Phổ UV-vis là một trong những phương pháp nghiên cứu cấu trúc của vật liệu, đặc biệt là cấu trúc vùng năng lượng và có ý nghĩa lớn trong nghiên cứu ảnh hưởng của sự pha tạp đối với cấu trúc vùng năng lượng. Hình 3.5 là phổ UV-vis của vật liệu BTO và BTO pha tạp Er với các tỉ lệ % mol khác nhau. Ta có thể thấy, mẫu BTO cũng như các mẫu pha tạp xuất hiện đỉnh hấp thụ gần 312 nm được dự đoán là liên quan đến sự chuyển mức năng lượng giữa vùng cấm và vùng hóa trị của vật liệu BTO. Tuy nhiên, khi pha tạp Er, chúng ta thấy trên Hình 3.5 (b) với mẫu pha tạp 0,5%mol Er xuất hiện 1 đỉnh nhỏ tại bước sóng 522 nm. Khi nồng độ pha tạp là 1% mol Er [Hình 3.5 (c)] xuất hiện thêm 3 đỉnh tại các bước sóng 488 nm, 522 nm, và 651 nm. Ba đỉnh này càng mạnh khi tỉ lệ pha tạp càng tăng như thể hiện trên Hình 3.5 (e)-(g). Những đỉnh hấp thụ này liên quan đến sự xuất hiện những trạng thái chuyển mức năng lượng giữa các mức năng lượng định xứ của nguyên tố Er trong vùng cấm. Đó là yếu tố ảnh hưởng đến tính phát quang của vật liệu nhờ sự chuyển mức năng lượng ở trạng thái năng lượng định xứ. Ngoài ra, sự pha tạp còn ảnh hưởng đến cấu trúc vùng năng lượng, đó là sự thay đổi năng lượng vùng cấm. Để xác định năng lượng vùng cấm, chúng tôi sử dụng phương pháp Wood-Tauc, trong đó giá trị Eg liên quan đến độ hấp thụ và năng glượng photon theo phương trình:
,
trong đó α là độ hấp thụ, h là hằng số Planck, ν là tần số, Eglà năng lượng vùng cấm, và n là hằng số liên quan đến các kiểu chuyển mức khác nhau (n=1/2; 2; 3/2 hoặc 3) phụ thuộc vào bán dẫn trực thẳng hay xiên. Do đó, Eg của BTO và BTO pha tạp Mn được xác định bằng cách ngoại suy từ phần tuyến tính của đường cong. Theo tính toán lý thuyết cấu trúc vùng năng lượng của BTO cho thấy vật liệu BTO có cấu trúc
Kết quả xác định giá trị độ rộng vùng cấm quang (Eg) của mẫu BTO và BTO pha tạp Er theo hàm lượng Er pha tạp thể hiện trên Hình 3.7. Kết quả cho thấy giá trị độ rộng vùng cấm quang của mẫu BTO thay đổi rất nhỏ khi pha tạp Er. Điều đó có thể được dự đoán là mức tạp chất của đất hiếm Er nằm ngay sát dưới vùng dẫn. Bên cạnh đó, các mức khuyết như oxy thông thường cũng nằm ngay dưới sát vùng dẫn. Đo đó, độ rộng vùng cấm quang của BTO là hầu như không có sự thay đổi ngay khi hàm lượng Er pha tạp đạt 9 %mol. Kết quả này cũng khá phù hợp với sự dịch chuyển nhỏ trong phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu BTO và BTO pha tạp Er khi bờ hấp thụ UV- Vis xung quanh đỉnh hấp thụ 312 nm hầu như không đổi. Như vậy có thể thấy rằng, sự pha tạp Er vào cấu trúc của BTO tạo ra trạng thái năng lượng định xứ hơn là tạo ra sự thay đổi độ rộng vùng cấm.
Hình 3. 7. Năng lượng vùng cấm của BTO và BTO pha tạp Er với tỉ lệ khác nhau