Đ Ạ I H Ọ C TH ÁI N G U Y ÊN
K H O A K H O A H Ọ C T ự N H IÊN V À X Ã HỘI
----------------------- ^ £ D .e r-----------------------

M AI TH Ị ĐÀO

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC
CHẤM LƯỢNG TỬ CdS VÀ CdS:Mn
Ịì- - J í £ ĐẠI H Ọ C THÁI N G U Y Ề N
KHOA KHOA HỌC Tự NHIÊN VÀ XẢ HỘI

K H Ó A L U Ậ T O Ỡ T Y ltậíỂ Ệ P

đỊạI h ọ c

N G À N H V Ậ T LÝ
C H U Y Ê N NG ÀN H : V ật L ý C hất Rắn
L Ớ P : C Ử NH Â N LÝ K2

C án bộ hư óug dẫn: T h .s. N guyễn X uân Ca

THÁI N G U Y Ê N -2 0 0 8


LỜI CẢM ƠN
Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất của mình đến Th.s Nguyễn
Xuân Ca - giảng viên Vật lý Khoa khoa học tự nhiên và xã hội, Đại học Thái
Nguyên đã hết lòng hướng dẫn và giúp đỡ em hồn thành khóa luận này.
Em cũng xin bày tỏ sự biết ơn của mình đến Bộ Giáo dục và Đào tạo,
Trường Đại học Thái Nguyên, Khoa khoa học tự nhiên và xã hội, những nơi đã
tạo điều kiện cho em được học tập và làm khóa luận tốt nghiệp. Nhân dịp này,

em cũng xin được dành những lời cảm ơn chân thành của mình đến các thầy cô
giáo của Khoa khoa học tự nhiên và xã hội, các thầy cô trong bộ môn vật lý đã
cung cấp cho em những kiến thức cơ bản, giúp đỡ em nhiệt tình và tạo mọi điều
kiện thuận lợi trong q trình thực hiện khóa luận này.
Cuối cùng, tơi xin được bày tỏ sự biết ơn chân thành đến tất cả các bạn
sinh viên lớp lý K2 Khoa khoa học tự nhiên và xã hội, Đại học Thái Nguyên đã
luôn ln ủng hộ, động viên, giúp đỡ và góp ý cho tơi ừong suốt q trình học
tập và thực hiện khóa luận này.

Thái Nguyên, tháng 5 năm 2008
Sinh viên

Mai Thị Đào

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN




M ỤC LỤC
Trang
LỜI MỞ ĐẦU ..........................................................................................................1
CHƯƠNG I.TỘNG QUAN LÝ TH U Y ẾT.............................................................3
1.1. Vài nét về chất bán dẫn................................................................................... 3
1.2. Các hệ bán dẫn thấp ch iều ..............................................................................4
1.3. Các trạng thái điện tử trong chấm lượng tử bán d ẫ n ...................................7
1.4. Các chế độ giam giữ trong chấm lượng tử .................................................. 11
1.4.1. Chế độ giam giữ m ạnh...........................................................................11
1.4.2. Chế độ giam giữ trung g ian .................................................................. 13
1.4ế3. Chế độ giam giữ y ếu ............................................................................. 13

1.5. Dịch chuyển quang học trong chấm lượng t ử .......................................... 14
1.6 . Một số cấu trúc tinh thể thường g ặ p ............................................................15
1.6.1 ắ Cấu trúc mạng lục giác W urtzte...........................................................15
1.6.2. Cấu trúc mạng lập phương đơn giản kiểu NaCl................................ 16
1 .6.3. Cấu trúc mạng lập phương giả kẽm kiểu sphaleit ............................ 17
1.7. Cấu trúc tinh thể của chấm lượng tử CdS, C dS:M n..................................17
1.8 . Tính chất quang của ion Mn2+.......................................................................18
CHƯƠNG II.CÁC KĨ THUẬT T H ựC NGHIỆM ...............................................21
2.1. Các phương pháp chế tạo m ẫu..................................................................... 21
2.1.2. Phương pháp sol - gel............................................................................21
2.1.2. Phương pháp Micelle đảo...................................................................... 22
2.2. Các phương pháp đo thực nghiệm ............................................................... 22
2.2.1. Quang phổ hấp thụ và phổ truyền qua................................................. 22
2.2ẽ2. Hệ đo phổ hấp th ụ .................................................................................. 25
2.2ẵ3. Phổ quang huỳnh quang.........................................................................26
CHƯƠNG III.KÉT QUẢ VÀ THẢO LU Ậ N .... ................................................. 29
3.1 .Chế tạo chấm lượng tử CdS và CdS:Mn2+bằng phương phápMicelle đảo29
3.1.1.Chế tạo lõi C d S ........................................................................................ 30
3.1.2..Chế tạo lõi Cd0)6Mn04 S .......................................................................... 31
3.1Ế3ẾTạo vỏ bọc Z nS .......ẽ.............................................................................. 32
3Ể2. Tính chất hấp thụ của các chấm lượng từ C d S ...........................................33
3.3. Tính chất hấp thụ của các chấm lượng tử CdS: M n................................... 35
3.4. Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdS............................................36
3.5. Phổ Huỳnh quang của các chấm lượng tử CdS: Mn2+............................... 38
3.6. Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdS:Mn2+/Z nS ........................ 40
KẾT L U Ậ N ............................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM K H Ả O ........................................................................................45

