紫外－可见漫反射光谱原理

浏览量：1298 发布日期：2020-12-09 16:21:04【大中小】

物质受光照射时，通常发生两种不同的反射现象，即镜面发射和漫反射。对于粒径较小的纳米粉体，主要发生的是漫反射。漫反射满足Kubelka-Munk方程式：

式中，K为吸收系数，与吸收光谱中的吸收系数的意义相同；S为散射系数； R_∞为无限厚样品的反射系数R的极限值。

事实上，反射系数R通常采用与已知的高反射系数（R_∞≈1）标准物质（如，BaSO₄和MgO）比较来测量。如果同一系列样品的散射系数S基本相同，则F(R)与吸收系数成正比；因而可用F(R)作为纵坐标，表示该化合物的吸收带。又因为F(R)是利用积分球的方法测量样品的反射系数得到的，所以F(R)又称为漫反射吸收系数。

利用紫外－可见漫反射光谱法（UV-vis DRS）可以方便的获得粉末或薄膜半导体材料的能带间隙。紫外－可见光谱的积分球附件原理如图12-1所示，积分球是一个中空的完整球壳，其内壁涂白色BaSO₄漫反射层，且球内壁各点漫射均匀。入射光照射在样品表面，反射光反射到积分球壁上，光线经积分球内壁反射至积分球中心的检测器，可以获得反射后的光强，从而可以计算获得样品在不同波长的吸收。

根据材料的紫外－可见漫反射光谱可以计算获得半导体材料的吸收带边或禁带宽度。具体求法是先对紫外－可见漫反射光谱图求导，找到一阶导数最低点，通过这个点作切线，切线与吸光度为零时所对应的横轴交点的波长即为材料的吸收带边，同时也就得到了半导体的禁带宽度。也可以根据吸收谱中的吸收系数，作出以光子能量hν为横轴，（αhν）²为纵轴的曲线，如图12-2所示。然后拟合光吸收边所得直线在横轴上的截距即为带隙能量Eg。其中hν=h·c/λ，h=6.626×10^-34J·s为普朗克常数，c=3×10⁸m/s为光速，λ为相对应的波长，最后把能量转化为电子伏特为单位（）。