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紫外光可見光光譜儀和積分球附件在半導體材料性能研究中的應用
2023/04/26
二氧化鈦介紹
二氧化鈦（TiO2）因為其卓越的光催化效果、化學穩定性。有著無毒無害、價格低廉等優勢成為材料科學領域的研究重點。目前TiO2可應用於太陽能儲存與利用、汙水處理、空氣淨化等領域，被認為是具有發展前景的半導體材料。但由於TiO2擁有比較寬的能隙(Energy Gap)範圍，約為3.0-3.2eV間，只有少量太陽光中的紫外光（3%-5%）能夠使二氧化鈦激發，這限制了半導體材料TiO2的實際應用。為了能夠增加其對可見光的反應，學者們不斷通過金屬與非金屬摻雜對TiO2進行了改質研究，降低其能隙數值，進而實現了可見光激發的作用。
圖1. 二氧化鈦白色粉末
紫外光可見光光譜儀及積分球附件
使用ThermoFisher Evolution OnePlus紫外光可見光光譜儀搭配ISA-220積分球附件，和Insight 2操作軟體。掃描改質後的二氧化鈦粉末樣品得到的反射光譜，經過Insight 2軟體中進行導數處理和標註峰值，可快速計算材料的能隙寬度數值，用於科學研究的進行。
圖2. Evolution OnePlus光譜儀及ISA-220積分球附件
實驗及軟體操作方法
第一步，使用積分球附件收集改性後的二氧化鈦粉末材料的反射光譜。第二步，在使用Insight 2軟體附有的導數分析(Math/Derviative)下，將光譜轉換成一級導數結果。第三步，使用標峰功能(Analyze/Peak Pick)，標註出最大波長λmax，帶入下列公式後，即可計算出能隙寬度值Eg。Eg=hc/λmax
h(普朗克常數)=4.13567 x10-15 eV•s
C(光速)=3x1017 nm/s
圖3. Insight 2 軟體處理光譜順序
實驗結論
使用ThermoFisher Evolution OnePlus紫外光可見光光譜儀搭配ISA-220積分球附件，並使用Insight 2軟體分析功能，便可用於半導體材料性能研究，快速測試樣品光譜並輕鬆計算出能隙寬度之值。