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN





KHòa luặn tỡt nghiệp

LỜI M Ở ĐẨU
Lý do chọn đề tài
Bước sang thế kỷ 21, các nước trên thế giới đang tích cực nghiên cứu
và chuẩn bị cho ra đời một lĩnh vực khoa học công nghệ mới mà tầm cỡ của
nó được đánh giá ngang tầm với các cuộc cách mạng cơng nghiệp trong lịch
sử, đó là cơng nghệ nano.
Các nano tinh thể - chấm lượng tử(QDs) là những tinh thể nhân tạo, có
kích thước cỡ nano mét. Độ rộng năng lượng vùng cấm được mở rộng khi
kích thước hạt nhỏ hom bán kính Bohr, dẫn tới làm dịch đỉnh phổ hấp thụ về
phía sóng xanh và làm tăng đáng kể q trình phát quang và xúc tác quang
hố. Hiện tượng này đóng vai trị to lớn trong việc ứng dụng các hạt nano tinh
thể bán dẫn vào các linh kiện quang điện từ như diod phát sáng (LEDs), laser,
các linh kiện sử dụng trong viễn thông như khuy ếch đại quang và dẫn sóng,
trong các máy tính lượng tử (ứng dụng để làm màn hình với năng suất phân
giải rất cao). Đặc biệt khả năng ứng dụng cao trong việc dánh dấu các mã
vạch cũng như trong công nghệ sinh học và hiện ảnh các tế bao.
Vật liệu CdS được quan tâm nghiên cứu rộng rãi do độ rộng vùng cấm
của bán dẫn khối là 2.5 eV tương ứng với vùng ánh sáng nhìn thấy, hiệu suất
lượng tử cao, có khả năng điều chỉnh các đặc trưng quang học theo kích thước
nên các chấm lượng tử CdS có thể đưa vào sản suất các nguồn laser mới, các
thiết bị phát sáng. Đe làm giảm huỳnh quang của trạng thái bề mặt do các
nano tinh thể gây ra và đặc biệt là tạo ra các nano tinh thể có thể phát xạ với
giải phổ từ 460 - 480 nm với phân bố kích thước tương đối hẹp thì các hạt
nano tinh thể CdS, CdS:Mn2+ đã bọc thêm lớp vỏ ZnS [4],
Mặc dù đã có rất nhiều nghiên cứu về chấm lượng tử CdS nhưng do ảnh

hưởng của điều kiện chế tạo đến chất lượng và hiệu suất phát quang của các
chấm lượng tử nên đòi hỏi các nhà khoa học luôn mong muốn chế tạo ra vật

M ai Thị Đào- Lớp CNLý K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

1



Rtioa luạn tdt nghièp

liệu ưu việt. Với mong muốn tìm hiểu lý thuyết cũng như bước đầu nghiên
cứu qui trình chế tạo chấm lượng tử CdS, chúng tôi tiến hành “tìm hiểu tính
chất quang của các chấm lượng tử CdS, CdS:Mn, CdS:M n/ZnS\ Với mục
đích chế tạo và nghiên cứu các hiệu ứng lượng từ bằng các phép đo quang.
Đối tượng nghiên cứu: Các chấm lượng tử CdS,CdS/ZnO, CdS:Mn,
CdS:Mn/ZnS”.
Nội dung và phương pháp nghiên cứu:
- Chế tạo các chấm lượng tử CdS,CdS/ZnS, CdS:Mn, CdS:Mn/ZnS
bằng phương pháp micelle đảo.
- Nghiên cứu các tính chất quang của các chấm lượng tử qua phép đo
phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang.
Khóa luận gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan lý thuyết
Chương 2: Các kĩ thuật thực nghiệm.
Chương 3:Tính chất quang của các nano tinh thể bán dẫn CdS, CdS:Mn

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

2



Khóa luân tõt nghiệp

CHƯƠNG I
TỎNG QUAN LÝ TH UYÉT
l . l ẵ V ài nét về chất bán dẫn [10] [11]
Vật liệu bán dẫn được nghiên cứu và ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh
vực khoa học, kĩ thuật và công nghiệp. Vật liệu bán dẫn rất đa dạng và cũng
có nhiều cách để phân loại chúng. Các tính chất của các chất bán dẫn phụ
thuộc trước tiên vào thành phần hố học của chúng và sau đó là phụ thuộc vào
cấu trúc vùng năng lượng. Các chất bán dẫn có thể là đơn tinh thể, đa tinh thể
hoặc là các chất vơ định hình. Thơng thường có các chất bán dẫn thông dụng
nhất như: silic, germani, hợp chất AmBv, hợp chất AnBVI và nhiều hợp chất
hữu cơ khác. Các chất bán dẫn thông dụng thường kết tinh theo mạng tinh thể
lập phương tâm mặt.
N ăng lượng

Điện môi
Bán dẫn
Kim loại
H ình l . l ẻ Cấu trúc vùng năng lượng cùa vật liệu

v ề tính dẫn điện, các chất bán dẫn có giá trị điện trở suất nằm trung
gian giữa chất cách điện và kim loại. Điện trờ suất của kim loại khoảng 10' 8 1 0 '6


Qm, điện trở suất cùa bán dẫn trong khoảng

10 "4

cadimi suníua có thể có điện trở suất trong khoảng

-

1 0 '5

1 0 10

-

Qm (trong đó

1 0 10

fìm ), các vật

liệu có điện trở suất lớn hơn 108 Qm được coi là điện môi. Ngoài ra, khác với
kim loại, trong một khoảng nhiệt độ xác định, điện trờ của chất bán dẫn giảm
khi nhiệt độ tăng.

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

3




Khóa luận tốt nghiệp

Cấu trúc vùng năng lượng của các chất bán dẫn bao gồm vùng hoá trị
bị lấp đầy hoàn toàn và vùng dẫn bị bỏ trống hoàn toàn được phân cách nhau
bởi vùng cấm có độ rộng khơng lớn lắm và chỉ cách điện thực sự ở nhiệt độ
T=0K. Ở nhiệt độ T * OK chuyển động nhiệt trong chất rắn có thể truyền cho
electron một năng lượng đủ để nó chuyển từ vùng hố trị lên vùng dẫn và để
lại các trạng thái trống trong vùng hoá trị. Dưới tác dụng của một điện trường
không cần mạnh lắm, các electron trong vùng hố trị có thể đến chiếm các
trạng thái trống và tham gia vào quá trình dẫn điện, số các trạng thái trống
này trong vùng hoá trị bằng số electron trong vùng dẫn. Nhiệt độ càng tăng
thì số electron và số trạng thái trống này càng tăng.
l ẻ2. Các hệ bán dẫn thấp chiều [11]
Cấu trúc thấp chiều hình thành khi ta hạn chế khơng gian thành một
mặt phẳng, một đường thẳng hay một điểm, tức là ta hạn chế chuyển động của
các electron theo ít nhất là một hướng trong phạm vi khoảng cách cỡ bước
sóng deBroglie của nó (cỡ nm).
Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi kích thước của vật rắn giảm
xuống một cách đáng kể theo 1 chiều, 2 chiều, hoặc cả 3 chiều, các tính chất
vật lý: tính chất cơ, nhiệt, điện, từ, quang có thể thay đổi một cách đột ngột.
Các tính chất của nano có thể thay đổi được bằng cách điều chỉnh hình dạng
và kích thước cỡ nm của chúng. Sự giảm kích thước xuống cỡ nanomét xảy ra
hiệu ứng giam giữ lượng tử mà ở đó các trạng thái electron cũng như các
trạng thái dao động trong hạt nano bị lượng tử hoá. Các trạng thái bị lượng tử
hoá trong cấu trúc nano sẽ quyết định tính chất điện và quang nói riêng, tính
chất hố học nói chung của cấu trúc đó. Trong phần này, chúng ta sẽ sử dụng
khái niệm giam giữ lượng tử các hạt tải điện trong vật rắn thấp chiều [ 1 1 ].

