率法与光谱测试法测得,为了区别用电导率法测得禁带宽度值,用光谱测试法测得的禁带宽度值又叫作光学带隙。 下面以光谱测试法为例介绍半导体材料光学带隙的计算方法: 对于半导体材料,其光学带隙与吸收系数之间的关系式为[1]: αhν=B(hν-Eg)m ( 1) 其中α为摩尔吸收系数,h为普朗克常数,ν为入射光子频率, B 为比例常数, Eg为半导体材料的光学带隙,m的值与半导体材料以及跃迁类型相关: (1)当m=1/2 时,对应直接带隙半导体允许的偶极跃迁; ( 2)当m=3/2 时,对应直接带隙半导体禁戒的偶极跃迁; ( 3)当m=2 时,对应间接带隙半导体允许的跃迁; ( 4)当m=3 时,对应间接带隙半导体禁戒的跃迁。 下面介绍两种禁带宽度计算公式的推导方法: 推导1:根据朗伯比尔定律可知: A=αb c (2) 其中 A 为样品吸光度,b 为样品厚度,c 为浓度,其中bc 为一常数,若B1=(B/bc)1/m,则公式(1)可为: (Ahν)1/m=B1(hν-Eg) (3) 根据公式(3),若以hν 值为x 轴,以(Ahν)1/m 值为y 轴作图,当y=0 时,反向延伸曲线切线与x 轴相交,即可得半导体材料的光学带隙值Eg。 推导2:根据K-M 公式可知: F(R∞)=(1- R∞)2/2 R∞=K/S (4)
(完整版)半导体材料光学带隙的计算
半导体材料光学带隙的计算 禁带宽度是半导体的一个重要特征参量，其大小主要决定于半导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。禁带宽度的大小实际上是反映了价电子被束缚强弱程度的一个物理量，也就是产生本征激发所需要的最小能量。 禁带宽度可以通过电导率法和光谱测试法测得,为了区别用电导率法测得禁带宽度值，用光谱测试法测得的禁带宽度值又叫作光学带隙。 下面以光谱测试法为例介绍半导体材料光学带隙的计算方法： 对于半导体材料，其光学带隙和吸收系数之间的关系式为[1]： αhν=B(hν-Eg)m （1） 其中α为摩尔吸收系数,h为普朗克常数，ν为入射光子频率， B 为比例常数，Eg为半导体材料的光学带隙，m的值与半导体材料以及跃迁类型相关： （1）当m=1/2 时，对应直接带隙半导体允许的偶极跃迁； （2）当m=3/2 时，对应直接带隙半导体禁戒的偶极跃迁； （3）当m=2 时，对应间接带隙半导体允许的跃迁； （4）当m=3 时，对应间接带隙半导体禁戒的跃迁。 下面介绍两种禁带宽度计算公式的推导方法： 推导1：根据朗伯比尔定律可知： A=αb c (2) 其中 A 为样品吸光度，b 为样品厚度，c 为浓度，其中bc 为一常数，若B1=(B/bc)1/m，则公式(1)可为： (Ahν)1/m=B1(hν-Eg) (3) 根据公式(3),若以hν 值为x 轴，以(Ahν)1/m 值为y 轴作图，当y=0 时，反向延伸曲线切线与x 轴相交，即可得半导体材料的光学带隙值Eg。 推导2：根据K-M 公式可知： F(R∞)=(1- R∞)2/2 R∞=K/S (4)
其中R∞为绝对反射率(在日常测试中可以用以硫酸钡做参比测得的样品相对反射率代替[2])，K 为吸收系数，S 为散射系数。若假设半导体材料分散完全或者将样品置于600入射光持续光照下可认为K=2α[3]。因在一定温度下样品散射系数为一常数，假设比例常数为B2，,我们可通过公式(4)和公式(1)可得：(F(R∞) hν)1/m=B2(hν-Eg) (5) 根据公式(5)，若以hν 值为x 轴，以(F(R∞) hν)1/m值为y 轴作图，当y=0 时，反向延伸曲线切线与x 轴相交，即可得半导体材料的光学带隙值Eg。 推导方法1和推导方法2分别为通过测量样品吸收光谱和反射光谱值来计算半导体材料的光学带隙。下面介绍以直接光学带隙半导体材料（m=1/2）S1 和S2 为例，通过推导方法 1 计算半导体材料的光学带隙值。首先测得S1 和S2 的紫外吸收光谱，如图1 所示。然后通过吸收光谱做(Ahν)2-hν 线性关系图，如图2 所示。沿曲线做反向切线至y=0 相交，所得值为光学带隙值，由图 2 即可得Eg s1=3.0ev;Eg s2=3.1ev。
光催化剂禁带宽度值计算方法
光催化剂光催化剂禁带宽度值禁带宽度值Eg 计算计算方法方法方法 方法1：利用紫外可见漫反射测量中的吸光度与波长数据作图，利用截线法做出吸收波长阈值λg(nm)，利用公式 Eg=1240/λg (eV) 计算禁带宽度。 方法2： 利用 (Ah ν)2 对 h ν 做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。也可利用 (Ah ν)0.5 对h ν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。前者为间接半导体禁带宽度值，后者为直接半导体禁带宽度值。A (Absorbance) 即为紫外可见漫反射中的吸光度吸光度 吸光度。 方法3：利用 (αh ν)2 对h ν 做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。也可利用 (αh ν)0.5 对 h ν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。前者为间接半导体禁带宽度值，后者为直接半导体禁带宽度值。α (Absorption Coefficient ) 即为紫外可见漫反射中的吸收系数吸收系数 吸收系数。α与A 成正比。 方法4：利用 [F(R ∞)h ν]2 对 h ν 做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。也可利用 [F(R ∞)h ν]0.5 对h ν做图，利用直线部分外推至横坐标交点，即为禁带宽度值。前者为间接半导体禁带宽度值，后者为直接半导体禁带宽度值。 F(R ∞) 即为Kubelka-Munk 函数函数，，简写为K-M 函数函数，∞∞∞?=R R R F 2/)1() (2 R ∞ 即为相对漫反射率即为相对漫反射率，，简称漫反射率简称漫反射率，)(/)(''参比样品∞∞∞=R R R R ‘∞ 即为绝对漫反射率绝对漫反射率，，常用参比样品为BaSO 4，其绝对漫反射率R ‘∞约等于1。 漫反射吸光度A 与漫反射率R ∞ 之间关系为之间关系为：：A=log(1/ R ∞)
