用透射谱分析薄膜的折射率厚度及光学带隙Tauc法

用透射谱分析薄膜的折射率厚度及光学带隙Tauc法第1页/共14页Page

2薄膜沉积于玻璃衬底上，结构如下符号的简单说明d＝filmthicknessn=n-ikn=complexrefractiveindexn=refractiveindexk=extinctioncoefficient第2页/共14页Page

3典型的透射谱条纹是干涉形成的，利用它可以计算薄膜厚度。根据透射谱计算出吸收系数，可得到光学带隙。从透射谱的包络线可以计算任一波长处的折射率。第3页/共14页Page

4画包络线第4页/共14页Page

5origin中手工画包络线的方法从tool中打开baseline对话框，根据需要选择automatic中的数字，点击CreateBaseline按钮，软件自动给出一条baseline,如果不满意这条线，点击Modify按钮，可以用鼠标拖动baseline到需要的位置。然后点出undoSubtraction按钮。点击包络线，从出来的对话框中选择gotobase1,形成包络线的数据文件，将其另存为一个新的数据表。上下包络线需要分别做并产生二个对应的数据文件。第5页/共14页Page

6如何将上下二条包络线与透射谱合成在一个图中先画出透射谱图激活一个包络线的数据列表，选中二列数据，将鼠标点在列最右侧合适的位置，会出现一个标有曲线的小标识，这时按住鼠标左键拖至透射谱的图中，然后用同样的方法将另一个包络线拖到透射谱中，得到合成图第6页/共14页Page

7相邻峰或谷处折射率的计算方法（－）在相邻峰或谷处分别在二条包络线上读取透射率的值，如图所示，相对应的波长也需要读取，计算薄膜厚度时要用。第7页/共14页Page

8相邻峰或谷处折射率的计算方法（二）其中s是透明衬底的折射率，对一般用的载波片为１.５２。或者用公式计算出来Ts透射谱中薄膜和衬底对光都无吸收时的透射率。用以上二个公式可以计算弱吸收区和中等强度吸收区中任一波长处的折射率，测量薄膜时只关心波峰和波谷处的值。第8页/共14页Page

9薄膜厚度的计算方法利用相邻波峰或波谷处的折射率及波长，可粗略地计算薄膜厚度。也可以利用以上计算的薄膜厚度，再根据干涉公式先给出干涉级数m，再重新计算薄膜厚度，这样给出的薄膜厚度误差小于１%。第9页/共14页Page

10光学带隙的计算方法（一）利用公式给出吸收系数谱ln(1/T)=d其中T：透射率d：薄膜厚度：吸收系数从曲线上读取吸收系数为５×104cm-1的点所对应的波长计算对应的Eg5,4=1.24/（的单位用微米）第10页/共14页Page

11光学带隙的计算方法（二）利用Tauc曲线算出吸收系数谱

＝1/d×ln(1/T)，d是薄膜厚度做出Tauc曲线（h）1/2~h其中的单位是cm-1h的单位是eV如右图所示，做出直线，找到与横坐标的交点，认为其就是光学带隙。第11页/共14页Page

12参考文献以上只介绍方法。理论部分请参照收下文献RSwanepoel.Determinationofthethicknessandopticalconstantsofamorphoussilicon.J.Phps.E:Sci.Instrum..Vol.16,1983.PrintedinGreatBritain第12页/共14页P