Đối với hệ ba chiều hay là bán dẫn khối, các electron trong vùng dẫn
(và các lỗ trống trong vùng hóa trị) chuyển động tự do trong khắp tinh thể, do

M ai Thị Đào- Lớp CNLý K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

4




Khỏa luận tỗt nghiệp

lưỡng tính sóng hạt, chuyển động của các hạt tải điện có thể được mơ tả bằng
tổ hợp tuyến tính của các sóng phẳng trải khắp vật rắn. Năng lượng của
electron tự do phụ thuộc vào vectơ sóng k theo hàm parabol và các trạng thái
phân bố gần như liên tục. Mật độ trạng thái ti lệ với căn bậc hai của năng
lượng.

( 1 . 1)

Người ta tạo ra được cấu trúc điện tử hai chiều (hay giếng thế lượng tửquantum well) bằng cách tạo một lớp bán dẫn mỏng, phẳng, nằm kẹp giữa hai
lớp bán dẫn khác có độ rộng vùng cấm lớn hơn. Các electron bị giam trong
lớp mỏng ở giữa (cỡ vài lớp đơn tinh thể) và như vậy chuyển động của chúng
là chuyển động hai chiều, còn sự chuyển động theo chiều thứ ba đã bị lượng
tử hoá mạnh. Năng lượng ứng với hai hàm sóng riêng biệt, nói chung là khác
nhau và khơng liên tục. Điều đó có nghĩa là năng lượng của hạt không thể
nhận giá trị tùy ý, mà chỉ nhận các giá trị gián đoạn. Năng lượng của hạt là:


2m

8n 2m

Nếu thay kz=nzAk với A kz= 7t/Lz, ta đươc:

E
“

=- —
8 mL

( 1.2 )

Mật độ trạng thái theo năng lượng có dạng:
*
(1.3)
với

0

là hàm bậc thang Heaviside.
Tiếp tục như vậy, ta có thể hình thành nên cấu trúc một chiều (quantum

wire-dây lượng tử) bằng cách thu nhỏ kích thước của vật rấn theo phương y
và z. Khi đó, các electron chỉ có thể chuyển động tự do theo phương

X,

cịn


chuyển động của chúng theo phương y, z bị giới hạn bởi các mặt biên của vật.
Trong hệ này, các hạt tải điện có thể chuyển động tự do theo một chiều và

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

5



Khoa luạn tõt nghiệp

chiếm các trạng thái lượng tử hóa ở hai chiều còn lại. Sự phân bố năng lượng
theo phương song song với trục kz là liên tục. Trong khi đó, các trạng thái

ky,

kz bị lượng tử hóa, nhận các giá trị gián đoạn. Lúc này, năng lượng toàn phần
là tổng các mức gián đoạn theo hai chiều bị giam giữ và liên tục theo chiều
dài của d â y [ll]. Điều này dẫn đến mật độ trạng thái của hệ một chiều có
dạng:
(1.4)
g u ( E > ' »^« n

I E -ÈClnx
„ ,ny
„
nxỵ,ny yịIL


Mật độ này rất đặc biệt vì nó phân kì khi động năng nhỏ (ở đáy các tiểu
vùng nx, ny) và giảm khi động năng tăng.
Đối với hệ không chiều (chấm lượng tử-quantum dots) các electron bị
giới hạn trong cả ba chiều và không thể chuyển động tự do. Như vậy, các mức
năng lượng bị gián đoạn theo cả ba chiều trong không gian. Với một hệ lý
tưởng mật độ trạng thái là tổng của các hàm delta:
g ữd{E) = 2

ỵ ô { E - E nx^

nz)

(1.5)

nx ,ny ,nz

Các cấu trúc thấp chiều có nhiều tính chất mới lạ so với cấu trúc thơng
thường, cả về tính chất quang, điện cũng như mật độ trạng thái.
/ \1

/

>
y
g(E)

/
g(E)


-* E
a.

-> E

c.

H ình 1.2ẾMật độ trạng thái theo năng lượng trong các hê
lượng tử với số chiều khác nhau:
a. Hệ ba chiều (bán dẫn khối); b. Hệ hai chiều ( giếng lượng tử);
c. Hệ một chiêu (dây lượng tử); c. Hệ không chiều (chấm lượng tử).

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

6



Khỏa luận tõt nghiệp

l ề3. Các trạng thái điện tử trong chấm lượng tử bán dẫn
M ột chấm lượng tử thường được miêu tả như là một nguyên tử nhân
tạo bởi vì điện tử bị giam giữ về mặt chiều thì giống như là trong một ngun
tử và có các trạng thái năng lượng gián đoạn. Gần đây, đã có nhiều nỗ lực
được tiến hành để có thể chế tạo ra các chấm lượng tử với các hình dạng hình
học khác nhau, để có thể khổng chế được hàng rào thế giam giữ các điện tử
(và các lỗ trống) (Williamson, 2002). Các mức năng lượng gián đoạn sinh ra
các phổ hấp thụ, các phổ phát xạ hẹp và nhọn đối với các chấm lượng tử,

