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实验十四 禁带宽度的测量应物0903 蔡志骏 u200910207 张文杰 u200910205一、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（吸收）光谱3、能根据吸收光谱推算出材料的光学禁带宽度。
二、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0k ∆=，这种跃迁为允许带间直接跃迁。
这种跃迁满足g g E ω=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()()1412210gE cmαωω-≈⨯-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，0k = 的跃迁被选择定则1L ∆=±禁止，而0k ≠的跃迁允许，这种跃迁为禁戒的直接跃迁。
虽然在0k = 徙的跃迁几率为0，但是0k ≠处仍存在一定的的跃迁几率，且跃迁几率正比于2k ，此时的吸收系数为()()411.310gE cmωαωω--=⨯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k空间同一位置而发生直接跃迁。
(1)、当g p E E ω>- 时，只能伴随着声子的吸收过程，吸收系数为()()2exp 1g p p B c E E E k T αωαω-+=⎛⎫- ⎪⎝⎭(2)、对于g p E E ω>+ 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()()21exp g p e p B c E E E k T ωαω--=⎛⎫- ⎪⎝⎭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1lgA T=光吸收规律()0exp I I x α=-α为吸收系数，x 为光的传播距离，根据朗伯—比尔定律，A 正比于α。
紫外探测器原理紫外探测器是一种可以检测紫外光的光电传感器，广泛应用于科学研究、工业检测、环境监测等领域。
它基于紫外光与物质之间的相互作用原理，将光信号转换为电信号，实现对紫外光的探测、测量和分析。
紫外探测器的工作原理基于紫外光的光电效应，即当紫外光照射到感光材料上时，光子的能量被传递给感光材料中的电子，使其从价带跃迁到导带，形成电子空穴对。
紫外光的强度越大，传递给感光材料的能量就越大，电子的跃迁数量就越多，形成的电子空穴对也就越多。
接着，这些电子空穴对会被电场分离并收集到电极上，产生电流信号，从而实现对紫外光的探测。
常用于紫外探测器的感光材料有硅（Si）、氮化镓（GaN）、硒化镉（CdSe）等。
硅是一种常见的半导体材料，具有良好的光电性能和相对较宽的响应范围，在宽波长范围内都能对紫外光产生响应。
氮化镓则是一种具有较高选择性的材料，适用于高能量的光子探测。
而硒化镉则是一种高灵敏度的材料，适用于高精度的紫外光测量。
除了感光材料，紫外探测器还包括光透过窗、滤光膜、光敏电极等组件。
光透过窗用于过滤掉紫外光以外的光线，确保只有紫外光能够进入探测器。
滤光膜则用于进一步调节入射光的波长和强度，以满足具体应用需求。
光敏电极则负责收集感光材料中产生的电子空穴对，将其转化为电流信号。
在实际应用中，紫外探测器通常与信号放大器、滤波器、数据采集系统等设备结合使用，以提高信号的检测灵敏度和增加探测范围。
信号放大器将探测器输出的微弱电流放大为可测量的电压信号，滤波器则用于进一步滤除噪音和杂散光，数据采集系统则用于记录和分析探测器输出的电信号。
总的来说，紫外探测器的原理是基于光电效应，通过感光材料吸收和转换紫外光的能量，产生电流信号。
感光材料的选择、光透过窗、滤光膜、光敏电极等组件的设计和优化，以及与其他设备的配合使用，都是实现高灵敏度、高准确性紫外光探测的关键。
紫外探测器的原理
紫外探测器是一种用于检测紫外光信号的器件。
它的工作原理主要基于光电效应。
光电效应是指当光照射到物质表面时，光子能量被传递给物质中的电子，使其获得足够的能量从而跳出原子或分子的束缚，形成自由电子或正空穴。
紫外探测器利用光电效应中光子能量转化为电子能量的特性，将光信号转化为电信号。
在紫外探测器中，通常采用半导体材料作为感光层。
当入射的紫外光照射到感光层时，光子能量被传递给材料中的电子，使电子跃迁至导带中，形成电子-空穴对。
通过施加电场，电子
