D4 Photolumineszenz- und Absorptionsspektroskopie

Thema

Die Energie eines von diesem Halbleitermaterial emittierten oder absorbierten Photons ist umgekehrt proportional zu seiner Wellenlänge. Dies entspricht dem Zusammenhang zwischen Photonenenergie und Wellenlänge, der bereits in einem anderen Modell für Halbleiter-Nanopartikel aus anderen Materialien verwendet wird: Je kürzer die Wellenlänge des emittierten oder absorbierten Photons, desto größer ist gemäß dieser inversen Beziehung seine Energie. Da dieses Halbleitermaterial charakteristischerweise Photonen einer bestimmten Wellenlänge emittiert oder absorbiert, ist deren Energie durch diese charakteristische Wellenlänge festgelegt.

Der Absorptionskoeffizient dieses Halbleitermaterials, gemessen nahe seiner Bandkante, wird mithilfe des Tauc-Modells angepasst, um die Bandlücke zu bestimmen. Dieses Tauc-Modell extrapoliert den Teil des Absorptionskoeffizienten, der direkt oberhalb der Bandkante stark ansteigt, bis zum Punkt der Absorptionsnullstelle. Die Photonenenergie, bei der diese Extrapolation den Punkt der Absorptionsnullstelle schneidet, gibt direkt die Bandlücke des Halbleitermaterials an. Die Tatsache, dass der Absorptionskoeffizient dieses Halbleitermaterials direkt oberhalb der Bandkante steiler ansteigt, bedeutet, dass das Tauc-Modell den Wert dieser Bandlücke genauer extrapoliert.

Daher kombiniert dieses Modell, unter Berücksichtigung des Zusammenhangs zwischen Photonenenergie und Wellenlänge sowie der mit dem Tauc-Modell ermittelten Bandlücke, Photolumineszenz und Absorption nahe der Bandkante, um gemeinsam sowohl die Bandlücke als auch die optischen Eigenschaften des Halbleitermaterials zu bestimmen. Ein anderes Modell dieser Gruppe beschreibt dies detaillierter: Während die Absorption nahe der Bandkante und das Tauc-Modell die Bandlücke von der Seite der minimalen Absorptionsenergie des Halbleitermaterials aufzeigen, gibt dieselbe Photolumineszenz von der komplementären Seite der Photonenenergie, die das Halbleitermaterial bei der Rekombination emittiert, Aufschluss darüber, ob Defektzustände unterhalb der Bandlücke vorliegen, die diese Emission im Vergleich zur Vorhersage des Tauc-Modells verbreitern oder verschieben. Die Tatsache, dass diese Photolumineszenz-Emission in ihrer Photonenenergie mit der Bandlücke übereinstimmt, die dieses Tauc-Modell bereits aus dieser Absorption nahe der Bandkante erhält, bedeutet, dass beide Techniken zusammen bestätigen, dass dieses Halbleitermaterial folglich frei von jenen Defektzuständen ist, die andernfalls diese optische Qualität beeinträchtigen würden.

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