N掺杂TiO2光催化剂的紫外-可见漫反射光谱分析
N掺杂TiO2光催化剂的微结构与吸光特性研究 唐玉朝1,2*，黄显怀1，李卫华1 (1. 安徽建筑工业学院环境科学与工程系, 合肥230022 ; 2. 中国科学技术大学化学 与材料科学学院,合肥230026) 摘要：以紫外可见漫反射光谱(UV-VIS-DRS)和X射线光电子能谱(XPS)分析和研究了四种方法制备的N掺杂TiO2光催化剂的结构，即水解法(N/TiO2-H)、氨热还原法(N/TiO2-A)、机械化学法(N/TiO2-M)和尿素热处理法(N/TiO2-T)等。结果表明，N/TiO2-H和N/TiO2-T两种催化剂在490nm处有吸收带边，可见光激发途径是掺杂的N 以填隙方式形成的杂质能级吸收电子发生的跃迁引起的；而N/TiO2-A和N/TiO2-M两种催化剂在整个可见光区域内具有可见光吸收，其对可见光的激发途径是掺杂N和氧空缺共同作用的结果。理论计算的N杂质能级位于价带上0.75eV，与实验观察到的吸收带边结果十分吻合。XPS结果表明，几种催化剂的N1s结合能位置都在399eV 附近，显示为填隙掺杂的N原子。填隙掺杂的N/TiO2，其Ti原子的2p结合能与未掺杂的TiO2相比增加了＋0.3-＋0.6eV, 而O1s电子的结合能增加了＋0.2-＋0.5eV, 这是因为填隙的N原子夺取Ti和O的电子，Ti和O原子周围的电子密度降低了。电子能谱和吸光特性的研究都表明，掺杂的机理是在TiO2晶格内形成N原子的填隙。 关键词：TiO2；光催化；N掺杂；填隙；UV-VIS-DRS；XPS；杂质能级 Studies on the structures and light absorbance of nitrogen-doped titanium dioxides photocatalyst Yu-chao Tang1,2*, Xian-huai Huang1, Wei-hua Li1 (1.Department of Environmental Science and Engineering, Anhui University of Architecture, Hefei 230022, P R China；2. School of Chemistry and Materials Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, P R China) Abstract：Nitrogen doped dioxide titanium photocatalysts (N/TiO2) had been prepared by various methods: hydrolysis of tetrabutyl titanate (N/TiO2-H), ammonia thermal treatment of titanium dioxide (N/TiO2-A), mechanochemica1 treatment of titanium 资助项目：国家自然科学基金(50908001)，安徽省优秀青年科技基金(10040606Y29)。 作者简介：唐玉朝，男，博士，副教授，1975年生。*通讯联系人，tangyc@https://www.360docs.net/doc/ee15553360.html,
复旦固体物理讲义-18能带计算方法简介
上讲回顾 ?金属、绝缘体和半导体 *电子如何填充能带→可用原胞内电子填充判断？ *满带、空带、禁带。满带不导电！ ?结构因子与布里渊边界能级简并的分裂*物理原因同X射线衍射的消光现象→原胞内等价原 子波函数在布里渊区边界反射相干 ?三维空晶格模型的能带结构 *为何发生能带重叠？能带简约图如何得到？由于3D 布里渊区的复杂结构，与1D不同，高布里渊区能带 E(k+K)并不一定比低布里渊区能带高，例子 *如何给出能带结构？沿B区边界高对称轴，因为能 带在布里渊区边界上简并被打开，发生畸变。可反 映能带特征。特别对金属，除此外与自由电子类似http://10.107.0.68/~jgche/能带计算方法简介1
本讲要解决的问题及所涉及的相关概念?如何从3D空晶格模型过渡到典型的金属能带? *布里渊区边界简并是否打开？ ?典型的半导体能带结构? *半导体能带特征 *直接带隙、间接带隙、直接跃迁、带间跃迁 ?能带结构如何得到？→计算→如何计算能带? #对相互作用的合理地截断与近似 #对基函数的合理地取舍与近似 ?两种主要的能带结构计算方法物理思想*赝势方法 *紧束缚方法 http://10.107.0.68/~jgche/能带计算方法简介2
第18讲、能带计算方法简介 1.空晶格能带过渡到典型的金属能带 2.半导体能带结构 3.能带计算方法的物理思想 4.近自由电子近似——平面波方法 5.举例——只取两个平面波 6.平面波方法评论 7.赝势 http://10.107.0.68/~jgche/能带计算方法简介3
