Nghiên cứu tính chất quang của các cấu trúc dạng đai lai hóa ZnS-ZnO chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt

Bài viết Nghiên cứu tính chất quang của các cấu trúc dạng đai lai hóa ZnS-ZnO chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt trình bày việc chế tạo các cấu trúc dạng đai ZnS-ZnO bằng phương pháp bốc bay nhiệt nhằm nghiên cứu tính chất quang của chúng, định hướng ứng dụng trong việc chế tạo đi-ốt phát sáng tử ngoại.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu tính chất quang của các cấu trúc dạng đai lai hóa ZnS-ZnO chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU TRÚC DẠNG ĐAI LAI HÓA ZnS-ZnO CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT Nguyễn Văn Nghĩa1 , Nguyễn Duy Hùng2 1 Trường Đại học Thủy lợi, email: nghiangvan@tlu.edu.vn 2 Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 1. GIỚI THIỆU CHUNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ZnS và ZnO đều là các bán dẫn thuộc Hình thái của các mẫu thu được từ ảnh nhóm AIIBVI được ứng dụng nhiều trong chụp qua kính hiển vi điện tử quét cho thấy quang điện tử. Độ rộng vùng cấm của ZnS các cấu trúc có dạng đai với bề rộng dưới 1 là cỡ 3,7 eV, trong khi của ZnO cỡ 3,3 eV μm. Bề mặt của các đai là nhẵn nên có thể [2], cả hai bán dẫn này đều thích hợp cho các tinh thể ZnO và ZnS liên kết với nhau ứng dụng chế tạo các đi-ốt phát xạ tử ngoại. bên trong các đai. Với các cấu trúc lai hóa giữa hai bán dẫn này thường cho các tính chất quang mới hoặc cường độ huỳnh quang được tăng cường. Trong bài báo này, chúng tôi chế tạo các cấu trúc dạng đai ZnS-ZnO bằng phương pháp bốc bay nhiệt nhằm nghiên cứu tính chất quang của chúng, định hướng ứng dụng trong việc chế tạo đi-ốt phát sáng tử ngoại. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Các mẫu được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt, sử dụng tiền chất là bột ZnS Hình 1. Ảnh SEM của các cấu trúc ZnS-ZnO (Sigma Aldrich 97,5%), các đế lắng đọng Để xác nhận thành phần của các đai, phổ vật liệu là Si/SiO2 phủ 10 nm Au, khí mang EDS được tiến hành đo trên thân của chúng. sử dụng là Ar, một số điều kiện thí nghiệm gồm: nhiệt độ nguồn 1100 o C, thời gian bốc bay 20 phút, lưu lượng khí Ar 100 cm3 /phút, tốc độ gia nhiệt 10 o C/phút. Hình thái của mẫu thu được nhờ ảnh chụp từ kính hiển vi điện tử quét (SEM), thành phần và pha được xác định từ phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) và giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD). Tính chất quang được xác định từ phổ huỳnh quang (PL) và phổ kích thích huỳnh quang (PLE). Hình 2. Phổ EDS của các đai 139 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 Kết quả đo phổ EDS trên hình 2 cho thấy của các cấu trúc ZnS [3], đỉnh 382 nm là do các đai được tạo thành từ ba nguyên tố Zn, S chuyển mức gần bờ vùng đặc trưng của các và O với tỉ lệ phần trăm nguyên tử tương ứng cấu trúc ZnO [4], còn dải phát xạ trong vùng là 48,4%, 42,4% và 10,2%. Tổng tỉ lệ của S và nhìn thấy ở ~500 nm có nguồn gốc từ các sai O xấp xỉ tỉ lệ của Zn nên có thể các pha ZnS hỏng gây nên bởi các nút khuyết O hay nút và ZnO đã được hình thành trong các đai này. khuyết S, hay S trên bề mặt hoặc S điền kẽ Để xác nhận điều đó, giản đồ nhiễu xạ tia X trong các cấu trúc thu được [4],[5],[6]. Dải đã được tiến hành đo và thể hiện trên hình 3. phát xạ do sai hỏng có cường độ yếu hơn hai dải phát xạ tử ngoại. Việc quan sát được các phát xạ trong vùng tử ngoại chứng tỏ rằng các cấu trúc thu được phải có chất lượng kết tinh rất tốt [1]. Để khẳng định thêm về tính chất quang của các cấu trúc dạng đai thu được, phổ kích thích huỳnh quang đã được tiến hành đo. Kết quả đo được thể hiện trên hình 5. Hình 3. Giản đồ XRD của các đai Kết quả đo giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy tồn tại đồng thời hai pha ZnS và ZnO cấu trúc lục giác trên các đai thu được (phù hợp với các thẻ chuẩn tương ứng JCPDS số 36-1450 và 36-1451). Để nghiên cứu tính chất quang của các cấu trúc dạng đai ZnS-ZnO, phổ huỳnh quang được tiến hành đo ở nhiệt độ phòng. Hình 5. Phổ PLE của các đai Phổ PLE cho thấy các đai hấp thụ trong một dải rộng với đỉnh từ 347 nm đến 376 nm tương ứng với vùng hấp thụ của các cấu trúc ZnS và ZnO. 4. KẾT LUẬN Trong bài báo này, chúng tôi đã trình bày kết quả chế tạo thành công các cấu trúc dạng đai tạo bởi các tinh thể ZnS và ZnO cấu trúc lục giác. Phổ huỳnh quang của các đai ZnS- Hình 4. Phổ PL của các đai ZnO cho thấy tồn tại đồng thời các đỉnh phát xạ trong vùng tử ngoại gần liên quan đến Kết quả đo phổ huỳnh quang được thể hiện chuyển mức gần bờ vùng của cả ZnS và ZnO. trên hình 4. Phổ PL cho thấy tồn tại hai đỉnh Với cường độ huỳnh quang mạnh hơn dải phát xạ ở vùng tử ngoại gần có tâm ở ~345 phát xạ do sai hỏng trong vùng ánh sáng nhìn nm và 382 nm với cường độ xấp xỉ nhau, bên thấy, các cấu trúc dạng đai lai hóa ZnS-ZnO cạnh đó tồn tại cả dải phát xạ trong vùng ánh hứa hẹn tiềm năng ứng dụng trong việc phát sáng nhìn thấy với tâm ở ~ 500 nm. Đỉnh 345 triển các thiết bị quang điện tử như đi-ốt tử nm là do chuyển mức gần bờ vùng đặc trưng ngoại hay laze tử ngoại. 140 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO ...