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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(xì)解釋:

一、不同材料的禁帶寬度與可見光的關(guān)系

  1. 導(dǎo)體

    • 導(dǎo)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(dǎo)體來說并沒有明確的禁帶寬度。

  2. 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。

  3. 半導(dǎo)體

    • 半導(dǎo)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(yīng)的禁帶寬度主要分布在半導(dǎo)體材料中。

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二、半導(dǎo)體禁帶寬度的具體實例

  • 對于氧化物半導(dǎo)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(xué)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(dǎo)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(yīng)用中,對禁帶寬度的測量是研究半導(dǎo)體材料性質(zhì)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(xué)帶隙。

  • 截線法:基于半導(dǎo)體的帶邊波長(吸收閾值λg)與禁帶寬度Eg之間的數(shù)量關(guān)系(Eg=1240/λg)進(jìn)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(jìn)行計算,其中α為吸光系數(shù),h為普朗克常數(shù),ν為頻率,B為常數(shù),Eg為半導(dǎo)體禁帶寬度,指數(shù)n與半導(dǎo)體類型直接相關(guān)(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(dǎo)體材料中,其范圍與半導(dǎo)體的具體類型有關(guān)。對于氧化物半導(dǎo)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。


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