thậm chí ngay tại nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, cũng cần phải lưu ý rằng điều
này là lý tưởng, và các phổ do dịch chuyển quang học cũng bị mở rộng đồng
nhất và bất đồng nhất. Do tỷ lệ lớn giữa thể tích và diện tích bề mặt của các
nguyên từ của các chấm lượng tử, nên các chấm lượng từ còn biểu lộ các hiện
tượng liên quan đến bề mặt.
Các chấm lượng tử thường được miêu tả theo ngôn ngữ của mức độ
giam giữ. Chế độ giam giữ mạnh được xác định cho trường hợp khi kích
thước của chấm lượng tử nhỏ hon bán kính Bohr exciton (aB). Khi này, sự
phân chia năng lượng giữa các vùng (sub-bands) là sự biến đổi các mức của
các điện tử và các lỗ trống được lượng tử hoá lớn hơn là năng lượng liên kết
exciton. Bởi thế, các điện tử và các lỗ trống thì thường được biểu diễn bằng
các trạng thái năng lượng của các vùng sub-bands của chúng.
Khi kích thước của chấm lượng tử tăng, sự phân chia năng lượng giữa
các vùng sub-bands trở nên so sánh được một cách hiển nhiên với năng lượng
liên kết exciton. Đây là trường hợp của chế độ giam giữ yếu, khi kích thước
của chấm lượng tử lớn hơn bán kính Bohr exciton. Năng lượng liên kết điện
tử - lỗ trống trong trường hợp này gần như là trong bán dẫn khối.
Để bắt đầu xem xét về một vài tính chất của các hạt lượng tử thì cần
xem xét các điện tử trong tinh thể, ở đây, cần nhớ lại bài toán từ cơ lượng từ

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

7



Khóa luận tõt nghiệp


cơ bản, là một hạt trong một giếng thế năng. Chúng ta bắt đầu với hạt trong
một giếng thế năng một chiều[10]. Phương trình Schrưdinger độc lập về thời
gian liên quan có thể viết là:

2

( 1.6)

m õx

Ở đây m là khối lượng của hạt, E là năng lượng hạt, và thế năng U(x)
được xem là giếng hình trụ với độ cao thành giếng là không xác định, nó là:
(1.7)
Trong phương trình trên, a ký hiệu cho độ rộng của giếng. Đã được biết
từ cơ lượng tử là từ phương trình Schrưdinger ở trên (1.6) có lời giải các loại
chẵn và lẻ [ 1 0 ].
Kết quả quan trong nhất của bài toán là một tập hợp các giá trị năng
lượng gián đoạn được cho bởi công thức:

Khoảng cách giữa các mức năng lượng liền kề được cho bời cơng thức:
AEn = E n+ì- E n =

7ĩl h \ 2 n + \)
(1.9)

2ma2

và nó tăng theo n. Các hàm sóng đối với mỗi một trạng thái năng lượng thì
triệt tiêu ở


X

> a. Biên độ của các hàm sóng là giống nhau, và sác xuất tổng

cộng để tìm thấy một hạt ở bên trong hộp chính xác là bằng một đơn vị đối
với tất cả các trạng thái.
Lưu ý rằng phương trình (1.8) cho ta các giá trị động năng. Bằng cách
dùng quan hệ giữa năng lượng E, momen p, và số sóng k là:
( 1. 10)

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

8



Khóa luận tơt nghiệp

Chúng ta có thể viết các giá trị momen và số sóng liên quan:
7ĩh .

n

các đại lượng này cũng lấy các giá trị gián đoạn.
Nếu có tồn tại một hạt, thì đại lượng \ịi\ụ* phải khác 0 tại một nơi nào
đó. Như vậy, lời giải thoả mãn (1.6) và (1.7) với n = 0 không thể được phép,
bởi vì điều này sẽ phủ nhận sự tồn tại của một hạt. Năng lượng tối thiểu mà
(1.12)


một hạt có thể có được cho bởi: E\ - ~7 ~ 2
2m a

Năng lượng này được gọi là năng lượng điểm zero của hạt. Nó có thể
được rút ra từ kết quả của hệ thức bất định Heisenberg:
ApAx>y

(1.13)

Một hạt bị giam chặt trong vùng khơng gian Ax = a. Do đó, phù hợp
với (1.13), nó phải là khơng xác đinh nếu momen của nó có giá tri A p > -^ ~ .
2a

s ố hạng sau tương ứng năng lượng tối thiểu:

tương ứng với Ej trong (1.12) với độ chính xác của 7t 2/ 4 .
Trong trường hợp các thành giếng có chiều cao xác định, các hàm sóng
khơng thể bị triệt tiêu tại bờ của thành giếng, nhưng bị giảm theo hàm mũ ở
bên trong vùng cấm cổ điển IX I > a/2. Sác xuất khác 0 hiện ra để tìm ra một
hạt ở bên ngoài giếng. Với sự tăng n, sác xuất này tăng, số các trạng thái ở
bên trong giếng được kiểm soát bởi điều kiện:
a^lmƯQ > 7đi{n-1)

M ai Thị Đào- Lớp CNLý K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

(1.15)


9



Khóa luận tỗt nghiêp

Ở đây U 0 là chiều cao của giếng. Điều kiện (1.15) ln giữ đối vói n= 1.
Bởi vậy, ít nhất là có một trạng thái ở bên trong giếng thế năng một chiều với
bất kỳ sự liên hợp nào của a và U0. số khả năng của các trạng thái ở bên trong
giếng tương ứng với giá trị cực đại n đối với (1.15) vẫn còn được giữ. Vị trí
tuyệt đối của các mức năng lượng thì thấp hơn giá trị xác định U 0 được so
sánh với Uo -»

bởi vì bước sóng hiệu dụng của hạt trở nên lớn hom. Tất cả

00

các trạng thái với En > U 0 tương ứng với chuyển động không xác định và hình
thành các trạng thái liên tục.
Trong bán dẫn khối, phương pháp gần đúng khối lượng hiệu dụng được
dùng để tính tốn cấu trúc điện tử của các vùng một cách đơn giản và đủ. Các
lời giải của phương trình Schrưdinger đối với một hạt, với hamitonien
p2

Ha = - — + V(r), ở đây V(r) là thế năng tuần hoàn, đươc viết dưới dang hàm
2 ma
B loch:

y/vk(r) = QXỹ(ikr)uvk(r)


Ở đây

U v k (r)

(1.16)

là hàm tuần hoàn với sự tuần hoàn của thế năng V,

số của vùng mà hạt thuộc về vùng đó. Bằng cách thay thế

V |/vk(r)

V

là chỉ

trong phương

trình Schrưdinger và dùng tốn tử p = - ìh V , do thay P = -ĨÃV -» V = - —P
h
A

V2 = —

2

, ta nhận được phương trình:

h2k 2 ĩikì) P 2
—— + —Ĩ- + -Ỉ— + V Vvk = KkVvk

2m„ m„ 2m„

hay là phương trình:
p2

tìk.p

h 2k 2

.2

m o

m 0

2m 6

Các lời giải,

Uvo

uvk = E vkuvk

(1.17)

và E vo, với k = 0, từ phương trình (1Ế17) được giả thiết

là đã biếtửNhư vậy, ta có thể viết:

(H 0 + k02)u vo = (Evo+ ko2)u vo


Với: Ho = (p /2m0) + V và K -

(1.18)

h2k 2
2 mn

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

10



Khỏa luận tơt nghiệp

Như vậy, phương trình (1.18) được viết dưới dạng:
(H o + kc+ —

(1.19)

k - P > v k = E vku vk

m0
1.4. C ác chế độ giam giữ trong chấm lượng tử[12]

Các hạt tải điện bị giam giữ là các điện tử và lỗ trống tương tác với
nhau bởi tương tác Coulomb. Mỗi cặp hạt (i, j) có điện tích q, tại vị trí r đóng

góp năng lượng tương tác Coulomb Wịj cho hệ bằng:
Wịj (rằ,rằ) = — -------\I ~~ ^ ~ \ Iri
4 n n r e 0 |r , - r y
J

Với

£0

¿ 1 'TT'Tr

0

c

-2°)

là hằng số điện môi chân không. Khi qi = qj, các hạt tải chịu một

lực đẩy, nó làm tăng tổng năng lượng của hệ hạt. Khi qj = - qj, năng lượng của
hệ hạt giảm đi và một exciton được tạo thành. Exciton là một chuẩn hạt trung
hồ về điện. Có ba chế độ giam giữ có thể được định nghĩa để so sánh về tầm
quan trọng và vai trò của tương tác Coulomb với các hiệu ứng gây bởi sự
lượng tử hoá năng lượng.
1.4.1ẼChế độ giam giữ mạnh
Chế độ giam giữ mạnh ứng với trường hợp bán kính của chấm lượng tử
nhỏ hơn nhiều so với bán kính Borh exciton (Ro <hiệu ứng Coulomb là nhỏ so với sự ảnh hưởng của sự lượng tử hoá năng
lượng. Nghĩa là, AEe» E c và AEh» E c với AEe và AEh là khoảng cách giữa
các mức con của điện tử và lỗ trống, Ec là năng lượng tương tác Coulomb.

Với một chấm lượng tử có bán kính như trên, năng lượng gây bởi sự
lượng tử hố kích thước là năng lượng chỉ phối chủ yếu. Đối với cả điện tử và
lỗ trống, năng lượng tương tác Coulomb là rất nhỏ so với khoảng cách năng
lượng của các trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích.

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

11



Khỏa luận tôt nghiệp

Mômen dịch chuyển lưỡng cực giữa một điện tử ở trạng thái m và một
lỗ trống ở trạng thái n tới trạng thái cơ bản g được xác định không phụ thuộc
vào Ro: <VmnlPlV|/g> = Pcvômn

(l 21)

Với pcv là phần tử của ma trận dịch chuyển lưỡng cực, hàm delta ô mô
tả qui tắc chọn lọc các hàm bao. Nếu khối lượng điện tử và lỗ trống là khác
nhau và thế giam giữ là hữu hạn thì thừa sổ này gần bằng

1

đối với các dịch

chuyển được phép.

Phổ hấp thụ của chấm lượng tử trong trường hợp giam giữ mạnh có
dạng:

Enl=Eg+:^

/ nl

(L22)

* *
Trong âó ụ = memẰ- là khối lượng rút gọn của cặp điện tử lỗ trống.
me + mh

Năng lượng của trạng thái cơ bản của điện tử - lỗ trống được biểu diễn
dưới dạng:
*2 2

2

= E g+ !LJLĨ -1,8^-2 - ° ’248£*
Ip R ị
sRị
Vớ

8

0 -23)

là hằng số điện môi tinh thể, ER là năng lượng Rydberg, aB là bán

kính Borh exciton:
r- _ e 2
2 aB

_
»

a B -

ụe

2

Cường độ dao động của sự dịch chuyển một điện tử và lỗ trống ở trạng
thái n tới trạng thái cơ bản g trong chế độ giam giữ mạnh là:
f sc = Ĩ Ỵ n p 2

(124)

Trong đó m 0 là khối lượng điện từ tự do.

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

12



Khỏa luận tôt nghiệp

1.4.2ệ Chế độ giam giữ trung gian
ứ n g với trường hợp bán kính chấm lượng tử nằm trong khoảng
aBthể xảy ra do sự chênh lệch khối lượng giữa các điện tử và lỗ trống
(me/mh« l ) . Điện tử bị lượng tử hoá bởi thế giam giữ và lỗ trống có thể coi
như khơng dịch chuyển mà định xứ tại tâm của chấm lượng tử.
Với chế độ giam giữ trung gian, các trạng thái năng lượng và phổ hấp
thụ của chấm được xác định chủ yếu bời sự lượng tử hoá chuyển động của
điện tử. Tuy nhiên do tương tác Coulomb giữa điện tử và lỗ trổng, mỗi mức
điện tử bị tách thành vài mức con. Vị trí cực đại hấp thụ đầu tiên của chấm có
thể được mơ tả bởi biểu thức:
/
£> = £„+

8

a

\2
exp

í

2Ro
u)
< aB

(1.25)

J

Cường độ dao động fi với exciton tái hợp có n = 1 trong một chấm hình
cầu là:
8 4 6 )^ V ĩ

exp
\

rj->

A.

Trong đó: ah =

)

3

ĩ.h\ ^0 J

(1.26)

A7ISr S(\ h

; u

rnh

Hàm sóng điện tử - lỗ trống là hàm gián đoạn có dạng: mômen dịch

chuyển lưỡng cực

là nhỏ so với PCv(<P>
< f sc.

