Đ Ạ I H Ọ C T H Á I N G U Y Ê N
K H O A K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N V À X Ã H Ộ I
-----------------------
^ £ D .e r
-----------------------
M A I T H Ị Đ À O
NGH IÊN CỨ U TÍNH CHẤ T Q UAN G CỦ A CÁC
CHẤ M LƯ Ợ NG T Ử CdS V À CdS:M n
K H Ó A
Ị ì- - J í £ -
ĐẠ I H Ọ C THÁI N G U YỀ N
KHOA KHOA HỌ C Tự NHIÊN VÀ XẢ HỘ I
L U Ậ T O Ỡ T Y ltậ íỂ Ệ P đỊạI h ọ c
N G À N H V Ậ T L Ý
C H U Y Ê N N G À N H : V ậ t L ý C h ấ t R ắ n
L Ớ P : C Ử N H Â N L Ý K 2
C án b ộ h ư ó u g dẫ n : T h .s . N g u y ễ n X u â n C a
T H Á I N G U Y Ê N - 2 0 0 8
LỜ I CẢ M Ơ N
Em xin đư ợ c bày tỏ lòng biế t ơ n sâu sắ c nhấ t củ a mình đế n Th.s Nguyễ n
Xuân Ca - giả ng viên Vậ t lý Khoa khoa họ c tự nhiên và xã hộ i, Đạ i họ c Thái
Nguyên đã hế t lòng hư ớ ng dẫ n và giúp đỡ em hoàn thành khóa luậ n này.
Em cũng xin bày tỏ sự biế t ơ n củ a mình đế n Bộ Giáo dụ c và Đào tạ o,
Trư ờ ng Đạ i họ c Thái Nguyên, Khoa khoa họ c tự nhiên và xã hộ i, nhữ ng nơ i đã
tạ o điề u kiệ n cho em đư ợ c họ c tậ p và làm khóa luậ n tố t nghiệ p. Nhân dị p này,
em cũng xin đư ợ c dành nhữ ng lờ i cả m ơ n chân thành củ a mình đế n các thầ y cô
giáo củ a Khoa khoa họ c tự nhiên và xã hộ i, các thầ y cô trong bộ môn vậ t lý đã
cung cấ p cho em nhữ ng kiế n thứ c cơ bả n, giúp đỡ em nhiệ t tình và tạ o mọ i điề u
kiệ n thuậ n lợ i trong quá trình thự c hiệ n khóa luậ n này.
Cuố i cùng, tôi xin đư ợ c bày tỏ sự biế t ơ n chân thành đế n tấ t cả các bạ n
sinh viên lớ p lý K2 Khoa khoa họ c tự nhiên và xã hộ i, Đạ i họ c Thái Nguyên đã
luôn luôn ủ ng hộ , độ ng viên, giúp đỡ và góp ý cho tôi ừ ong suố t quá trình họ c
tậ p và thự c hiệ n khóa luậ n này.
Thái Nguyên, tháng 5 năm 2008
Sinh viên
Mai Thị Đào
Sô hoa bơi Trung tâm Hoc liêu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
M Ụ C L Ụ C
Trang
LỜ I MỞ ĐẦ U ......................................
.
...................................................................1
CHƯ Ơ NG I.TỘ NG QUAN LÝ TH UYẾ T.............................................................3
1.1. Vài nét về chấ t bán dẫ n................................................................................... 3
1.2. Các hệ bán dẫ n thấ p chiề u..............................................................................4
1.3. Các trạ ng thái điệ n tử trong chấ m lư ợ ng tử bán d ẫ n ...................................7
1.4. Các chế độ giam giữ trong chấ m lư ợ ng tử ..................................................11
1.4.1. Chế độ giam giữ m ạ nh...........................................................................11
1.4.2. Chế độ giam giữ trung g ian.................................................................. 13
1.4ế 3. Chế độ giam giữ y ế u
.............
.
