Métodos espectrales para determinar la anchura de banda prohibida de semiconductores

ZHANG Yong ,  

摘要

Aunque existen varias técnicas espectrales para extraer la anchura de banda prohibida o gap de los semiconductores, la mayoría pertenece a uno de los tres métodos siguientes: (1) absorción de excitones, (2) espectroscopía de modulación, (3) el diagrama de Tauc, el más ampliamente utilizado. La absorción de excitones se basa en la teoría de partículas múltiples y es la más clara desde el punto de vista físico, pero requiere una mayor calidad de cristal, preparación de muestras y realización experimental. El diagrama de Tauc se basa en la teoría de partículas únicas y no considera efectos multi-electrónicos. La espectroscopía de modulación analiza las características espectrales diferenciales de la reflexión y transmisión bajo perturbación externa. Empíricamente, la energía del gap obtenida de estos tres métodos sigue el orden Eex > EMS > ETP, donde las tres energías de transición provienen respectivamente de la absorción de excitones, la espectroscopía de modulación y el diagrama de Tauc. En principio, si definimos Eg como el gap de un solo electrón, esperamos que Eg > Eex, por lo tanto Eg > ETP. En la literatura, ETP generalmente se interpreta como Eg, lo cual es problemático conceptualmente. Sin embargo, en muchos casos, debido a la dificultad de observar el pico de absorción de excitones, no se reconoce la inconsistencia entre Eg y ETP. Esta breve revisión utiliza ejemplos de muestras reales para (1) ilustrar cómo las características de absorción de excitones dependen de la muestra y las condiciones de medición; (2) mostrar las diferencias entre Eex, EMS y ETP cuando pueden extraerse simultáneamente; (3) demostrar cómo el ampliamente adoptado diagrama de Tauc puede conducir a resultados engañosos. Finalmente se señala que si no se puede observar el pico de absorción de excitones, la espectroscopía de modulación normalmente puede proporcionar un gap más útil y razonable que el diagrama de Tauc.

关键词

materiales semiconductores;anchura de banda prohibida;absorción de excitones;espectroscopía de modulación;diagrama de Tauc

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