Инфракрасная спектроскопия твердых тел

«Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Факультет        радиотехники и электроники

Кафедра        микро- и наноэлектроники

Дисциплина  Физика твердого тела

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

на тему

ИНФРАКРАСНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ТВЁРДЫХ ТЕЛ

Студент:  гр. 242701 Лисов Д.А.

Руководитель:  кандидат физико-математических наук, доцент Петрович В.А.

Минск, 2014

Sdfyguhj

Введение

Инфракрасная (ИК) спектроскопия – раздел молекулярной оптической спектроскопии, занимающийся  получением, исследованием и применением спектров электромагнитного излучения в ИК области излучения, т.е. в диапазоне длин волн от  10-6 до 10-3 м. Такой подход в изучении свойств тела подразумевает поглощение инфракрасного излучения (фононов) телом с одновременным возбуждением его молекул. ИК спектры получают и исследуют теми же методами, что и соответствующие спектры при облучении твёрдого тела волнами СВЧ, видимого и инфракрасного диапазонов.

В данной курсовой работе будут рассмотрены оптические свойства твёрдых тел, которые можно исследовать с применением инфракрасной спектроскопии без изменения таких параметров твёрдого тела как ширина запрещённой зоны, электропроводность, время жизни избыточных носителей заряда и т.д.

Дале будут представлены основные принципы идентификации твёрдых тел по полученным ИК спектрам. Также будет проведён анализ спектра Er(NO3)3.

1. ИК Спектроскопия как подраздел оптической спектроскопии

Спектроскопия – метод физики и аналитической химии, посвящённый изучению спектров взаимодействия излучения с веществом. По характеру взаимодействия света с материалом разделяют  спектры поглощения, отражения, пропускания, излучения.

Оптическая спектроскопия – спектроскопия в видимом диапазоне длин волн с примыкающим к нему ультрафиолетовым и инфракрасным диапазонами.

ИК спектроскопия – спектроскопия в инфракрасном диапазоне излучения. В зависимости от длины волны выделяют три области ИК излучения:

1. Ближнюю (0,75 – 1,5 мкм).
2. Среднюю (1,5 – 5,6 мкм).
3. Дальнюю (5,6 – 100 мкм).

Современный спектрофотометр IR SPECORD  автоматически регистрирует инфракрасные спектры пропускания исследуемых проб в диапазоне волновых чисел 4000…400 см-1, что позволяет изучить оптические свойства твёрдого тела в средней области  ИК диапазона.

При помощи изучения спектров поглощения, отражения и пропускания можно определить:

1. Показатели преломления, диэлектрической проницаемости, и толщины однослойных и двухслойных плёнок.
2. Ширину запрещённой зоны полупроводников и диэлектриков.
3. Характер энергетических зон изучаемого материала (прямозонное или непрямозонное твёрдое тело).
4. Энергию и вид фононов, принимающих участие в поглощении света твёрдым телом.
5. Энергию экситонных состояний в твёрдом теле.
6. Вид и концентрация дефектов кристаллической решётки, в том числе и электрически неактивных.

2. Виды спектров

Если пренебречь эффектами рассеяния, то при прохождении света через вещество его интенсивность уменьшается вследствие отражения и поглощения. Если интенсивность падающей волны I0, отражённой – IR, то величину

                                                     (2.1)[pic 1]

называют коэффициентом отражения. Графическая зависимость коэффициента отражения от длины волны  или её частоты  называется спектром отражения. Эффектами рассеивания в данной ситуации можно пренебречь, если размер неоднородностей, практически не влияющих на вид спектров отражения и пропускания, должен быть не более , где λ – длина волны, при которой регистрируется соответствующий коэффициент.[pic 2][pic 3][pic 4]