Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của nano tinh thể lõi/vỏ loại II CdS/ZnSe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> <br /> VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC<br /> VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM<br /> <br /> HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ<br /> <br /> ……..….***…………<br /> <br /> NGUYỄN XUÂN CA<br /> <br /> CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA NANO<br /> TINH THỂ LÕI/VỎ LOẠI II CdS/ZnSe<br /> Chuyên ngành: Vật lý chất rắn<br /> Mã số: 62.44.01.04<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ<br /> <br /> Hà Nội – 2016<br /> 1<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Vũ Thị Kim Liên<br /> Người hướng dẫn khoa học 2: PGS TS Nguyễn Xuân Nghĩa<br /> <br /> Phản biện 1: ………………………….<br /> Phản biện 2: ………………………….<br /> Phản biện 3: ………………………….<br /> <br /> Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học<br /> viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt<br /> Nam vào hồi … giờ …, ngày… tháng… năm …<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thƣ viện Học viện Khoa học và Công nghệ<br /> - Thƣ viện Quốc gia Việt Nam<br /> <br /> 2<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> Các NC dị chất thƣờng đƣợc phân thành loại I, giả loại II (quasi type-II) và loại II<br /> phụ thuộc vào vị trí các mức năng lƣợng thấp nhất của điện tử và lỗ trống trong các vật<br /> liệu bán dẫn thành phần [1, 31]. Trong các NC loại II, các mức năng lƣợng thấp nhất<br /> của điện tử và lỗ trống thuộc về các vật liệu bán dẫn khác nhau, và hệ quả là điện tử và<br /> lỗ trống bị tách vào các miền không gian khác nhau của các NC dị chất. Tính chất này<br /> làm cho các NC loại II rất có triển vọng ứng dụng trong lĩnh vực quang điện [32, 40]<br /> và laser [42, 47].<br /> Mặc dù có nhiều tính chất quan trọng nhƣ vậy nhƣng tính chất quang của các NC<br /> bán dẫn loại II vẫn chƣa đƣợc hiểu rõ ràng do rất khó có thể tổng hợp đƣợc các mẫu có<br /> chất lƣợng tốt cũng nhƣ là việc phát hiện ra đâu là tín hiệu huỳnh quang của các NC<br /> loại II [32, 49]. Nguyên nhân gây ra hiện tƣợng dịch xanh đỉnh PL khi tăng công suất<br /> kích thích cũng nhƣ sự phụ thuộc của năng lƣợng phát xạ vào nhiệt độ của các NC loại<br /> II còn có nhiều cách giải thích khác nhau [32, 33, 44, 50]. Việc tạo ra lớp đệm trung<br /> gian tại miền tiếp giáp lõi/vỏ có tác dụng làm giảm ứng suất và tăng cƣờng PL QY<br /> trong các NC [1,15, 91]. Tuy nhiên, sự có mặt của lớp đệm này làm thay đổi hàng rào<br /> thế tại bề mặt tiếp giáp lõi/vỏ và do đó ảnh hƣởng lên quá trình truyền điện tích vẫn<br /> chƣa đƣợc giải quyết thấu đáo.<br /> Chính vì những lý do trên, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu là “Chế tạo và<br /> nghiên cứu tính chất quang của nano tinh thể lõi/vỏ loại II CdS/ZnSe ”<br /> Các vấn đề còn chƣa rõ ràng nhƣ: công nghệ chế tạo, dấu hiệu nhận biết các đặc<br /> trƣng loại II, ảnh hƣởng của bề mặt tiếp giáp lên các tính chất quang phổ, ảnh hƣởng<br /> của ứng suất lên đặc trƣng phonon, sự phụ thuộc các tính chất quang theo mật độ công<br /> suất kích thích và nhiệt độ của các NC loại II sẽ đƣợc trình bày trong luận án này.<br /> Mục đích của luận án<br /> Chế tạo các NC lõi/vỏ loại II CdS/ZnSe. Làm sáng tỏ ảnh hƣởng của công suất<br /> kích thích quang và nhiệt độ đến tính chất PL của các NC lõi/vỏ loại II CdS/ZnSe có<br /> dạng hàng rào thế khác nhau.<br /> Nội dung nghiên cứu<br /> 1.Chế tạo các NC lõi/vỏ loại II CdS/ZnSe không có và có lớp đệm hợp kim<br /> 2.Ảnh hƣởng của kích thƣớc lõi, độ dày lớp vỏ và lớp đệm hợp kim đến các đặc trƣng<br /> 1<br /> <br /> quang của các NC loại II CdS/ZnSe<br /> 3.Sự phụ thuộc năng lƣợng phát xạ của NC lõi/vỏ loại II CdS/ZnSe không có và có lớp<br /> đệm hợp kim vào công suất kích thích quang và nhiệt độ.