einzelne Atome haben diskrete Energiespektren, aber in Festkörpern kann wegen der Kräfte im Kristallgitter zusätzlich Energie in Form von Phononen absorbiert und emittiert werden => Bändermodell für das Energiespektrum
Metalle: dort ist auch am absoluten Nullpunkt das Leitungsband besetzt => Metalle leiten immer Strom; alle Interbandübergänge sind möglich, d.h. das ganze auftreffende Licht wird absorbiert und später wieder emittiert, das Metall ist undurchsichtig; bei Gold und besonders bei Kupfer kann außerdem noch das nächsthöhere Band durch optische Photonen angeregt werden, d.h. die dafür nötigen kurzwelligen Photonen werden verstärkt absorbiert, das Metall sieht gelblich oder rötlich aus
Isolator: hier ist die Bandlücke sehr groß, d.h. Licht kann nicht absorbiert werden, Isolatoren sind meist durchsichtig (außer, sie sind verunreinigt)
Halbleiter: wie Isolatoren, aber die Bandlücke ist deutlich kleiner, sie kann z.B. durch thermische Anregung überwunden werden; Galliumnitrid (bei blauen/weißen LEDs verwendet) ist eigentlich ein Isolator, aber durch Dotierung erzeugt man ein energetisches Zwischenniveau kurz unter dem Leitungsband, so dass es sich wie ein Halbleiter verhält
amorphes Silizium: wird hergestellt, indem Silan (=Silizium mit Wasserstoff) aufgedampft wird (das macht billige Solarzellen (sehen braun aus) anfällig, weil mit der Zeit der Wasserstoff hinausdiffundiert)
Direkte Halbleiter: hier kann die minimale Bandlücke im
Kristallgitter direkt überwunden werden.
Indirekte
Halbleiter: hier ist sind die niedrigen Bereiche des Leitungsbands
im reziproken Kristallgitter verschoben, d.h. für einen
Übergang wird nicht nur Photonen-Energie, sondern auch noch ein
Gitterimpuls (Phonon) benötigt => im indirekten Halbleiter
sind Übergänge wesentlich seltener.
Dispersion (=Frequenzabhängigkeit der Brechzahl): bei normaler Dispersion nimmt die Brechzahl mit der Frequenz zu, da man sich unterhalb der Resonanzfrequenz im Festkörper befindet; bei anomaler Dispersion nimmt die Brechzahl mit der Frequenz ab, da man sich überhalb der Resonanzfrequenz befindet.
eine Halogenbirne erzeugt Licht mit kontinuierlichem Spektrum
Monochromator: das Licht wird auf ein optisches Gitter fokussiert, das über einen Schrittmotor drehbar ist; durch den Drehwinkel kann man festlegen, welche der verschieden stark gebeugten Wellenlängen auf die Probe treffen sollen
Detektor: ein Siliziumdetektor misst die Lichtintensität hinter der Probe (reflektiert oder transmittiert je nach Einbauort)
Lock-In-Verstärker zusammen mit einem Chopper an der Lichtquelle, um das Rauschen zu reduzieren (entspricht einer Fouriertransformation des Signals)
Damit sich das 1. Beugungsmaximum des (weniger stark gebeugten) kurzwelligen Lichts nicht mit dem 2. Beugungsmaximum des langwelligeren Lichts überlagert, muss man im Bereich des 2. Maximums einen Filter für kurzwelliges Licht einsetzen.
LED statt der Glühbirne einsetzen, für die Modulation die LED direkt vom Funktionsgenerator modulieren lassen (über T-Stück den Funktionsgenerator auch an den Lock-In-Verstärker anschließen). Aus der Lage des 0. Maximums der LED kann man das Offset des Schrittmotors bestimmen (sollte bei 0 sein, ist aber bei x=42), aus der Lage des 1. Maximums (x=1554) und der bekannten Wellenlänge der LED (564 nm) kann man die Apparatur eichen (Kanalnummer des ADC auf Wellenlänge umrechnen: (1554-42)/564 nm).
Für die Messung wieder die Glühbirne einsetzen, und den Chopper abgleichen. Der Chopper (= drehende Lochscheibe vor der Lampe) hat einen zweiten Messpunkt, mit dem der Lock-In-Verstärker auf die gleiche Frequenz synchronisiert wird - aber da dieser Messpunkt an einer anderen Stelle ist, ergibt sich eine Phasendifferenz zwischen dem gechoppten Licht und dem Signal für den Lock-In. Um die Phasendifferenz möglichst exakt einstellen zu können, stellt man die Empfindlichkeit auf den Maximalwert, sucht die Phasendifferenz, bei der das gemessene Signal Null ist (weil Null eindeutig definiert ist, im Unterschied zum Maximalwert, bei dem man nicht weiß, wie groß er ist) und addiert dann 90° zur Phasenverschiebung hinzu.
Empfindlichkeit wieder so einstellen, dass der Messwert kleiner als 2000 ist
Eine Messung ohne Probe machen.
Eine Messung ohne Probe, aber mit Filter machen => notieren, ab wo der Filter nicht mehr wirkt (d.h. ab wo die Intensität nach einem steilen Anstieg das erste Mal auf einem hohen Niveau ist: bei x=2028).
Transmissionsmessungen mit CdTe, GaAs, GaP und amorphem Silizium machen (dabei immer bei x=2028 die Messung anhalten und Filter einsetzen)
Reflexionsmessungen mit amorphem Silizium (Achtung: ist auf Glasplatte aufgedampft, erzeugt Interferenzmuster durch Mehrfachreflexion an Grenzschichten), Gold und Kupfer