关于能级的问题，物理学和化学中使用的参考点不同，前者将真空无限远处定位能级l零点，而后者则是以标准氢电极的电位为0，前者的电位为eV,后者为V.
在半导体电化学中，常常需要知道两种的关系，尽管有不同的转换数值，但一般都认可4.5，其关系是：E（eV)= -4.5 - E(v).
For example: if E=-1.2 V vs SHE, E(eV)=-4.5 - (-1.2)=-3.3 eV;
if E=1.2 V vs SHE, E (eV) = -4.5 - 1.2=-5.7 eV．
http://muchong.com/html/201309/6320851_2.html
半导体，是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，其具有一定的带隙(Eg)。通常对半导体材料而言，采用合适的光激发能够激发价带(VB)的电子激发到导带(CB)，产生电子与空穴对。
图1. 半导体的带隙结构示意图
在研究中，结构决定性能，对半导体的能带结构测试十分关键。通过对半导体的结构进行表征，可以通过其电子能带结构对其光电性能进行解析。对于半导体的能带结构进行测试及分析，通常应用的方法有以下几种(如图2)：
紫外可见漫反射测试及计算带隙Eg；
VB XPS测得价带位置(Ev)；
SRPES测得Ef、Ev以及缺陷态位置；
通过测试Mott-Schottky曲线得到平带电势；
通过电负性计算得到能带位置.
图2. 半导体的带隙结构常见测试方式
一、紫外可见漫反射测试及计算带隙Eg
1.1.紫外可见漫反射测试
1）制样：
背景测试制样：往图3左图所示的样品槽中加入适量的BaSO4粉末（由于BaSO4粉末几乎对光没有吸收，可做背景测试），然后用盖玻片将BaSO4粉末压实，使得BaSO4粉末填充整个样品槽，并压成一个平面，不能有凸出和凹陷，否者会影响测试结果。
样品测试制样：若样品较多足以填充样品槽，可以直接将样品填充样品槽并用盖玻片压平；若样品测试不够填充样品槽，可与BaSO4粉末混合，制成一系列等质量分数的样品，填充样品槽并用盖玻片压平。
图3. 紫外可见漫反射测试中的制样过程图
2）测试：
用积分球进行测试紫外可见漫反射（UV-VisDRS），采用背景测试样（BaSO4粉末）测试背景基线（选择R%模式），以其为background测试基线，然后将样品放入到样品卡槽中进行测试，得到紫外可见漫反射光谱。测试完一个样品后，重新制样，继续进行测试。
1.2.测试数据处理
数据的处理主要有两种方法：截线法和Tauc plot法。截线法的基本原理是认为半导体的带边波长（λg）决定于禁带宽度Eg。两者之间存在Eg(eV)=hc/λg=1240/λg(nm)的数量关系，可以通过求取λg来得到Eg。由于目前很少用到这种方法，故不做详细介绍，以下主要来介绍Taucplot法。
具体操作：
1）一般通过UV-Vis DRS测试可以得到样品在不同波长下的吸收，如图4所示;
图4. 紫外可见漫反射图
2）根据(αhv)1/n= A(hv - Eg)，其中α为吸光指数，h为普朗克常数，v为频率，Eg为半导体禁带宽度，A为常数。其中，n与半导体类型相关，直接带隙半导体的n取1/2，间接带隙半导体的n为2。
3）利用UV-Vis DRS数据分别求(αhv)1/n和hv=hc/λ, c为光速，λ为光的波长，所作图如图1.5所示。所得谱图的纵坐标一般为吸收值Abs，α为吸光系数，两者成正比。通过Tauc plot来求Eg时，不论采用Abs还是α，对Eg值无影响，可以直接用A替代α，但在论文中应说明。
4）在origin中以(αhv)1/n对hv作图，所作图如图5所示ZnIn2S4为直接带隙半导体，n取1/2)，将所得到图形中的直线部分外推至横坐标轴，交点即为禁带宽度值。
图5. Tauc plot图
图6. W18O19以及Mo掺杂W18O19(MWO-1)的紫外可见漫反射图和Tauc plot图
图7. ZnIn
2S4(ZIS)以及O掺杂ZIS的紫外可见漫反射图和Taucplot图
图6与图7所示是文献中通过测试UV-VisDRS计算相应半导体的带隙Eg的图。
二、VB XPS测得价带位置(Ev)
根据价带X射线光电子能谱（VB XPS）的测试数据作图，将所得到图形在0 eV附近的直线部分外推至与水平的延长线相交，交点即为Ev。
