Một trong những phương pháp dùng để nghiên cứu tính chất quang của vật liệu rất hữu hiệu đó là sử dụng phép đo phổ hấp thụ UV-VIS (Ultraviolet Visible). Phổ hấp thụ biểu thị mối quan hệ giữa cường độ hay hệ số hấp thụ ánh sáng của vật liệu với bước sóng ánh sáng chiếu vào vật liệu. Phổ hấp thụ UV – VIS của từng loại chất là khác dịch chuyển quang học,…Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại và khả kiến UV-VIS được sử dụng rất thuận lợi và phổ biến để phân tích tính chất hấp thụ, truyền qua hoặc tán xạ của các màng mỏng. Hiện nay, phương pháp này còn được mở rộng phép nhau. Chính khả năng hấp thụ một cách chọn lọc bước sóng là cơ sở để ta xác định đặc tính của vật liệu. Phép đo phổ hấp thụ quang học cho ta rất nhiều thông tin về vật liệu như: độ rộng vùng cấm, dự đoán bước sóng huỳnh quang của vật liệu nếu vật liệu phát quang, hiệu ứng kích thước lượng tử, ước tính kích thước của các chấm lượng tử, các đo đến vùng hồng ngoại gần trên thiết bị UV-VIS-NIR, ở đây chúng tôi có sử dụng thiết bị UV-VIS-NIR (Ultraviolet Visible Near Infrared) với dải bước sóng đo được từ
200-1400 nm. Trong đó, ánh sáng có bước sóng từ 200-380 nm, được gọi là ánh sáng tử ngoại (Ultraviolet – UV), ánh sáng có bước sóng trong khoảng 380-800 nm được gọi là ánh sáng khả kiến (Visible – VIS) và ánh sáng có bước sóng trong khoảng 800-1400 nm được gọi là ánh sáng vùng hồng ngoại gần (Near Infrared – NIR).
Từ phổ hấp thụ, có thể xác định được độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn bằng phương pháp Tauc Plot, dựa vào biểu thức sau:
αhν = A(hν-Eg)m (2.2)
Trong đó: Eg là độ rộng vùng cấm, h là hằng số Planck, n là tần số của ánh sáng, α là hệ số hấp thụ và A là hằng số. Giá trị của hệ số m phụ thuộc vào chất bán dẫn (m = 2 với chất bán dẫn vùng cấm xiên, m = ½ với chất bán dẫn vùng cấm thẳng).
Biểu thức (2.2) có thể được biểu diễn lại thành:
(αhν)1/m = f (hν) (2.3)
Phương pháp Tauc Plot chính là vẽ đồ thị của (αhν)1/m theo năng lượng của photon (hν). Trên đường cong sẽ có một phần là tuyến tính. Nếu kéo dài đường tuyến tính này cắt trục hoành ở đâu sẽ cho ta giá trị của độ rộng vùng cấm (Eg) của chất bán dẫn. Trên hình 2.15 mô tả cách xác định độ rộng vùng cấm (Eg) của chất bán dẫn vùng cấm thẳng chất với m = ½ [113].
Trong luận án này, phổ hấp thụ được ghi trên thiết bị Jasco V670 - Đại học Sư phạm Hà Nội và thiết bị Shimadzu 2600 UV–VIS–NIR tại Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.