半导体，是指常温下导电功能介于导体与绝缘体之间的材料，其具备必然的带隙(Eg)。时常对半导体材料而言，采纳适宜的光激励能够激励价带(VB)的电子激励到导带(CB)，孕育电子与空穴对。

图1.半导体的带隙组织示妄念

在协商中，组织决计功能，对半导体的能带组织测试万分关键。经过对半导体的组织停止表征，能够经过其电子能带组织对其光电功能停止说明。关于半导体的能带组织停止测试及说明，时常运用的法子有如下几种(如图2)：

紫外看来漫反射测试及策画带隙Eg；

VBXPS测得价带地位(Ev)；

SRPES测得Ef、Ev以及毛病态地位；

经过测试Mott-Schottky弧线获得平带电势；

经过电负性策画获得能带地位.

图2.半导体的带隙组织罕见测试方法

一、紫外看来漫反射测试及策画带隙Eg

1.1.紫外看来漫反射测试

1）制样：

布景测试制样：往图3左图所示的样本槽中参加适当的BaSO4粉末（由于BaSO4粉末险些对光没有汲取，可做布景测试），尔后用盖玻片将BaSO4粉末压实，使得BaSO4粉末填充一切样本槽，并压成一个平面，不能有凸出和凹下，否者会影响测试终归。

样本测试制样：若样本较多足以填充样本槽，能够直接将样本填充样本槽并用盖玻片压平；若样本测试不敷填充样本槽，可与BaSO4粉末搀和，制成一系列等品质分数的样本，填充样本槽并用盖玻片压平。

图3.紫外看来漫反射测试中的制样流程图

2）测试：

用积分球停止测试紫外看来漫反射（UV-VisDRS），采纳布景测试样（BaSO4粉末）测试布景基线（抉择R%形式），以其为background测试基线，尔后将样本放入到样本卡槽中停止测试，获得紫外看来漫反射光谱。测试完一个样本后，从头制样，持续停止测试。

1.2.测试数据责罚

数据的责罚紧要有两种法子：截线法和Taucplot法。截线法的基根源理是以为半导体的带边波长（λg）决计于禁带宽度Eg。两者之间存在Eg(eV)=hc/λg=/λg(nm)的数目干系，能够经过求取λg来获得Eg。由于方今很少用到这类法子，故不做详细引见，如下紧要来引见Taucplot法。

详细操纵：

1）普遍经过UV-VisDRS测试能够获得样本在不同波长下的汲取，如图4所示;

图4.紫外看来漫反射图

2）按照(αhv)1/n=A(hv-Eg)，此中α为吸光指数，h为普朗克常数，v为频次，Eg为半导体禁带宽度，A为常数。此中，n与半导体范例干系，直接带隙半导体的n取1/2，直接带隙半导体的n为2。

3）欺诈UV-VisDRS数据离别求(αhv)1/n和hv=hc/λ,c为光速，λ为光的波长，所做图如图1.5所示。所得谱图的纵坐标普遍为汲取值Abs，α为吸光系数，两者成正比。经过Taucplot来求Eg时，不管采纳Abs照样α，对Eg值无影响，能够直接用A取代α，但在论文中应表明。

4）在origin中以(αhv)1/n对hv做图，所做图如图5所示ZnIn2S4为直接带隙半导体，n取1/2)，将所获得图形中的直线部份外推至横坐标轴，交点即为禁带宽度值。

图5.Taucplot图

图6.W18O19以及Mo搀杂W18O19(MWO-1)的紫外看来漫反射图和Taucplot图

图7.ZnIn2S4(ZIS)以及O搀杂ZIS的紫外看来漫反射图和Taucplot图

图6与图7所示是文件中经过测试UV-VisDRS策画响应半导体的带隙Eg的图。

二、VBXPS测得价带地位(Ev)

按照价带X射线光电子能谱（VBXPS）的测试数据做图，将所获得图形在0eV临近的直线部份外推至与程度的拉长线缔交，交点即为Ev。

如图8，按照ZnIn2S4以及O搀杂ZnIn2S4的VBXPS图谱，在0eV临近（2eV和1eV）发掘有直线部份停止拉长，并将小于0eV的程度部份拉长获得的交点即离别为ZnIn2S4以及O搀杂ZnIn2S4的价带地位对应的能量（1.69eV和0.73eV）。如图9为TiO2/C的VBXPS图谱，同理可获得其价带地位能量（3.09eV）。

