Материал: Экспериментальные методы исследований. Калинин Ю.Е

уровнями, лежащими в запрещенной зоне, и соответствующей валентной зоной или зоной проводимости полупроводников. Эта величина обычно ограничивается длиной волны ~ 100 мкм. Для таких полупроводников, как германий и кремний, интересен диапазон длин волн от 0,75 до 25 мкм. В настоящее время выпускаются промышленные оптические приборы, перекрывающие указанные диапазоны.

Для определения фундаментальных параметров полупроводников широко используются методы измерения спектров поглощения. В тех участках спектра, где вещество селективно поглощает, величина прошедшего потока излучения становится меньше, образуя в спектре падающего на вещество излучения полосы поглощения, которые и составляют исследуемый спектр. Измерение спектра поглощения сводится к измерению зависимости энергии потока излучения, прошедшего через вещество, от длины волны. Для этой цели излучение от источника (чаще всего непрерывного спектра) пропускают через исследуемое вещество и направляют на входную щель монохроматора. Поток, выходящий из монохроматора, направляется на приемник излучения, сигнал которого после усиления измеряется прибором или регистрируется при сканировании спектра. Схема классического спектрометра для измерения спектра поглощения приведена на рис. 3.15.

Создание перестраиваемых по частоте лазеров позволяет измерять спектр поглощения без применения спектрального прибора – путем прямого определения зависимости потока излучения, прошедшего через вещество от длины волны.

Для исключения зависимости регистрируемого спектра поглощения I(d,) от спектра источника вводят несколько величин, характеризующих только поглощающее вещество. Таких величин четыре:

1) Коэффициент пропускания Т, определяемый соотношением

136

где I – интенсивность излучения, прошедшего через слой поглощающего вещества толщиной d; I0 – интенсивность излучения, падающего на исследуемое вещество. Он изменяется в пределах 0 < Т < 1 и обычно выражается в процентах (0 < Т < 100 %). Зависимость Т( ) часто называют спектром пропускания (рис. 3. 16 а).

2) Коэффициент поглощения А, определяемый отношением поглощенной энергии к энергии, падающей на вещество:

Величина А( ) изменяется в пределах 0 < А <1 (рис.3.16 б).

3) Оптическая плотность поглощающего вещества D,

определяемая соотношением

Оптическая плотность линейно связана с () и d.

4)Показатель поглощения (), определяемый

соотношением

Величина () характеризует природу поглощающего вещества, т.е. является его спектроскопической характеристикой.

Для измерения спектров поглощения обычно непосредственно определяется коэффициент пропускания Т( ), через который можно найти и другие характеристики спектра.

137

Современные оптические приборы подразделяются на спектрографы, спектрометры и спектрофотометры. В спектрографах спектр регистрируется при помощи фотографической пластинки. К таким приборам относятся, например, спектрографы типа ИСП-28, ИСП-51. В спектрометрах ИКС12, ИКС-21 регистрируется положение спектральной линии, т.е. определяется её длина волны и интенсивность потока излучения.

В спектрофотометрах ИКС-14, ИКС-22, ИR-10, ИR-20 определяется длина волны или волновое число и коэффициент пропускания для данной длины волны равный, например. отношению Ix/I0, где Ix – интенсивность излучения, прошедшего через вещество, I0 – интенсивность излучения, падающего на образец, или проходящего через контрольный образец.

Рис. 3.15. Схема однолучевого спектрометра для измерения спектров поглощения:

138

Рис. 3.16. Способы представления спектров поглощения:

Тот - (а), А от - (б), от - (в):

И– источник непрерывного спектра; С - исследуемое

вещество; М – монохроматор; D – приемник излучения; М1 и М2 – зеркала; У – усилитель; R – регистрограмма

Для того, чтобы упростить процедуру регистрации спектра поглощения, часто используют двухлучевые спектрофотометры, которые позволяют сравнивать интенсивность света от источника света с интенсивностью света, проходящего через исследуемый образец, или интенсивностью света, проходящего через исследуемый и контрольный образцы. Оптическая схема одного из приборов такого класса представлена на рис. 3.17.

139