结构推理 采用光学分析仪器测量含有一氧化碳(CO)的甲烷气体():已知甲烷的吸收光谱带为3.3um及7.2um处,而一氧化碳吸收光谱带在4.65um处。试问利用什么材料半导体光电元件检测合适。
【正确答案】解:因为一氧化碳吸收光谱带4.65um于甲烷两种吸收光谱3.3um和7.7um之间,现需要检测的是甲烷,故在测量过程中选择的半导体材料应只敏感于甲烷,要克服一氧化碳对检测的影响,因此其半导体材料具有的能量大,即禁带宽度要大,使波长在3.3um以上波长的光子都不能激发其电子,也就是无光电效应。要产生光电效应,光子能量必须大于半导体禁带宽度,即。或,式中为普朗克常数;为光频率,为光波长,为光速。现选择为临界值,计算 故选择禁带宽度的半导体材料做成的光敏元件。具体材料由半导体手册查阅,可知如硫化铅(PbS)的,砷化锢(InAs)的 。 此时光学仪器可通过滤光片吸收相应3.3um长光线后,通过仪器中被测甲烷气体再作用于光敏元件。
【答案解析】