1.4.3. Chế độ giam giữ yếu
Chế độ giam giữ yếu với trường hợp bán kính chấm lượng tử lớn hơn
nhiều lần so với bán kính Borh (Ro>4aB). Trong trường hợp này, các điện tử
và lỗ trống tạo thành các cặp và chuyển động khối tâm của chúng bị lượng tử
hoá bởi thế giam giữ và chuyển động của hạt tải sẽ bị chi phối bởi tương tác

M ai Thị Đào- L ớp CNLý K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

13



Khóa luận tồt nghiệp

Coulomb. AEe và AEh là gần bằng hay lớn hơn Ec. Chuyển động tương đối
của hạt tải sẽ được biểu diễn dưới dạng:
> /1/
2

f

rh ) =

__2

\ JlaB )

/

\

Y e - r h\
exp
ữ Dn /
\

(1.27)

Năng lượng liên kết exciton có dạng:
p
p
h X„1
¿ i s i s - t g — 2 +~ĩ— ™
nz
2 2MRữ

(1.28)

Trong đó M = me + mh. Với n = 1, m = 1, 1 = 0 ta có năng lượng của
. . . X í
trạng thái thâp nhât là:

_
_

h 2n 2
£ lslí = E - E R + -——
2 AŨL

(1.29)

í

Hay:

(1.30)

£ 151í = E g + E R l - i i
M

Cường độ dao động exciton trong chấm lượng tử hình cầu ứng với dịch
chuyển ở trạng thái cơ bản là:
Jn

2m0(ùn 2 8 R„
+ r cv 2
h

n

\

B

/

-y ;
n

« = 1,2,3.

( l ễ31)

Như vậy, cường độ dao động giảm đi đối với các dịch chuyển cao hơn,
và tăng lên khi kích thước của chấm lượng tử tăng lên. Tuy nhiên, điều này
chỉ đúng khi phép gần đúng lưỡng cực điện được giữ, tức là khi
exp(i q Ro)«1, với q là vectơ sóng của trường bức xạ, và bị phá vỡ khi Ro lớn.
1.5ắ Dịch chuyển quang học trong chấm lượng tử [12]
Các dịch chuyển quang học đom giản nhất trong một chấm lượng tử
hình cầu được chỉ ra trong hình 1.3. Một chấm lượng tử ở trạng thái cơ bản có
thể hấp thụ một photon có năng lượng Ex để tạo ra một exciton (a). Sau khi

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

14



Khóa luận tốt nghiệp

exciton được tạo thành , chấm lượng tử khơng thể hấp thụ thêm một photon
có năng lượng Exx - Ex (b) và sau đó tạo thành một lưỡng exciton.
|lS ,lS ,lS 3 /2 ,ls3/2>

Exx

|lp,ls3/2>
Ịls , lp3/2>
ịlS,lS3/2>

E*

(a)

(c)

<0>

(d)

(e)

Ngược lại, trạng thái lưỡng cực exciton có thể phân ra thành một
photon và một excỉton, rồi sau đó exciton phân ra thành một photon có năng
lượng Ex. Các điện tử và lỗ trống tạo nên cặp exciton có spin đối nhau. Với
quá trình hấp thụ phi tuyến hai photon một lưỡng exciton có thể tạo ra bằng
sự hấp thụ hai photon có năng lượng (Ex + Exx)/2 (c). Khi các dịch chuyển
hai photon bao gồm sự thay đổi của số lượng tử quĩ đạo tổng là
tạo thành một exciton |l p ,ls 3/2> hoặc

11 s,

0

và

2

thì sự

lp 3/2> là có thể xảy ra.

1.6. M ột số cấu trúc tinh thể thường gặp
1.6.1. Cấu trúc mạng lục giác Wurtzte [7] [11]
Cấu trúc tinh thể wurtzte là cấu trúc hỗn hợp của cấu trúc lập phương
tâm khối nguyên tố đơn. Nó có cơ sờ đa nguyên tử.
nguyên tử,

2

nguyên tử cho nguyên tố thứ nhất và

2

ô

đơn vị bao gồm 4

nguyên tử cho nguyên tố

thứ hai. Đây chính là cấu trúc lục giác xếp chặt.
M ột trong những tính chất đặc trưng của phân mạng lục giác xếp chặt
là giá trị ti số giữa các hằng số mạng c và a. Trường hợp lý tường thì tỉ số
c/a=l,633. Trên thực tế, các giá trị của tỉ sổ c/a của hợp chất AnBvi đều nhỏ

M ai Thị Đào- Lớp CNLỳ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

15



Khóa luận tỏt nghiệp

hom 1,633. Điều này chứng tỏ các mặt khơng hồn tồn xếp chặt. Đối với
mạng tinh thể lục giác kiểu Wurtzte của A nBvi, hai nguyên tử An nằm ở vị trí
(0, 0, 0) và (1/3, 2/3, 1/3) và hai nguyên tử Bvi nằm ở vị trí (0, 0, u) và (1/3,
2/3, 1/3+u) với u«3/5.
Mỗi ơ đem vị chứa hai phân tử
kết với 4 nguyên tử

B vi

A iiB v i

(hình 1 .4). Mỗi nguyên tử An liên

nằm ở lân cận 4 đỉnh tứ diện trong đó

1

nguyên tử

nằm ở vị trí có khoảng cách uc, và ba ngnun tử khác nằm ở vị trí cách

nguyên tử ban đầu một đoạn bằng [l/3a 2 + c2(u-l/2)2]l/2. Xung quanh mỗi
nguyên tử có

12

nguyên tử lân cận bậc hai, trong đó có

6

nguyên tử ở đỉnh lục

giác trong cùng một mặt phẳng với nguyên tử ban đầu và cách nguyên từ ban
đầu một đoạn [l/3a 2 + l/4c2]2. Tinh thể A nBvi không có tâm đối xứng, do đó
trong mạng tồn tại trục phân cực song song với hướng [001] như hình 1,4b.

Hình l ẵ4ẽ a. c ấ u trúc mạng tinh thể lục giác Wurzite.
b. Trục phân cực song song với hướng

1.6.2. Cấu trúc mạng lập phương đơn giản kiểu NaCl. [10] [11]
0 mạng cơ sờ của cấu trúc lập phương (LP) đơn giản kiểu NaCl có thể
được xem như gồm hai phân mạng LP tâm mặt của cation An và anion Bvi
lồng vào nhau, trong đó phân mạng anion Bvi dịch đi một đoạn a/ 2 với a là
cạnh hình lập phương. Mỗi ô cơ sở gồm bốn phân tử

A iiB v i

hình 1.5. Vị trí

của các ngun tử An trong ô cơ sở là (0, 0, 0), (1/2, 1/2, 0), (1/2, 0, 1/2), (0,

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

16



Khỏa luận tốt nghiệp

1/2, 1 / 2 ) và vị trí của các nguyên tử Bvi tương ứng là ( 1 / 2 , 1/2, 1 / 2 ), ( 0 , 0 ,
1 / 2 ),

( 0 , 1 / 2 , 0 ), ( 1 / 2 , 0 , 0 ). Số lân cận gần nhất của cation và anion bằng 6 .

