禁带宽度.ppt

禁带宽度禁带宽度1求光学带宽求光学带宽EgTauc relationship:C is a constant for a direct transition,h is Plancks constant,and is the frequency of the incident photon.the absorption coefficient :=(1/d)ln(1/T),单位：cm-1T is the transmittance,单位：1d is the film thickness,单位：cm.以（h）2为纵轴，h为横轴做曲线，将线性部分延长，与横轴的交点就是Eg。作图步骤：1.求吸收系数求吸收系数，2.求入射光子能量求入射光子能量h=hc/,h=4.1356710-15 eV s,c=31017nm/s,是和透射率是和透射率T对应的波长，单位：对应的波长，单位：nm。h=1240.7/，（，（eV）3.求（求（h）22the plots of(h)2 vs.hv of the AZO,ANZO(1),ANZO(2)and ANZO(3)films3pure ZnOAg：Li=0Ag:Li=1:20Ag:Li=1:10Ag:Li=1:5Ag:Li=1:2Ag:Li=1：13.473.243.2463.1573.0633.153.22456第二种求第二种求Eg的方法的方法：其中：h4.1356710-15 eV s,c=31017nm/s max是透射率的一阶导数（dT/d）的最大值对应的波长。可以在origin里将透射率图谱进行微分，得到 dT/d曲线，通过工具拣峰命令，找到最大值对应的max。78对对Eg变化的分析变化的分析Eg变小，吸收边缘向长波方向移动，光学带宽发生红移。Eg变大，吸收边向短波方向移动，为蓝移。在半导体物理中，通常把形成共价键的价电子所占据的能带称为价带价带，而把价带上面自由电子占据的能带称为导带导带。被束缚的电子要成为自由电子，就必须获得足够能量从而跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。禁带宽度禁带宽度指导带中最低能级（导带底）和价带最高能级（价带顶）的能量间隔。费米能级费米能级：绝对零度下，电子占据的最高能级就是费米能级。在非绝对零度时，电子可以占据高于EF的若干能级，这时费米能级是占据几率等于50%的能级。9u金属中的费米能级是导带中自由电子填充的最高能级。u 对于本征半导体和绝缘体本征半导体和绝缘体，因为价带填满了电子，占据率为100%，导带是空的，费米能级位于禁带中间。u对于对于n型半导体型半导体，导带中有较多的电子（多数载流子），费米能级靠近导带底；掺入施主杂质的浓度越高，费米能级越靠近导带底，或进入导带。u对于对于p型半导体型半导体，价带中有较多的自由空穴（多数载流子），则费米能级在价带顶之上，并靠近价带顶；同时，掺入受主杂质的浓度越高，费米能级越靠近价带顶。10BursteinMoss effect（布尔斯坦（布尔斯坦-莫斯效应），莫斯效应），由泡由泡利不相容原理引起的，当在半导体中掺杂其他元素时，利不相容原理引起的，当在半导体中掺杂其他元素时，其带隙改变，价带顶和导带内未占据能态的能量间隔改其带隙改变，价带顶和导带内未占据能态的能量间隔改变。变。未掺杂的半导体未掺杂的半导体，费米能级位于导带底之下，施主占据，费米能级位于导带底之下，施主占据态（价带顶）之上。态（价带顶）之上。n型掺杂型掺杂时由于费米能级向上移动进入导带中，当吸收时由于费米能级向上移动进入导带中，当吸收光子时，位于价带顶的电子只能被激发到费米能级上部光子时，位于价带顶的电子只能被激发到费米能级上部的能态，因为费米能级下边（导带底）的能量状态已被的能态，因为费米能级下边（导带底）的能量状态已被占据。而使带隙变大，即发生蓝移。占据。而使带隙变大，即发生蓝移。P型掺杂型掺杂时，费米能级向下移动靠近价带顶，光学跃迁时，费米能级向下移动靠近价带顶，光学跃迁发生在费米能级和价带之间，而不再是价带和导带之间。发生在费米能级和价带之间，而不再是价带和导带之间。所以使带隙减小，即发生红移所以使带隙减小，即发生红移。本征本征ZnO是是n型半导体，银锂共掺杂型半导体，银锂共掺杂ZnO的带隙减小（红移），可能是因为的带隙减小（红移），可能是因为掺杂使自由载流子（空穴）浓度增大，费米能级向下移动到导带底之下，掺杂使自由载流子（空穴）浓度增大，费米能级向下移动到导带底之下，靠近价带顶，吸收跃迁发生在价带和费米能级之间，所以带隙减小。靠近价带顶，吸收跃迁发生在价带和费米能级之间，所以带隙减小。1112WilliamsonHall PlotWilliamsonHall(WH)plot was applied to calculate the grain size and microstrains contained in the samples from the XRD line broadening。WH model 和 Scherrer formula的不同：1.谢乐公式用测量的衍射宽度计算晶粒尺寸，忽略了晶格缺陷和其他原因引起的衍射峰增宽，会导致得到的晶粒尺寸偏小。D=k/cos。2.WH model is considering the combined effects of domain and lattice deformation,which produce final line broadening.（考虑晶粒尺寸和晶格变形的综合影响得到最终的谱线增宽），比谢乐公式精确。），比谢乐公式精确。The final line broadening：=grain size +lattice distortion。（假设仪器的影响可以忽略）由晶体缺陷和变形引起的应变导致谱线增宽：lattice distortion=/tan。13WilliamsonHall(WH)plot：is the wavelength of the X-rays,i is the diffraction angle,i is the total integral breadth of the ith Bragg reflection positioned at 2i,is the elastic strain,D isthe grain size.14microstrains 是拟合直线的斜率,纵轴的截距是1/D.15Thank You!16