1、空晶格能带过渡到金属能带http://10.107.0.68/~jgche/能带计算方法简介4
紫外光漫反射测带隙
REVISTA MEXICANA DE F′ISICA S53(5)18–22SEPTIEMBRE2007 Use of diffuse re?ectance spectroscopy for optical characterization of un-supported nanostructures A.Escobedo Morales,E.S′a nchez Mora,and U.Pal Instituto de F′?sica,Benem′e rita Universidad Aut′o noma de Puebla, Apartado Postal J-48,72570,Puebla,Pue.,M′e xico, e-mail:aescobe@sirio.ifuap.buap.mx,esanchez@sirio.ifuap.buap.mx, upal@sirio.ifuap.buap.mx Recibido el7de julio de2006;aceptado el7de diciembre de2006 Optical properties of un-supported or powdered nanostructures are frequently determined through UV-Vis absorption spectroscopy of their dispersed solutions in liquid media.Though the peak position of the absorption band of semiconductor nanostructures could be de?ned well from such measurements,precise determination of their band gap energies(E g)is dif?cult.However,using the Kubelka-Munk treatment on the diffuse re?ectance spectra of such powdered semiconductor nanostructures,it is possible to extract their E g unambiguously.We discussed the advantages of using Diffuse Re?ectance Spectroscopy(DRS)over UV-Vis absorption spectroscopy in powdered nanostructured materials. Un-doped and In-doped ZnO nanostructures of needle-like morphology,grown by a low-temperature hydrothermal technique are used for the optical studies.Possible sources of mistake in estimating E g from UV-Vis absorption spectra of dispersed samples are discussed. Keywords:Diffuse re?ectance spectroscopy;nanostructures;zinc oxide. Frecuentemente las propiedades′o pticas de nanoestructuras en forma de polvo o no soportadas son determinadas dispersando el material en medios l′?quidos y efectuando espectroscopia de absorci′o n UV-Vis.Aunque la posici′o n de la banda de absorci′o n para estos semiconductores nanoestructurados puede estar bien de?nida,la determinaci′o n precisa del valor de la energ′?a de la banda prohibida(E g)es dif′?cil.Sin embargo,usando el formalismo de Kubelka-Munk en los espectros de re?ectancia difusa obtenidos de las muestras,es posible conocer E g sin ambig¨u edad.Aqu′?se discuten las ventajas de usar la espectroscopia de re?ectancia difusa(DRS)sobre la espectroscopia de absorci′o n UV-Vis en semiconductores nanoestructurados en forma de polvo.Nanoestructuras de ZnO con morfolog′?a