物質受光照射時,通常發生兩種不同(tóng)的反射現象,即鏡(jìng)麵發射和漫反射。對於粒徑較小的納米粉體,主要發(fā)生(shēng)的是漫反射。漫反射滿足Kubelka-Munk方程式:
式中,K為吸收係數,與吸收光譜中的吸收係(xì)數的意義相同;S為散射係數; R∞為無限厚(hòu)樣品的反射係數(shù)R的(de)極限值(zhí)。
事實上,反射係(xì)數R通常(cháng)采用與(yǔ)已知的高反射係數(R∞≈1)標準物質(zhì)(如,BaSO4和MgO)比較來測量。如果同一係列樣品的散射係數S基(jī)本(běn)相同,則F(R)與吸收係數成正(zhèng)比;因而可用F(R)作為縱坐標,表(biǎo)示該化合物的吸收帶。又因為F(R)是利用積分球的方法測量樣品的反射係數得到的,所(suǒ)以F(R)又(yòu)稱(chēng)為漫反射吸收係數。
利用紫外-可見漫反射光譜法(UV-vis DRS)可以方便的獲得粉末或薄膜半(bàn)導體材料的能帶間隙。紫外-可見光譜的積分球附件原理如圖12-1所示,積分球是一個中(zhōng)空的完整球殼,其內壁塗(tú)白色(sè)BaSO4漫反射層(céng),且(qiě)球內壁各點漫射均勻。入射光照射在樣品表麵(miàn),反射光反射到積分球壁上,光線經積分球(qiú)內壁(bì)反射至積分球(qiú)中心的檢測器,可以獲得(dé)反射後的光強,從而可以計(jì)算(suàn)獲得樣品在不同波長的吸收。
根據材料(liào)的紫外-可見漫反射光譜可以計算獲得半導(dǎo)體材料的吸收帶邊或禁帶寬度。具體求法是先對紫外-可見(jiàn)漫反射光譜圖求導,找到一階導數最(zuì)低點,通過這個點作切線(xiàn),切線與吸(xī)光度為零時所對應的橫(héng)軸交點的波長即為材料的吸收帶邊,同時也就得到了半導體的禁帶寬度。也可以根(gēn)據吸收(shōu)譜中的吸收係數(shù),作出以光子能量hν為橫軸,(αhν)2為縱軸的曲線,如圖12-2所示。然後擬合光吸收邊所得直線在橫軸上的截距即為帶隙能量Eg。其中hν=h·c/λ,h=6.626×10-34 J·s為普朗克常數,c=3×108 m/s為光速,λ為(wéi)相對應的波長,最後把能量轉化為電子伏特為單位()。