............................................................... 13
1.5. Dị ch chuyể n quang họ c trong chấ m lư ợ ng t ử
..........................................
14
1.6. Mộ t số cấ u trúc tinh thể thư ờ ng gặ p ............................................................15
1.6.1 ắ Cấ u trúc mạ ng lụ c giác W urtzte...........................................................15
1.6.2. Cấ u trúc mạ ng lậ p phư ơ ng đơ n giả n kiể u NaCl
................................
16
1.6.3. Cấ u trúc mạ ng lậ p phư ơ ng giả kẽ m kiể u sphaleit
............................
17
1.7. Cấ u trúc tinh thể củ a chấ m lư ợ ng tử CdS, CdS:M n..................................17
1.8. Tính chấ t quang củ a ion Mn2+.......................................................................18
CHƯ Ơ NG II.CÁC KĨ THUẬ T TH ự C NGHIỆ M ...............................................21
2.1. Các phư ơ ng pháp chế tạ o m ẫ u
..................................................................... 21
2.1.2. Phư ơ ng pháp sol - gel............................................................................21
2.1.2. Phư ơ ng pháp Micelle đả o...................................................................... 22
2.2. Các phư ơ ng pháp đo thự c nghiệ m...............................................................22
2.2.1. Quang phổ hấ p thụ và phổ truyề n qua................................................. 22
2.2ẽ 2. Hệ đo phổ hấ p th ụ .................................................................................. 25
2.2ẵ 3. Phổ quang huỳnh quang.........................................................................26
CHƯ Ơ NG III.KÉT QUẢ VÀ THẢ O LUẬ N
....
.
................................................
29
3.1 .Chế tạ o chấ m lư ợ ng tử CdS và CdS:Mn2+bằ ng phư ơ ng phápMicelle đả o29
3.1.1.Chế tạ o lõi C dS ........................................................................................ 30
3.1.2.
.
Chế tạ o lõi Cd0)6Mn04S .......................................................................... 31
3.1Ế 3Ế Tạ o vỏ bọ c Z nS
.......ẽ
.....
.
........................................................................ 32
3Ể 2. Tính chấ t hấ p thụ củ a các chấ m lư ợ ng từ C dS ...........................................33
3.3. Tính chấ t hấ p thụ củ a các chấ m lư ợ ng tử CdS: M n...................................35
3.4. Phổ huỳnh quang củ a các chấ m lư ợ ng tử CdS............................................36
3.5. Phổ Huỳnh quang củ a các chấ m lư ợ ng tử CdS: Mn2+............................... 38
3.6. Phổ huỳnh quang củ a các chấ m lư ợ ng tử CdS:Mn2+/Z nS
........................
40
KẾ T L U Ậ N
.................
.
............................................................................................. 43
TÀI LIỆ U THAM K H Ả O ........................................................................................45
Sô hoa bơi Trung tâm Hoc liêu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
KHòa luặ n tỡ t ngh iệ p
L Ờ I M Ở Đ Ẩ U
L ý do chọ n đề tài
Bư ớ c sang thế kỷ 21, các nư ớ c trên thế giớ i đang tích cự c nghiên cứ u
và chuẩ n bị cho ra đờ i mộ t lĩnh vự c khoa họ c công nghệ mớ i mà tầ m cỡ củ a
nó đư ợ c đánh giá ngang tầ m vớ i các cuộ c cách mạ ng công nghiệ p trong lị ch
sử , đó là công nghệ nano.
Các nano tinh thể - chấ m lư ợ ng tử (QDs) là nhữ ng tinh thể nhân tạ o, có
kích thư ớ c cỡ nano mét. Độ rộ ng năng lư ợ ng vùng cấ m đư ợ c mở rộ ng khi
kích thư ớ c hạ t nhỏ hom bán kính Bohr, dẫ n tớ i làm dị ch đỉ nh phổ hấ p thụ về
phía sóng xanh và làm tăng đáng kể quá trình phát quang và xúc tác quang
hoá. Hiệ n tư ợ ng này đóng vai trò to lớ n trong việ c ứ ng dụ ng các hạ t nano tinh
thể bán dẫ n vào các linh kiệ n quang điệ n từ như diod phát sáng (LEDs), laser,
các linh kiệ n sử dụ ng trong viễ n thông như khuy ế ch đạ i quang và dẫ n sóng,
trong các máy tính lư ợ ng tử (ứ ng dụ ng để làm màn hình vớ i năng suấ t phân
giả i rấ t cao). Đặ c biệ t khả năng ứ ng dụ ng cao trong việ c dánh dấ u các mã
vạ ch cũng như trong công nghệ sinh họ c và hiệ n ả nh các tế bao.
Vậ t liệ u CdS đư ợ c quan tâm nghiên cứ u rộ ng rãi do độ rộ ng vùng cấ m
củ a bán dẫ n khố i là 2.5 eV tư ơ ng ứ ng vớ i vùng ánh sáng nhìn thấ y, hiệ u suấ t
lư ợ ng tử cao, có khả năng điề u chỉ nh các đặ c trư ng quang họ c theo kích thư ớ c
nên các chấ m lư ợ ng tử CdS có thể đư a vào sả n suấ t các nguồ n laser mớ i, các
thiế t bị phát sáng. Đe làm giả m huỳnh quang củ a trạ ng thái bề mặ t do các
nano tinh thể gây ra và đặ c biệ t là tạ o ra các nano tinh thể có thể phát xạ vớ i
giả i phổ từ 460 - 480 nm vớ i phân bố kích thư ớ c tư ơ ng đố i hẹ p thì các hạ t
nano tinh thể CdS, CdS:Mn2+ đã bọ c thêm lớ p vỏ ZnS [4],
Mặ c dù đã có rấ t nhiề u nghiên cứ u về chấ m lư ợ ng tử CdS như ng do ả nh
hư ở ng củ a điề u kiệ n chế tạ o đế n chấ t lư ợ ng và hiệ u suấ t phát quang củ a các
chấ m lư ợ ng tử nên đòi hỏ i các nhà khoa họ c luôn mong muố n chế tạ o ra vậ t
M ai Thị Đào- L ớ p CNLý K2 1
Sô hoa bơi Trung tâm Hoc liêu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
R tioa lu ạ n tdt n ghièp
liệ u ư u việ t. Vớ i mong muố n tìm hiể u lý thuyế t cũng như bư ớ c đầ u nghiên
cứ u qui trình chế tạ o chấ m lư ợ ng tử CdS, chúng tôi tiế n hành “tìm hiể u tính
chấ t quang củ a các chấ m lư ợ ng tử CdS, CdS:Mn, CdS:M n/ZnS\ Vớ i mụ c
đích chế tạ o và nghiên cứ u các hiệ u ứ ng lư ợ ng từ bằ ng các phép đo quang.
Đố i tư ợ ng nghiên cứ u: Các chấ m lư ợ ng tử CdS,CdS/ZnO, CdS:Mn,
CdS:Mn/ZnS”.
Nộ i dung và phư ơ ng pháp nghiên cứ u:
- Chế tạ o các chấ m lư ợ ng tử CdS,CdS/ZnS, CdS:Mn, CdS:Mn/ZnS
bằ ng phư ơ ng pháp micelle đả o.
- Nghiên cứ u các tính chấ t quang củ a các chấ m lư ợ ng tử qua phép đo
phổ hấ p thụ và phổ huỳnh quang.
Khóa luậ n gồ m 3 chư ơ ng:
Chư ơ ng 1: Tổ ng quan lý thuyế t
Chư ơ ng 2: Các kĩ thuậ t thự c nghiệ m.
Chư ơ ng 3:Tính chấ t quang củ a các nano tinh thể bán dẫ n CdS, CdS:Mn
M ai Thị Đào- L ớ p CN Lỷ K2 2
Sô hoa bơi Trung tâm Hoc liêu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn