禁带宽度的测量实验报告

禁带宽度的测定一、实验目的1、学习紫外分光光度计的工作原理和使用方法2、学习用紫外分光光度计测量薄膜样品的透射光谱3、能根据吸收光谱推算出材料的光学禁带二、实验内容1、用紫外分光光度计测量不同厚度的和薄膜的透射光谱2、用不同的拟合关系计算出和样品的光学禁带宽度，并与理论值比较，定它们的跃迁类型3、样品在可见光范围内的透射率为什么会出现极大极小的变化，根据这一变化推算出薄膜的厚度三、实验原理1、禁带宽度的涵义(1)、禁带宽度表示晶体中公有化电子所不能具有的能量范围(2)、禁带支付表示价键束缚的强弱2、允许的带间直接跃迁在跃迁过程中波矢改变量，这种跃迁为允许带间直接跃迁。这种跃迁满足如果假定仅讨论导带底以上价带顶以下较小的能量范围内光吸收过程，对于导带与价带都是抛物线的并且非简并的情况有吸收系数与能量的关系服从1/2次方律。3、禁戒的带间直接跃迁在一些情况中，的跃迁被选择定则禁止，而的跃迁允许，这种跃迁为禁戒的直接跃迁。虽然在徙的跃迁几率为0，但是处仍存在一定的的跃迁几率，且跃迁几率正比于，此时的吸收系数为由上式可知吸收系数主要由3/2次方律决定4、导带底和价带顶位于波矢空间不同位置的带间直接跃迁和间接跃迁这种情况是指导带底的最低能量状态和价带的最高能量状态不在空间同一位置而发生直接跃迁。(1)、当时，只能伴随着声子的吸收过程，吸收系数为(2)、对于时，既可伴随着声子的发射，也可伴随着声子的吸收。其中伴随一个声子发射的吸收光谱为以上两式表明间接跃迁系数与入射光子的能量有二次方关系。5、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的关系为光吸收规律为吸收系数，为光的传播距离，根据朗伯—比尔定律，A正比于。四、实验装置双光束此外—可见光光度计，和薄膜样品五、实验方法1、打开分光光度计运行软件，将光谱扫描范围设为190-700nm，扫描步长为1nm，扫描方式为透射率。2、将两片没有镀膜的干净基片分别放置于参比池和样品池，先做基线扫描，然后将样品池的基片换成镀了腊的基片，进行光谱扫描，从而得到透射光谱。3、通过软件自带的功能将透射率转换成吸光度。4、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，拟合出各样品的光学带隙，并与理论值比较。(的禁带宽度理论值为3.37eV，的禁带宽度为3.2eV)六、数据记录与处理1、样品数据光学带隙理论值为先考虑五层样品的跃迁方式:eq\o\ac(○,1)按第一种跃迁方式计算，五层样品的光学带隙为，eq\o\ac(○,2)按第二种跃迁方式计算，五层样品的光学带隙为，eq\o\ac(○,3)按第三种跃迁方式计算，五层样品的光学带隙为，样品的跃迁方式为直接跃迁，禁带宽度与为次方的关系。一层样品一层样品的光学带隙为，三层样品三层样品的光学带隙为，五层样品七层样品七层样品的光学带隙为，九层样品九层样品的光学带隙为，2、样品数据光学带隙理论值为先考虑五层样品的跃迁方式：eq\o\ac(○,1)按第一种跃迁方式计算，五层样品的光学带隙为，eq\o\ac(○,2)按第二种跃迁方式计算，五层样品的光学带隙为，eq\o\ac(○,3)按第三种跃迁方式计算，五层样品的光学带隙为，样品的跃迁方式为第三种导带底和价带顶位于波矢空间不同位置时的带间直接跃迁和间接跃迁，禁带宽度与为2次方的关系。一层样品一层样品的光学带隙为，三层样品三层样品的光学带隙为，七层样品七层样品的光学带隙为，九层样品按第三种跃迁方式计算，九层样品的光学带隙为，七、数据分析对于样品，由以上的数据可知跃迁方式为直接跃迁，禁带宽度与为次方的关系薄膜层数一三五七九禁带宽度对于样品，由测量的数据可知跃迁方式为第三种导带底和价带顶位于波矢空间不同位置时的带间