Các hiện tượng quang học bao gồm các quá trình vật lý xảy ra do sự tương tác giữa tinh thể và sóng điện từ có bước sóng nằm trong khoảng từ phổ hồng ngoại đến phổ tử ngoại.
Khi chiếu một chùm sáng lên một màng mỏng, một phần ánh sáng sẽ bị phản xạ hoặc hấp thụ khi tương tác tinh thể.
• Phổ truyền qua:
Hệ số truyền qua được xác định bằng tỉ số giữa cường độ ánh sáng truyền qua mẫu và cường độ ánh sáng tới:
Hệ số truyền qua phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng tới, sự phụ thuộc đó gọi là phổ truyền qua của mẫu.
• Phổ hấp thụ:
Hệ số hấp thụ ánh sáng được xác định từ định luật hấp thụ Buger- Lamber:
exp
Đối với mẫu màng, hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng xảy ra trên cả hai bề mặt nên hệ số hấp thụ được tính theo công thức:
Hệ số hấp thụ có thể xem là xác xuất hầp thụ photon ánh sáng trên một đơn vị bề dày mẫu. Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ α vào bước sóng tới
gọi là phổ hấp thụ.
Đối với các chất bán dẫn vùng cấm thẳng như ZnO, hệ số hấp thụ liên quan tới độ rộng vùng cấm theo công thức:
Trong đó là năng lượng photon là độ rộng vùng cấm
Vậy, độ rộng vùng cấm có thể tính được bằng cách ngoại suy phần tuyến tính của đồ thị đối với tới
Từ phổ hấp thụ và phổ truyền qua, ta có thể nhận ra sự có mặt của tạp chất trong mẫu nhờ sự xuất hiện của các đỉnh hấp thụ ánh sáng của cỏc tõm tạp chất. M3 (BS) S2 S1 G D D Ref Sam M5 M2 M4 D2 W M1 F
Hình 1.15: sơ đồ nguyên lí hệ đo phổ hấp thụ và phổ truyền qua.
Nguyên tắc hoạt động:
Tuỳ thuộc vào phổ khảo sát, một trong hai nguồn sáng được dùng là đèn đơtơri D2 hoặc đèn halogen W. Chựm sỏng cú phổ liên tục phát ra từ đèn phản xạ trên gương M1, qua thiết bị lọc sắc F và khe hẹp S1 tới cách tử G và qua khe ra S2. Nhờ đó, ánh sáng ra khỏi khe hai là chùm tia hẹp, định hướng cao và có độ đơn sắc nhất định. Chùm tia này phản xạ trên gương M2 tới gương bán mạ M3, một phần phản xạ tới gương M5, một phần truyền qua gương M4. Các chựm sỏng hẹp, song song phản xạ từ các gương M4, M5 có phổ giống nhau, một chùm truyền qua mẫu cần đo (Sam), một chùm truyền qua mẫu so sánh (Ref) rồi tới hai Detctor D giống nhau. Tín hiệu quang được các Detector biến đổi thành tín hiệu điện và so sánh để xác định phổ truyền qua hay phổ hấp thụ tương ứng với phép đo tại mỗi bước sóng trong vùng phổ khảo sát.