Hình 1.5. Cấu trúc lập
pphương
i i u w i i g > đơn
u w n ggiản
i c u i NaCl
í 1 C4V_-1

Hình 1Ế6. Cấu trúc mạng
tinh thể wgiả kẽm ễ1 1 ■

t

1.6.3. Cấu trúc mạng lập phương giả kẽm ki
Đây cũng là một trạng thái cấu trúc gií bền c E ỉ t ì t

A nqvi-

Mỗi ơ cơ sở (Hình 1.6 .) chứa bốn phân tử với các tọa độ của bốn nguyên tử
An là (0, 0, 0), (0, 1/2, 1/2), (1/2, 0, 1/2), (1/2, 1/2, 0) và tọa độ của bốn
nguyên tử Bvi là (1/4,174,1/4), (1/4, 3/4, 3/4), (3/4, 1/4, 3/4), (3/4, 3/4, 1/4). ở
đây mỗi nguyên từ bất kì được bao quanh bởi bốn nguyên tử khác, mỗi
nguyên tử Bvi được bao quanh bởi bốn nguyên tử

A n

nằm ở đỉnh của tứ diện

có khoảng cách aV 3 /2, a là thông số của mạng lập phương. Còn mỗi nguyên
tử

An

(hoặc Bvi) được bao quanh bởi 1 nguyên tử cùng loại, chúng là lân cận

bậc hai nằm tại khoảng cách a Ị 4 Ĩ . Các lớp

A iiB v i

được định hướng theo trục,

do đó tinh thể A nBvi lập phương có tính dị hướng. Các mặt đối xứng nhau,
các hướng ngược nhau thì có thể có tính chất vật lí khác nhau.
1.7ễ Cấu trúc tinh thể của chấm lượng tử C dS, C dS:M n[12]
Cấu trúc tinh thể của các chấm lượng tử cũng giống như cấu trúc tinh
thể của bán dẫn khối tương ứng. Do đó, chấm lượng tử CdS cũng có cấu trúc

tinh thể giống như của CdS khối.
Cadimi suníiia (CdS) là hợp chất bán dẫn thuộc nhóm AnBvi- Hợp chất
này được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực điện tử học bán dẫn và điện tử

M ai Thị Đào- Lớp CNLý K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

17



Khóa luận tốt nghiệp

học lượng tử cũng như trong lĩnh vực quang học bán dẫn, do chúng có độ
rộng vùng cấm lớn và chuyển mức thẳng.
CdS tồn tại trong hai loại cấu trúc cơ bản: cấu trúc lập phương giả kẽm
kiểu sphalerit và cấu trúc lục giác kiểu Wurtzite.
1.8. Tính chất quang của ion M n2+ [12]

4E
4T 2

V
E
t
4

2

4

lon tự do

2

t,

lon trong tinh thể CdS

Hình 1Ề7ỂSơ đồ mức năng luợng cùa Mn2+ ở trạng thái
ion tự do ở trong chấm lượng tử

Các tâm phát xạ được pha vào các chấm lượng tử bán dẫn thường là
các ion kim loại chuyển tiếp và các ion đất hiếm. Khi được pha tạp vào các
chấm lượng tử, hiệu suất phát xạ của các tâm phát xạ sẽ tăng lên, Thời gian
phát xạ ngắn hơn do các hiệu ứng giam giữ lượng tử. Chính vì vậy, sự phát xạ
của các tâm phát xạ trong chấm lượng tử cũng đang rất được quan tâm. Ở
đây, chúng tôi chi xét sự phát xạ của ion Mn2+ trong các chấm lượng tử CdS.
Sơ đồ các mức năng lượng của Mn2+ ở trạng thái ion tự do và ở trạng
thái chấm lượng tử có dạng như trong hình 1.8. Khi được pha tạp vào chấm
lượng tử, các ion Mn2+ sẽ chiếm các vị trí của Cd2+ và có đối xứng tứ diện.
Dưới sự đối xứng này, trạng thái kích thích đầu tiên của Mn2+ trong trạng thái
ion tự do là 4G sẽ bị tách thành các trạng thái con 4T |, 4E, 4Ai, 4E (ở đây các
trạng thái 4Ai và 4E là khơng bị suy biến). Mơ hình phát xạ của các chấm
lượng tử CdS có pha tạp Mn2+ được trình bày trong Hình 1.8 .

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

18



Khỏa luận tỏt nghiệp

ấk

Điện tử
1

i k

(3)J
của Mn2+

(5)

(2 )

(1 )

( '■)
o 'r
T
LƠ trơng

(6 )

6

A| của Mn2+

u

Hình l ễ8. Mơ hình các phát xạ trong chấm lượng tử

Khi kích thích các chấm lượng tử CdS có pha tạp ion Mn2+ bằng photon
ánh sáng có năng lượng lớn, các điện tử trong vùng hóa trị sẽ chuyển mức lên
vùng dẫn, đồng thời làm xuất hiện trong vùng hóa trị các lỗ trống. Do đó sẽ
có sự tái hợp giữa các cặp điện tử lỗ trống ( 1 ) (tái hợp vùng - vùng hoặc tái
họrp exciton). Ngoài ra với các chấm lượng tử, trạng thái bề mặt bị chiếm một
tỷ lệ lớn. Cho nên các điện tử hoặc lỗ trống bị kích thích có thể bị bắt bởi các
mức bẫy bề mặt, vì vậy sẽ có sự tái hợp ở các mức bẫy (2). Bởi sự có mặt của
ion Mn2+, các điện tử hoặc lỗ trống cịn có thể bị bắt ở các mức bẫy nông ngay
dưới vùng dẫn (3), và kéo theo sự truyền năng lượng tới trạng thái kích thích
4+Tị

của ion Mn2+ (4), hoặc có thể tái hợp phát xạ với lỗ trống hoặc điện tử ở

các mức bẫy sâu (5). Khi năng lượng được truyền cho trạng thái 4Ti của ion
Mn2+ thì sẽ xảy ra sự phân rã phát xạ từ trạng thái kích thích 4Tị về trạng thái
cơ bản 6Ai (6 ) gây ra dải phát xạ ở dải sóng ngắn. Cũng có thể trạng thái kích
thích 4Ti của ion M n2+ có thể được lấp đầy trực tiếp từ vùng dẫn (7) sau đó
phân rã phát xạ về trạng thái cơ bản 6A|.
Trong các chấm lượng tử CdS có pha tạp Mn2+, sự phát xạ gây bởi sự
dịch chuyển trạng thái từ 4T| về