tipo aguja,dopadas y no-dopadas con indio crecidas por una t′e cnica hidrot′e rmica a baja temperatura son usadas para los estudios′o pticos.Posibles fuentes de error en la estimaci′o n de E g usando los espectros de absorci′o n UV-Vis de muestras dispersadas son discutidas. Descriptores:Espectroscopia de re?ectancia difusa;nanoestructuras;oxido de zinc. PACS:78.40.-q;78.67.Bf;78.67.-n 1.Introduction The energy gap(E g)is an important feature of semicon-ductors which determines their applications in optoelectron-ics[1-4].The UV-Vis absorption spectroscopy is frequently used to characterize semiconductors thin?lms[5].Due to low scattering in solid?lms,it is easy to extract the E g values from their absorption spectra knowing their thickness.How-ever,in colloidal samples,the scattering effect is enhanced since more super?cial area is exposed to the light beam.In normal incidence mode,dispersed light is counted as ab-sorbed light and the technique(optical absorption)does not distinguish between the two phenomena.On the other hand, it is common to obtain powdered samples instead of thin?lms or colloids,and frequently UV-Vis absorption spectroscopy is carried out dispersing the sample in liquid media like water, ethanol or methanol.If the particle size of the sample is not small enough,it precipitates and the absorption spectrum is even more dif?cult to interpret.In order to avoid these com-plications,it is desirable to use DRS,which enables to obtain E g of un-supported materials[6]. The theory which makes possible to use DR spectra was proposed by Kubelka and Munk[7].Originally they pro-posed a model to describe the behavior of light traveling in-side a light-scattering specimen,which is based on the fol-lowing differential equations: ?di=?(S+K)idx+Sjdx dj=?(S+K)jdx+Sidx(1) where i and j are the intensities of light traveling inside the sample towards its un-illuminated and illuminated surfaces, respectively;dx is the differential segment along the light path;S and K are the so called K-M scattering and absorp-tion coef?cients,respectively.These last two quantities have no direct physical meaning on their own,even thought they appear to represent portions of light scattered and absorbed, respectively,per unit vertical length[8].This model holds when the particle size is comparable to,or smaller than the wavelength of the incident light,and the diffuse re?ection no longer allows to separate the contributions of the re?ection, refraction,and diffraction(i.e.scattering occurs). In the limiting case of an in?nitely thick sample,thick-ness and sample holder have no in?uence on the value of re-?ectance(R).In this case,the Kubelka-Munk equation at any wavelength becomes: K S = (1?R∞)2 2R∞ ≡F(R∞);(2)
