Основы спектроскопических методов исследования

МИНИCTEPCTBO НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ОСНОВЫ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИХ 

МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 

 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 

(ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ) 

 

Направление подготовки 28.03.02 Наноинженерия 

Направленность (профиль)  

«Диагностика материалов и наносистем в промышленности», 

«Нанотехнологии и наноматериалы» 
Квалификация выпускника – бакалавр 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ставрополь 

2022 
 

УДК 532.60:620.1 (075.8)
ББК  22.365 я73

О 75

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета
Северо-Кавказского федерального

университета

Рецензенты: 
д-р физ.-мат. наук, доцент А. Р. Закинян, 
канд. хим. наук, доцент О. А. Дюдюн (СтГМУ) 

О 75 Основы спектроскопических методов исследования : 
учебное пособие (лабораторный практикум) / авт-сост. : 
В. А. Тарала, Д. С. Вакалов, М. Г. Амбарцумов, С. Э. Хорошилова, А. Г. Испирян. – Ставрополь : Из-во СКФУ, 2022. – 
60 с. 

Пособие составлено в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования (ФГОС ВО 3++), в соответствии с рабочим учебным планом 
и рабочей программой дисциплины В практикуме представлены 
4 лабораторные работы, содержащиe краткие теоретические сведения по темам работ, методические указания по их выполнению, 
планы составления отчета, контрольные вопросы и задания по изучаемой теме, списки рекомендуемой литературы. 
Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению 
подготовки бакалавров 28.03.02 Наноинженерия, по направленностям (профилям) «Диагностика материалов и наносистем в промышленности», «Нанотехнологии и наноматериалы». 

УДК 532.60:620.1 (075.8) 
ББК  22.365 я73 

Авторы-составители: 
канд. хим. наук, доцент В. А. Тарала, 
канд. физ-мат. наук, доцент Д. С. Вакалов, 
инженер М. Г. Амбарцумов, 
вед. науч. сотр. С. Э. Хорошилова, 
канд. физ-мат. наук А. Г. Испирян 

© ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский 
федеральный университет», 2022 

СОДЕРЖАНИЕ 

 

Предисловие ………………………………………………….. 4

1. Применение метода ИК-спектроскопии для качественной 
оценки состава пленок нитрида алюминия на кремнии 
(AlN/Si) ……………………………………………………….. 5

2. Применение метода комбинационного рассеяния света 
для идентификации состава материалов ……………………. 18

3. Исследование пленок DLC методом комбинационного 
рассеяния света ……………………………………………….. 36

4. Определение ширины запрещенной зоны 
диэлектрических материалов ……………………………….. 46

 
 
 
 
 
 
 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 
Лабораторный практикум составлен в соответствии с требова
ниями ФГОС ВО, рабочих учебных планов по программе бакалавриата, программы дисциплины «Основы спектроскопических 
методов исследования».  

Пособие включает в себя теоретическое обоснование, методику 

и порядок выполнения лабораторных работ, указание по технике безопасности (ТБ), перечень контрольных вопросов, список рекомендованной литературы. 

Основной целью изучения данной дисциплины является фор
мирование у обучающихся набора компетенций ПК-1, ППК-1 через 
ознакомление студентов с основами спектроскопических методов 
исследования. Спектроскопические методы исследования получили широкое распространение в различных отраслях науки и техники в качестве методов качественного и количественного анализа 
соединений.  

Основные задачи: дать теоретические основы взаимодействия 

излучения с веществом; закономерности, лежащие в основе физических процессов, протекающих в материале под воздействием излучения различной частоты; дать практические навыки работы на приборах, расшифровки полученных данных; дать понимание достоинств 
и недостатков каждого из спектроскопических методов исследования 
и границы их применения для тех или иных материалов.  

 
 
 

1. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ИК-СПЕКТРОСКОПИИ  

ДЛЯ КАЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ СОСТАВА  

ПЛЕНОК НИТРИДА АЛЮМИНИЯ НА КРЕМНИИ (ALN/SI) 
 

Цель ‒ получить спектры светопропускания тонких пленок нитрида 

алюминия на кремнии AlN/Si. 

Задачи 
1) получить спектры пропускания образцов пленок AlN на подложках 

Si в диапазоне от 400 до 5500 см-1; 

2) идентифицировать полосы ИК-поглощения и определить их при
роду; 

3) построить графики зависимости коэффициента поглощения от вол
нового числа (ν, см-1); 

4) на основе полученных данных о коэффициенте поглощения сде
лать выводы о структуре исследуемых образцов. 

Знания и умения, приобретаемые студентом в результате освое
ния темы, формируемые компетенции или их части: ПК-1, ППК-1. 

В результате освоения дисциплины обучающийся должен 
знать об основах взаимодействия инфракрасного излучения с веще
ством; 

уметь идентифицировать полосы поглощения в ИК спектрах свето
пропускания (поглощения); 

владеть опытом работы с оборудованием для регистрации ИК спек
тров, в частности опытом работы на Фурье-спектрометре ФСМ-1201. 

 

Теоретическая часть 

Инфракрасная спектроскопия (ИС) – раздел спектроскопии, 

включающий получение, исследование и применение спектров испускания, поглощения и отражения в инфракрасной области спектра. ИС занимается главным образом изучением молекулярных 
спектров, так как в ИК-области расположено большинство колебательных и вращательных спектров молекул [1‒3].  

При прохождении ИК-излучения через вещество, часть его по
глощается. При этом поглощение наблюдается на тех частотах, которые совпадают с характеристическими частотами колебания атомов в молекулах и вращения самих молекул [1‒3].  

Схематично типичные спектры светопропускания исследуе
мого вещества в инфракрасной области имеют вид, такой как представлен на рисунке 1.1.  

У каждого вещества уникальный спектр ИК-поглощения с ин
дивидуальным числом полос поглощения, их положением в спектре, шириной полос и формой спектра. Интенсивность поглощения 
при различных длинах волн (частотах) зависит от природы (структура и химический состав) вещества, а также от температуры, давления и агрегатного состояния вещества.  

 

 

 

Рисунок 1.1. Схематическая зависимость интенсивности падающего I0(ν) 

и прошедшего через материал I(ν) излучения  

ν1, ν2, ν3, – характеристические частоты 

 
Связь между интенсивностью прошедшего (I) и падающего из
лучения (I0) описывается законом Бугера – Ламберта – Бера. На 
практике обычно ИК-спектр поглощения представляют графически 
в виде зависимости коэффициента светопропускания от волнового 
числа ν (или длины волны λ) [4, 5]. 

Таким образом, изучение ИК-спектров соединений позволяет 

получить значительную информацию о строении, составе, взаимодействии структурных единиц (фрагментов), составляющих вещество как в твердом состоянии (кристаллическом или аморфном), так 
и в растворе [4, 5]. 

Нитрид алюминия 
Нитрид алюминия (АlN) – это материал с большой шириной 

запрещенной зоны (6,2 эВ) [6], высокой теплопроводностью 
(320 Вт/(м K)) [7], достаточно высокой химической инертностью. 
Пленки этого материала перспективны для изготовления холодных