Giovanni Marín

14/09/2024

Saludos mis estimados amigos de la comunidad científica #stem-espanol

Para la caracterización óptica de los materiales semiconductores es muy común utilizar varias técnicas espectroscópicas, tales como elipsometría, FT-IR, UV-Vis, entre otras técnicas que nos aporten información sobre las transiciones energéticas entre las bandas de valencia y conducción, además de las bandas de impurezas que puedan existir (niveles aceptores o donores).

https://youtube.com/shorts/QxuHJAAoxVgInterior de un espectrofotómetro UV-Vis

Tuve la oportunidad de presenciar la reparación del mecanismo mecánico de rotación de espejos mediante engranajes a medida que se varía la longitud de onda del espectrofotómetro UV-Vis. Como es evidente, se puede configurar un espectrómetro para cada rango de longitudes de onda, así que tendremos una fuente de luz para la región del espectro electromagnético, una lámpara de tungsteno para la región del visible (Vis) con longitudes de ondas de aproximadamente 340-380 nm que vemos de color violeta y de unos 760-780 nm que se observa de color rojo, mientras que en las longitudes intermedias se distinguen la gama de colores que muestro en la siguiente fotografía.

https://images.hive.blog/DQmSuadPtHew3xi5HT4t214aGwEsEJdMVzzi3X3bs8QUQWV/image.png Espectro de colores de la región del visible

En mi caso particular, siempre me ha gustado trabajar en términos de energía en electrón-voltios, existiendo una aproximación dada por E_[eV] ≈ 1240 eV/nm/λ_[nm], también hacer las gráficas de transmitancia y absorción óptica en lugar de la absorbancia, cuestiones de gusto y costumbre.

En términos de energía, la fuente de luz de la lámpara de tungsteno tiene una cierta cantidad de energía relacionada con los fotones incidentes y es inversamente proporcional a la λ_[nm] que puede variar desde 175 hasta 3300 nm.

La segunda lámpara es deuterium y en combinación con la lámpara de tungsteno consiguen cubrir el rango óptico desde 175 nm hasta los 3300 nm, a pesar que el espectro radiante continuo sea óptimo entre 220-360 nm (Deuterio ultravioleta, UV) y 360-950 nm (Tungsteno visible, Vis).

https://youtube.com/shorts/5cPiG3lF0Pk?feature=share

En espectroscopia se pueden combinar diferentes fuentes de radiación que cubran un amplio rango de energía (longitudes de onda) en el espectro electromagnético.

Monocromador

El sistema de espejos acoplados y fabricados con rejillas de difracción que dirigen la luz y la dividen en las diferentes longitudes de ondas que se ven en varios colores (región visible), ayudado con un disco dispuesto con un gran número de aberturas (ranuras) y que gira a altas velocidades de giro hasta 24.000 rpm con la finalidad de seleccionar esas longitudes de ondas con la más estrecha banda de energía (~ 0,5 nm).

https://images.hive.blog/DQmRcmHffZSar8B3zVtgoW9xRWWrSddTpnXMAgQjS1hW4fp/image.png

Luego que la luz proveniente de la lámpara de tungsteno o deuterio se dirige hacia el espejo con rejillas de difracción, entra en la etapa de procesamiento y selección de las longitudes de onda usando un filtro de interferencia, comúnmente un Chopper Monocromador que actúa como un obturador del camino óptico de la radiación lumínica y permitiendo el paso de las longitudes de onda que tienen la misma frecuencia de rotación de este disco (hélice) con ranuras llamada Chopper monocromador.

https://youtube.com/shorts/Qegi_qJhyq0?feature=share

Aportes de esta publicación.

Con todos los tips que pueda compartir en mis publicaciones acerca de las propiedades de los semiconductores y las mediciones de sus caracterizaciones estructurales, ópticas, eléctricas, dieléctricas y termoeléctricas, siempre es imprescindible entender el mecanismo de las técnicas de medición y si nos podemos adentrar en el corazón de los equipos tecnológicos nos ayudaría demasiado en la comprensión de los fenómenos físicos que estemos estudiando.

Bibliografía y lecturas recomendadas:

○ LAMBDA 1050+ UV/Vis/NIR Spectrophotometer

○ Lámparas para Espectrofotómetros
○ Lámparas
○ Characterization of Custom Light Sources using the LAMBDA
○ Espectrofotómetros UV-Vis
○ Espectrofotómetro frente al Espectrómetro UV-Vis
https://images.hive.blog/DQmWrpgXeuuyCACiUfamESvsVkYjhorgtDGAfuuMmDK45a3/image.png UV-Vis Spectroscopy: Principle and Limitations
https://images.hive.blog/DQmWrpgXeuuyCACiUfamESvsVkYjhorgtDGAfuuMmDK45a3/image.png Ultraviolet/Visible Spectroscopy (UV-Vis)

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