半导体材料的紫外-可见漫反射光谱测定
半导体材料的紫外-可见漫反射光谱测定 一、实验目的： 1、配合半导体材料测试分析的教学，进一步理解紫外/可见分光光度计的基本原理、基本构造、特点和应用范围，掌握仪器的常用操作方法； 2、掌握半导体材料的光学特性，特别是在紫外光区和可见光区的光学特性的检测方法，了解紫外-可见漫反射原理及积分球原理。 二、实验原理 紫外-可见漫反射光谱与紫外-可见吸收光谱相比，所测样品的局限性要小很多。后者符合朗伯-比尔定律，溶液必须是稀溶液才能测量，否则将破坏吸光度与浓度之间的线性关系。而前者，紫外-可见漫反射光谱可以测浑浊溶液、悬浊溶液、固体及固体粉末等，试样产生的漫反射满足Kublka-Munk方程式： (1-R∞)2/2R∞其中，K为吸收系数，S为散射系数，R =K/S ∞为无限厚样品反射系数R的极限值，其数值为一个常数。 积分球的示意图 漫反射光是指从光源发出的光进入样品内部，经过多次反射、折射、散射及吸收后返回样品表面的光。这些光在积分球内经过多次漫反射后到达检测器。漫反射光是分析与样品内部分子发生作用以后的光，携带有丰富的样品结构和组织信息。与漫透射光相比，虽然透射光中也负载有样品的结构和组织信息，但是透射光的强度受样品的厚度及透射过程光路的不规则性影响，因此，漫反射测量在提取样品组成和结构信息方面更为直接可靠。积分球是漫反射测量中的常用附件之一，其内表面的漫反射物质的反射系数高达98%，使得光在积分球内部的损失接近零。由于信号光从散射层面发出后，经过了积分球的空间积分，所以可以克服漫反射测量中随机因素的影响，提高数据稳定性和重复性。
紫外-可见漫反射吸收曲线作为一种重要的手段，可以很好的表征半导体材料的能级结构及光吸收性能。对于半导体材料而言，其带隙可以用下面的公式近似计算： E=h*C/λ 其中：E 为禁带能 h 为普朗克常数 = 6.626×10-34 C 为光速=3×10 J ●s 8 λ为截止波长，待测 m/s 三、实验仪器和样品 1. 岛津 UV-3101紫外分光光度计； 2. 半导体测试样品：BiVO 4粉末，Bi 4V 2O 11粉末，Bi 2MoO 6粉末，TiO 2 粉末（商用P25）。 四、实验过程 1、准备半导体测试样品： 2、开启计算机和紫外可见分光光度计。 3、通过计算机页面设置使用参数，确定波长及扫描范围。 4、进行标准校正和特殊校正。 5、装夹样品，进行BiVO 4粉末和TiO 2 6、进行图谱的处理。 粉末测量。 五、实验报告及要求 1、实验课前必须预习实验讲义和教材，掌握实验原理等必需知识。 2、根据教师给定实验样品，设计实验方案，选择仪器条件参数等。 3、要求实验报告用纸写出：实验原理，实验步骤(包括实验参数选择、测试、数据处理等)，计算所测半导体材料的带隙，附图谱，并进行简单误差分析。 六、讨论题 1、简述紫外-可见漫反射的基本原理。 2、简述半导体光催化原理。 3、半导体材料带隙计算时应注意什么问题？
漫反射光谱学
第13章 漫反射光谱学 José Torrent and Vidal Barrón, University of Córdoba, Spain 翻译：胡鹏翔 校对：姜兆霞 土壤各组分和入射光之间的相互作用决定了土壤的外观。颜色和土壤外观的其他属性敏感地反应了土壤性质，各组分比例，颗粒大小，形态以及土壤矿物和有机质的空间结构。事实上，用土壤颜色来获得土壤性质信息，从而描述区分土壤类型的研究已有75年的历史。 1949年美国土壤勘测计划和1959年国际土壤学会应用Munsell符号建立了描述土壤颜色的标准方法（1949年，美国土壤勘测计划利用Munsell标记法建立了描述土壤颜色的标准方法，10年后，该方法被国际土壤学会采用。）。之后，土壤学家开始广泛利用Munsell土壤比色表。然而，由于各种心理学和物理学因素，视觉上对土壤颜色的估计很容易产生本质上的错误。因此，色度计和分光光度计作为准确和精确测量土壤颜色的方法，被科学家所广泛接受。与此同时，不同类型分光光度计的使用可以从不同角度来阐述光照下土壤反射光谱的特性。 反射系数，即反射辐射通量（能量）和入射辐射通量（能量）之间的比值，是描述反射过程的基本参数（Wyszecki and Stiles, 1982）。一般来说，土壤在任何波长下的反射都由两部分组成：镜面反射（定向反射）和漫反射（不定向反射）。反射系数的野外测量通常在相对较大的面积上进行的（>10cm2）。因此，无论是镜面反射还是漫反射对土壤表面的总反射都有贡献，贡献的大小取决于土壤的颗粒大小，结构，微地貌和其他属性，这些属性称为土壤的表面状态（Escadafal, 1989）。然而在实验室中，土壤反射系数的测量是在相对小的面积上进行（<10cm2），测量使用的土壤也经过了研磨过筛。此时，漫反射系数占主导地位，