6Ai

của ion Mn2+ đã được quan sát thấy ở

bước sóng cỡ 585 nm. Hiệu suất phát xạ của Mn2+ cũng tăng lên do sự truyền

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

19



Khỏa luận tốt nghiệp

năng lượng của các chấm CdS cho ion Mn2+ từ các trạng thái bẫy (phần 2
hình 1.9) hoặc từ các cặp điện tử - lỗ trống bên trong chấm lượng tử (phần 1
hình 1.9.). Tuy nhiên bằng thực nghiệm một số nhóm nghiên cứu đã chỉ ra
rằng, sự phát xạ của ion Mn2+ dưới kích thích của photon ánh sáng hầu hết bị
chi phối bởi sự truyền năng lượng từ các cặp điện tử lỗ trống bên trong chm
lng t.

------ v

----- ô

'* ã

n \

4^
11

f

------------------

r

*

*

,'Y

A



ằ

Hỡnh 19. Cỏc cơ chê truyên năng lượng từ châm CdS tới ion Mn

A/«/ễ Thị Đào- Lớp CNLý K2

Sớ hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

20

Khóa luận tỏt nghiệp

C H Ư Ơ N G II
C Á C K ĩ T H U Ậ T T H ự C N G H IỆ M
2.1. C ác phư ơng pháp chế tạo mẫu
2.1.2. Phương pháp sol - gel
Phương pháp này gồm hai bước chính: Pha chế dung dịch sol và tạo
gel. Hạt keo là những hạt nhỏ nằm lơ lửng trong một chất lỏng, người ta gọi
huyền phù đó là sol (lỏng). Thường dung dịch sol đó được pha chế bằng cách
hoà tan dung dịch muối của kim loại tương ứng trong dung mơi. Sol khơng có
hình dạng riêng, nó có hình dạng của bình chứa. Khi sol biến đổi để sang
trạng thái đơng đặc có hình dạng riêng thì gọi là gel. Vậy quá trình sol-gel là
quá trình hình thành dung dịch huyền phù của chất keo (sol) rồi biến hố để
đơng đặc lại (gel).
Vật liệu xuất phát để làm ra “soi” thường là muối kim loại vô cơ hoặc là
họp chất kim loại hữu cơ. Trong q trình sol-gel thơng thường chất tiền tố
cùng với q trình thuỷ phân và phản ứng polyme hố tạo ra được keo huyền
phù, đó là sol. Dùng phương pháp phủ quay (spin coating) hay phủ nhúng
(dip coating) để có thể được màng gel trên bề mặt đế. Màng này cịn xốp, ta
làm nóng lên và thu được màng đặc trên đế[13].
Khi đổ sol vào khn do chuyển hố từ sol ta có gel ướt, gel ướt có hình
dạng của khuôn. Nếu tiếp tục làm bay hết nước trong gel, ta có gel khơ. Từ
gel khơ tiếp tục nung nóng ta có vật liệu đặc vì các hạt sau khi hết nước dưới
ảnh hưởng của nhiệt độ liên kết chặt với nhau[13].
Dùng cách kết tủa, phun qua ngọn lửa hoặc dùng kỹ thuật nhũ tương có
thể có được các hạt rất mịn. Đó là cách sản xuất thích hợp để chế tạo bột nano
dùng trong công nghiệp. Phương pháp Sol-gel hiện nay là phương pháp hiệu
quả nhất để sản xuất bột nano với cấu trúc và thành phần mong muốn, dễ điều

M ai Thị Đào- Lớp CNLỷ K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

21



Khóa ln tốt nghiêp

khiển kích thước hạt đồng đều và đặc biệt là giá thành hạ. Các loại bột từ, bột
bán dẫn với yêu cầu về thành phần, độ tinh khiết, kích thước hạt nhất định ...
thường được chế tạo bằng phương pháp Sol-gel, vừa dễ có sổ lượng đủ dùng
trong cơng nghiệp, vừa có giá thành hợp lý, có khả năng cạnh tranh. Điều
quan trọng chủ yếu của phương pháp này là có thể điều khiển được các phản
ứng hoá học hay các phản ứng hoá lý.
2.1.2ẵ Phương pháp Micelle đảo.
Chúng tôi đã sử dụng phương pháp micelle đảo (reverse micelle) để
chế tạo ra các chấm lượng tử, được gọi là lõi (core), sau đó sẽ chế tạo một lớp
vỏ (shell) để bọc các chấm lượng tử này lại, nhằm bảo vệ các phát xạ liên
quan đến các dịch chuyển nội tại của lõi chấm lượng tửẽ
Phương pháp micelle chính là phương pháp trộn hai pha chất lỏng, ví
dụ là pha chất hữu cơ (lượng ít) vào pha chứa nước (hoặc chất vơ cơ hồ tan
được trong nước) với lượng thể tích lớn hơn. Sau khi trộn hai pha lỏng khơng
thể hồ tan lẫn vào nhau được này, ta sẽ có trạng thái các hạt trịn pha hữu cơ
lơ lửng trong pha nước, kích thước nanơ của hạt pha hữu cơ phụ thuộc vào tỷ
lệ thể tích của chúng. Khi này ta có các hạt cầu pha hữu cơ được bao bọc bởi
mơi trường nước xung quanh. Khi tình huống ngược lại, tức là các hạt cần
pha nước được bao bọc bởi pha hữu cơ, ta có các hạt micelle đảo. Thể tích
của các hạt này cũng phụ thuộc vào tỷ lệ thể tích pha trộn giữa hai pha lỏng.

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng các micelle đảo.
2.2. C ác p h ư on g pháp đo thực nghiệm
2.2.1ẳQuang phổ hấp thụ và phổ truyền qua [2]
Cơ sở của quang phổ hấp thụ là định luật Lambert-beer. Khi chùm sáng
cường độ lo truyền tới một môi trường độ dày 1 , do ánh sáng bị hấp thụ một
phần , cường độ ánh sáng lối ra còn lại là I. Nếu cường độ ánh sáng tới không

M ai Thị Đào- Lớp CNLý K2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐH TN

22