会被加速移动至电极，形成电流。
为提高电流的灵敏度，通常在感光层和电极之间加入反射层，以增加光吸收效果。
此外，还可以通过引入增益机制（如光电倍增管）来提高探测器的灵敏度。
值得注意的是，紫外探测器对于不同波长的紫外光的灵敏度有所差异。
因此，在设计和选择紫外探测器时，需要根据具体应用需求考虑其灵敏度、响应速度、噪声等性能指标。
总之，紫外探测器通过光电效应将光信号转化为电信号，实现对紫外光的检测。
其原理基于光子能量转化为电子能量的特性，以及半导体材料的光电效应。
禁带半导体紫外探测器紫外探测技术在国防预警与跟踪、电力工业、环境监测及生命科学领域具有重要的应用，其核心器件是高性能的紫外光电探测器。
基于半导体材料的固态紫外探测器件具有体重小、功耗低、量子效率高、和便于集成等系列优势。
以碳化硅（SiC）和III族氮化物为代表的宽禁带半导体是近年来国内外重点研究和发展的新型第三代半导体材料，具有禁带宽度大、导热性能好、电子饱和漂移速度高以及化学稳定性优等特点，用于制备紫外波段的光探测器件具有显著的材料性能优势。
我们实验室在宽禁带半导体紫外探测器领域具有较强的实力。
率先在国内实现4H-SiC基紫外雪崩单光子探测器；分别研制成功高增益同质外延GaN基紫外雪崩光电探测器、国际上领先的高增益AlGaN基日盲雪崩光电探测器、具有极低暗电流的AlGaN基MSM日盲深紫外探测器、高量子效率AlGaN基PIN日盲深紫外探测器、以及现有芯片面积最大的AlGaN基日盲深紫外探测器，相关结果多次获得国际主流媒体的跟踪报导。
目前，我们的工作重点是研制高灵敏度宽禁带半导体紫外探测器，包括：紫外单光子探测器件结构设计和物理分析，紫外单光子探测线阵和日盲紫外探测阵列制备。
宽禁带半导体功率电子器件针对未来高效电力管理系统、电动汽车和广泛军事应用大容量化、高密度化和高频率化的要求，将宽禁带半导体材料应用于高档次功率电子器件可以有效解决当今功率电子器件发展所面临的“硅极限”（silicon limit）问题，将大幅度降低电能转换过程中的无益损耗，在各领域创造可观的节能空间。
宽禁带Ⅲ族氮化物半导体具有强击穿电场、高饱和漂移速度、高热导率和良好化学稳定性等系列材料性能优势，是制备新一代功率电子器件的理想材料。
这一研究方向近年来成为国际上继GaN基发光二极管和微波功率器件之后的新兴研究热点。
我们小组在这一研究领域具有较好的基础，已经研制成功AlGaN/GaN平面功率二极管，其击穿电压大于1100V，功率优值系数高达280MW/cm2。
ZnMgO紫外探测器研究现状1 引言ZnO是一种直接宽带隙的半导体材料（禁带宽度为3.37 eV），在室温下有很高的激子束缚能（60 meV），外延生长温度低，抗辐射能力强。
通过Mg的掺入可实现禁带宽度从3.3 eV 到7.8 eV可调的ZnMgO合金，ZnMgO作为优良的紫外光电材料在光电系统中有着广泛的应用，像LED、光探测器和太阳能电池等，特别是紫外光探测器方面的应用。
紫外探测器广泛用于矿井可燃气体和汽车尾气的监测、固体燃料成分分析、环境污染监测、细胞癌变分析、DNA 测试、准分子激光器检测等领域。
在军事上可用于导弹跟踪、火箭发射、飞行器制导以及生化武器的探测。
在现实生活中，用于火灾监测、紫外通信以及紫外线辐射的测量。
随着紫外线的广泛应用，紫外探测器在环保、医学、军事等领域将得到更广泛的应用。
作为一种宽禁带半导体材料，ZnMgO近年来受到了研究人员的广泛关注。
2 ZnMgO紫外光探测器的研究进展ZnMgO薄膜材料生长和紫外探测器的研究主要有美国、日本，印度、南韩等国家，薄膜生长方法以脉冲激光沉积（PLD），分子束外延（MBE），金属有机化学气相沉积（MOCVD），和磁控溅射等为主。
自1998年日本东京技术研究所用PLD方法在蓝宝石（0001）衬底上生长出了Mg组分达0.33的ZnMgO单晶薄膜之后，高Mg组分的ZnMgO薄膜材料生长和紫外探测器研究引起了人们的极大兴趣。
美国北卡罗那州大学，马里兰大学都相继报道了ZnMgO薄膜的生长及光学特性研究；南韩Pohang科技大学采用MOCVD方法在蓝宝石衬底上生长了Mg组分（0-0.49）连续可调的ZnMgO薄膜，并有X-射线衍射（XRD）谱表明未发生结构分相。
这些结果已远远超过平衡态下Mg在ZnO中的固溶度值≤4％。
以上ZnMgO薄膜大都是在单晶衬底和较高的衬底温度（350－750℃）上生长，而日本Ritsumeikan大学和印度德里大学均采用磁控溅射方法，在不加热的硅和石英衬底上生长出了Mg组分0.42和0.46的ZnMgO薄膜，结果表明薄膜仍未发生结构分相。