<br /> Phương pháp nghiên cứu<br /> Các NC lõi/vỏ loại II CdS/ZnSe đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp hóa ƣớt trong<br /> dung môi không liên kết ODE. Hình dạng, kích thƣớc, cấu trúc tinh thể, thành phần,<br /> đặc trƣng phonon và tính chất quang của các mẫu nghiên cứu đƣợc khảo sát bằng các<br /> phƣơng pháp nhƣ TEM, XRD, EDS, tán xạ Raman, hấp thụ quang, PL và phép đo<br /> huỳnh quang phân giải thời gian.<br /> Ý nghĩa khoa học của luận án<br /> - Nghiên cứu chi tiết quy trình công nghệ chế tạo các NC lõi/vỏ loại II CdS/ZnSe<br /> có và không có lớp đệm hợp kim.<br /> - Góp phần làm sáng tỏ ảnh hƣởng của công suất kích thích quang và nhiệt độ đến<br /> tính chất PL của các NC lõi/vỏ loại II CdS/ZnSe có dạng hàng rào thế khác nhau<br /> tại bề mặt tiếp giáp lõi/vỏ.<br /> Bố cục của luận án<br /> Luận án bao gồm 126 trang, 79 hình vẽ và đồ thị, 2 bảng. Ngoài phần mở đầu và kết<br /> luận, luận án đƣợc chia thành 4 chƣơng.<br /> CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT<br /> QUANG CỦA TINH THỂ NANO LÕI/VỎ LOẠI II<br /> 1.1. Giới thiệu về các tinh thể nano lõi/vỏ loại II<br /> <br /> 2<br /> <br /> Hình 1.1. Sơ đồ vùng năng lượng của các NC (a) loại I và (b) loại II [1].<br /> Trạng thái có năng lƣợng thấp nhất của điện tử và lỗ trống trong các NC loại II<br /> thuộc về các vật liệu bán dẫn khác nhau (Hình 1.1(b)). Vì vậy điện tử và lỗ trống đƣợc<br /> sinh ra do kích thích quang sẽ có xu hƣớng bị tách vào các miền không gian khác nhau<br /> của các NC loại II. Nhƣ đƣợc chỉ ra trên Hình 1.1(b), điện tử sẽ tập trung trong vật liệu<br /> bán dẫn 1, còn lỗ trống tập trung trong vật liệu bán dẫn 2.<br /> 1.2. Công nghệ chế tạo các tinh thể nano lõi/vỏ loại II<br /> Hiện nay các NC lõi/vỏ loại II thƣờng đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp hóa ƣớt<br /> và sử dụng kỹ thuật bơm nóng, tức là bơm nhanh dung dịch của một tiền chất vào môi<br /> trƣờng phản ứng chứa tiền chất thứ hai đã đƣợc đốt nóng đến nhiệt độ phản ứng. Quá<br /> trình chế tạo các NC lõi/vỏ bao gồm hai bƣớc: i) Bƣớc thứ nhất là chế tạo lõi, sau đó<br /> làm sạch bề mặt lõi. ii) Bƣớc thứ hai là chế tạo lớp vỏ bằng cách bơm chậm dung dịch<br /> tiền chất tạo vỏ vào môi trƣờng phản ứng chứa lõi tại nhiệt độ phản ứng.<br /> Các kết quả nghiên cứu cho thấy khi giảm nồng độ OA thì kích thƣớc trung bình<br /> của các NC tạo thành trong giai đoạn đầu của phản ứng giảm. Sự giảm kích thƣớc này<br /> đƣợc qui cho sự tăng nồng độ các NC CdS trong dung dịch phản ứng do sự tăng hoạt<br /> tính hóa học của monomer. Bằng chứng thực nghiệm nhận đƣợc cho thấy sự tăng tỉ lệ<br /> S/Cd hay Se/Cd đã làm tăng số lƣợng mầm tinh thể đƣợc tạo thành trong giai đoạn đầu<br /> của phản ứng, gây ra sự giảm mạnh hơn nồng độ monomer trong dung dịch phản ứng.<br /> Đồng thời, lƣợng vật chất cung cấp để phát triển mỗi mầm tinh thể cũng trở nên ít hơn,<br /> và do đó kích thƣớc của các NC CdS hay CdSe bị giảm xuống. Sự tăng nhiệt độ phản<br /> ứng làm tăng mạnh không chỉ số lƣợng mầm tinh thể mà cả tốc độ phát triển kích<br /> thƣớc của chúng. Tại cùng thời gian phản ứng thì sự tăng nhiệt độ làm tăng kích thƣớc<br /> hạt. Điểm hội tụ kích thƣớc dịch dần về phía thời gian phản ứng lớn hơn khi giảm nhiệt<br /> độ chế tạo.<br /> Nhìn chung, chế độ phân bố hạt tải trong các NC lõi/vỏ CdS/ZnSe có kích thƣớc<br /> lõi nhỏ và độ dày lớp vỏ mỏng thuộc về loại I, còn chế độ phân bố hạt tải loại II nhận<br /> đƣợc đối với các kích thƣớc lõi và độ dày lớp vỏ lớn hơn. Chế độ phân bố hạt tải trong<br /> các NC với kích thƣớc lõi nhỏ, độ dày lớp vỏ lớn hoặc kích thƣớc lõi lớn, độ dày lớp<br /> vỏ mỏng đều thuộc về chế độ giả loại II. Kết quả nghiên cứu trên Hình 1.12(a) đã đƣợc<br /> 3<br /> <br />