图8.ZnIn2S4(ZIS)以及O搀杂ZIS的VBXPS图

图9.TiO2/CHNTs的VBXPS图

三、SRPES测得Ef、Ev以及毛病态地位

图2.3所示是文件中经过测同步辐射光电子发射光谱(SRPES)策画响应半导体的Ef、Ev以及毛病态地位。图2.3a是经过SRPES测得的价带组织谱图，经过做直线部份外推至与程度的拉长线缔交，获得价带顶与费米能级的能量差值（EVBM-Ef）；该谱图在凑近0eV处(费米能级Ef)为毛病态的组织，如图2.3b所示，取将积分面积一分为二的能量地位界说为毛病态的地位。图2.3c是测得的二次电子的停止能量谱图，加快能量为39eV，按照策画加快能量与停止能量的差值，便可获得该材料的功函数，进一步获得该材料的费米能级(Ef)。

图10.W18O19以及Mo搀杂W18O19(MWO-1)的SRPES图以及其带隙组织示妄念

四、经过测试Mott-Schottky弧线获得平带电势

4.1.测试法子

在必然浓度的Na2SO4溶液中测试Mott-Schottky弧线，详细的测试法子如下：

设置必然浓度的Na2SO4溶液；

将必然量待测样本散开于必然比例的乙醇与水搀和液中，超声散开后，将导电玻璃片浸入（留意遏制浸入面积）或将必然量样本滴在必然面积的导电玻璃上，待其干枯后可停止测试（此环节制样必然要平均，尽或许薄。样本超声前可先停止研磨，超声时可在乙醇溶液中参加微量乙基纤维素或Nafion溶液）；

三电极体制测试，电解液为Na2SO4溶液，参比电极其Ag/AgCl电极，对电极其铂网电极，办事电极其具备待测样本的导电玻璃；

在必然电压界限(普遍为-1~1VvsAg/AgCl)停止测试，改动测试的频次（普遍为、以及Hz），获得响应的测试弧线。详细的设置界面如图11和图12所示。

图11.测试设置界面1

图12.测试设置界面2

4.2.测试数据责罚

测试的数据变换为txt格式，按照测得的数据可策画半导体材料的平带电势。关于半导体在溶液中孕育的空间电荷层（耗尽层），可用如下公式策画其平带电势：

斜率为负时对应p型半导体，斜率为正时对应n型半导体。由于电极的电容由双电层电容（Cdl）以及空间电荷电容（Csc）两部份构成，且

然则普遍CscCdl，故有C=Csc=C，按照txt数据（图13）的第一列（E）和第三列（Z），离别变换为NHE电位以及Csc=C=C=-1/wZ=-1/2πfZ，做出1/C2-E图便可获得Mott-Schottky弧线，将直线部份外推至横坐标轴，交点即为平带电势。普遍关于n型半导体，导带底地位与平带电势一致，能够为平带电势为导带底地位。

图13.保管的txt数据

图14.Mott-Schottky弧线图

图15与图16所示是文件中经过测试Mott-Schottky弧线获得半导体的平带电位(导带地位Ev)。如图15，按照Co9S8和ZnIn2S4的Mott-Schottky弧线图，能够获得Co9S8和ZnIn2S4的平带电位离别为-0.75eV和-0.95eV，由于斜率为正时对应n型半导体，Co9S8和ZnIn2S4均为n型半导体，能够以为其导带地位为-0.75eV和-0.95eV。如图16为P-In2O3和C-In2O3的Mott-Schottky弧线图，同理可获得其平带地位。

图15.Co9S8和ZnIn2S4的Mott-Schottky弧线图

图16.P-In2O3和C-In2O3的Mott-Schottky弧线图

五、经过策画获得能带地位

关于纯的简单半导体，可按照测得的禁带宽度(0.5Eg)来策画其导带和价带地位:

价带：EVB=X?Ee+0.5Eg

导带：ECB=X?Ee?0.5Eg

此中，X为半导体各元素的电负性的多少平均值策画的半导体的电负性，Ee为解放电子在氢标电位下的能量。

值得留意的是，在半导体存在毛病或许与别的材料复合时，实践的带隙组织策画或许存在差池，普遍经过前方提到的测试法子与该策画联合应用，获得对比正当的测试终归。

六、附录（罕用半导体能带组织）

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