Métodos espectrais para determinar a largura da banda proibida de semicondutores

ZHANG Yong ,  

摘要

Embora existam várias técnicas espectroscópicas disponíveis para extrair a largura da banda proibida ou gap de semicondutores, a maioria pertence a um dos seguintes três métodos: (1) absorção de excitons, (2) espectroscopia de modulação, (3) o gráfico de Tauc mais amplamente utilizado. A absorção de excitons baseia-se na teoria de partículas múltiplas, sendo a mais clara fisicamente, mas exige alta qualidade do cristal, preparação da amostra e execução experimental. O gráfico de Tauc baseia-se na teoria de partícula única e ignora os efeitos multi-eletrônicos. A espectroscopia de modulação analisa características espectrais diferenciais da reflexão e transmissão sob perturbação externa. Empiricamente, as energias da banda proibida obtidas nesses três métodos seguem a ordem Eex > EMS > ETP, onde as três energias de transição derivam, respectivamente, da absorção de excitons, espectroscopia de modulação e gráfico de Tauc. Em princípio, se definir Eg como o gap de um único elétron, esperamos que Eg > Eex, portanto, Eg > ETP. Na literatura, ETP é geralmente interpretado como Eg, o que é conceitualmente problemático. No entanto, em muitos casos, devido à dificuldade de observar o pico de absorção de excitons, não se reconhece a inconsistência entre Eg e ETP. Esta breve revisão utiliza exemplos de amostras reais para (1) ilustrar como as características de absorção de excitons dependem da amostra e das condições de medição; (2) mostrar as diferenças entre Eex, EMS e ETP quando podem ser extraídos simultaneamente; (3) demonstrar como o gráfico de Tauc amplamente adotado pode levar a resultados enganosos. Finalmente, observa que, se o pico de absorção de excitons não puder ser observado, a espectroscopia de modulação normalmente pode oferecer um gap mais útil e razoável do que o gráfico de Tauc.

关键词

materiais semicondutores;largura da banda proibida;absorção de excitons;espectroscopia de modulação;gráfico de Tauc

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