如图8，根据ZnIn2S4以及O掺杂ZnIn2S4的VB XPS图谱，在0 eV附近（2 eV和1 eV）发现有直线部分进行延长，并将小于0 eV的水平部分延长得到的交点即分别为ZnIn2S4以及O掺杂ZnIn2S4的价带位置对应的能量（1.69 eV和0.73 eV）。如图9为TiO2/C的VB XPS图谱，同理可得到其价带位置能量（3.09 eV）。
图8. ZnIn
2S4(ZIS)以及O掺杂ZIS的VB XPS图
图9. TiO
2/C HNTs的VB XPS图
三、SRPES 测得Ef、Ev以及缺陷态位置
图2.3所示是文献中通过测同步辐射光电子发射光谱(SRPES)计算相应半导体的Ef、Ev以及缺陷态位置。图2.3a是通过SRPES测得的价带结构谱图，通过做直线部分外推至与水平的延长线相交，得到价带顶与费米能级的能量差值（EVBM-Ef）；该谱图在靠近0 eV处(费米能级Ef)为缺陷态的结构，如图2.3b所示，取将积分面积一分为二的能量位置定义为缺陷态的位置。图2.3c是测得的二次电子的截止能量谱图，加速能量为39 eV，根据计算加速能量与截止能量的差值，即可得到该材料的功函数，进一步得到该材料的费米能级(Ef)。
图10. W18O19以及Mo掺杂W18O19(MWO-1)的SRPES图以及其带隙结构示意图
四、通过测试Mott-Schottky曲线得到平带电势
4.1.测试方法
在一定浓度的Na2SO4溶液中测试Mott-Schottky曲线，具体的测试方法如下：
配置一定浓度的Na2SO4溶液；
将一定量待测样品分散于一定比例的乙醇与水混合液中，超声分散后，将导电玻璃片浸入（注意控制浸入面积）或将一定量样品滴在一定面积的导电玻璃上，待其干燥后可进行测试（此步骤制样一定要均匀，尽可能薄。样品超声前可先进行研磨，超声时可在乙醇溶液中加入微量乙基纤维素或Nafion溶液）；
三电极体系测试，电解液为Na2SO4溶液，参比电极为Ag/AgCl电极，对电极为铂网电极，工作电极为具有待测样品的导电玻璃；
在一定电压范围(一般为-1 ~ 1 V vs Ag/AgCl)进行测试，改变测试的频率（一般为500、1000以及2000 Hz），得到相应的测试曲线。具体的设置界面如图11和图12所示。
图11. 测试设置界面1
图12. 测试设置界面2
4.2.测试数据处理
测试的数据转换为txt格式，根据测得的数据可计算半导体材料的平带电势。对于半导体在溶液中形成的空间电荷层（耗尽层），可用以下公式计算其平带电势：
斜率为负时对应p型半导体，斜率为正时对应n型半导体。由于电极的电容由双电层电容（Cdl）以及空间电荷电容（Csc）两部分组成，且
但是一般Cscdl，故有C= Csc= C，根据txt数据（图 13）的第一列（E）和第三列（Z ），分别转换为NHE电位以及Csc= C = C = -1/wZ = -1/2πfZ ，做出1/C2-E图即可得到Mott-Schottky曲线，将直线部分外推至横坐标轴，交点即为平带电势。一般对于n型半导体，导带底位置与平带电势一致，可认为平带电势为导带底位置。
图13. 保存的txt数据
图14. Mott-Schottky曲线图
图15与图16所示是文献中通过测试Mott-Schottky曲线得到半导体的平带电位(导带位置Ev)。如图15，根据Co9S8和ZnIn2S4的Mott-Schottky曲线图，可以得到Co9S8和ZnIn2S4的平带电位分别为 -0.75 eV和 -0.95 eV，由于斜率为正时对应n型半导体，Co9S8和ZnIn2S4均为n型半导体，可以认为其导带位置为-0.75 eV和 -0.95 eV。如图16为P-In2O3和C-In2O3的Mott-Schottky曲线图，同理可得到其平带位置。
图15. Co
9S8和ZnIn2S4的Mott-Schottky曲线图
图16. P-In
2O3和C-In2O3的Mott-Schottky曲线图
五、通过计算得到能带位置
对于纯的单一半导体，可根据测得的禁带宽度(0.5Eg)来计算其导带和价带位置:
价带：EVB= X− Ee + 0.5Eg
导带：ECB= X− Ee − 0.5Eg
其中，X为半导体各元素的电负性的几何平均值计算的半导体的电负性，Ee为自由电子在氢标电位下的能量。
值得注意的是，在半导体存在缺陷或者与其它材料复合时，实际的带隙结构计算可能存在偏差，一般通过前面提到的测试方法与该计算结合使用，得到比较合理的测试结果。
六、附录（常用半导体能带结构）
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参考文献：
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