可見光禁帶寬度范圍
禁帶寬度是指固體材料中光的能量不能通過的能帶范圍。以下是對可見光禁帶寬度的詳細解釋:
一、不同材料的禁帶寬度與可見光的關系
導體:
導體的禁帶寬度為零,因為它們的電子能帶中存在自由電子,電子可以容易地移動。
因此,可見光對于導體來說并沒有明確的禁帶寬度。
絕緣體:
絕緣體的禁帶寬度較大,一般大于3電子伏特(eV)。
因此,可見光對絕緣體而言也沒有明確的禁帶寬度。
半導體:
半導體的禁帶寬度通常在1至3電子伏特之間。
可見光的能量范圍大約為1.65至3.10電子伏特,因此可見光對應的禁帶寬度主要分布在半導體材料中。
二、半導體禁帶寬度的具體實例
對于氧化物半導體材料,其禁帶寬度一般大于3.1eV。例如,常見的In2O3、SnO2和ZnO,其光學禁帶寬度分別為3.75eV、3.8eV和3.2eV。由于它們的禁帶寬度大于可見光的能量范圍,因此這些氧化物半導體對可見光是透明的。
三、禁帶寬度的計算方法
在實際科研和應用中,對禁帶寬度的測量是研究半導體材料性質的基本手段。禁帶寬度可以通過多種方法測得,其中光譜測試法是常用方法之一。通過光譜測試法測得的禁帶寬度被稱為光學帶隙。
截線法:基于半導體的帶邊波長(吸收閾值λg)與禁帶寬度Eg之間的數量關系(Eg=1240/λg)進行計算。
Tauc plot法:基于Tauc、Davis和Mott等人提出的公式((αhν)1/n=B(hν-Eg))進行計算,其中α為吸光系數,h為普朗克常數,ν為頻率,B為常數,Eg為半導體禁帶寬度,指數n與半導體類型直接相關(直接帶隙n=1/2,間接帶隙n=2)。
綜上所述,可見光禁帶寬度范圍主要存在于半導體材料中,其范圍與半導體的具體類型有關。對于氧化物半導體等寬帶隙材料,其禁帶寬度通常大于可見光的能量范圍,因此對可見光是透明的。