I. Tổng quan về vật liệu bán dẫn Ge và Si
Phần này trình bày tổng quan về vật liệu bán dẫn Ge và Si, bao gồm cấu trúc vùng năng lượng và quá trình tái hợp phát xạ của các hạt tải điện. Vật liệu bán dẫn Ge và Si có cấu trúc tương đồng, với 4 điện tử hóa trị ở lớp ngoài cùng, tạo điều kiện thuận lợi cho sự lai hóa giữa hai nguyên tố này. Vật liệu SiO2 được sử dụng làm nền để tạo ra nano tinh thể hợp kim SiGe, mang lại nhiều tính chất vật lý đặc biệt.
1.1. Cấu trúc vùng năng lượng vật liệu bán dẫn
Cấu trúc vùng năng lượng của vật liệu bán dẫn Ge và Si được phân tích chi tiết, bao gồm vùng hóa trị và vùng dẫn. Sự chuyển mức năng lượng giữa các vùng này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất điện tử và quang học của vật liệu. Vật liệu bán dẫn Ge có độ rộng vùng cấm nhỏ hơn so với Si, tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng trong các thiết bị quang điện tử.
1.2. Quá trình tái hợp bức xạ trong vật liệu bán dẫn
Quá trình tái hợp bức xạ trong vật liệu bán dẫn được mô tả thông qua các mô hình tái hợp chuyển mức vùng và tái hợp exciton. Sự tái hợp này ảnh hưởng đến hiệu suất phát quang của vật liệu, đặc biệt là trong nano tinh thể hợp kim SiGe. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, sự tái hợp bức xạ có thể được điều khiển thông qua việc thay đổi thành phần Ge trong hợp kim.
II. Phương pháp chế tạo và nghiên cứu vật liệu
Phần này tập trung vào các phương pháp chế tạo vật liệu nano và nghiên cứu tính chất của nano tinh thể hợp kim SiGe. Phương pháp đồng phún xạ catốt được sử dụng để tạo ra màng mỏng hợp kim SiGe trên nền SiO2. Các phương pháp phân tích như nhiễu xạ tia X, phổ hấp thụ quang học, và phổ tán xạ Raman được áp dụng để nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu.
2.1. Phương pháp đồng phún xạ catốt
Phương pháp đồng phún xạ catốt là kỹ thuật chính để chế tạo màng mỏng hợp kim SiGe trên nền SiO2. Quá trình này bao gồm việc phún xạ đồng thời các nguyên tố Si và Ge lên bề mặt SiO2, tạo ra các nano tinh thể có kích thước và thành phần đồng đều. Phương pháp này cho phép kiểm soát chính xác thành phần và cấu trúc của vật liệu.
2.2. Phương pháp nghiên cứu tính chất vật liệu
Các phương pháp như nhiễu xạ tia X, phổ hấp thụ quang học, và phổ tán xạ Raman được sử dụng để phân tích cấu trúc và tính chất của nano tinh thể hợp kim SiGe. Nhiễu xạ tia X giúp xác định cấu trúc tinh thể, trong khi phổ hấp thụ quang học và phổ tán xạ Raman cung cấp thông tin về tính chất quang học và điện tử của vật liệu.
III. Tính chất vật lý và ứng dụng của nano tinh thể hợp kim SiGe
Phần này phân tích các tính chất vật lý của nano tinh thể hợp kim SiGe, bao gồm cấu trúc tinh thể, tính chất điện tử, và quá trình phát xạ huỳnh quang. Nano tinh thể hợp kim SiGe trên nền SiO2 có nhiều ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực quang điện tử và pin mặt trời, nhờ vào khả năng điều chỉnh độ rộng vùng cấm và hiệu suất phát quang cao.
3.1. Cấu trúc tinh thể hợp kim SiGe
Cấu trúc tinh thể của nano tinh thể hợp kim SiGe được nghiên cứu thông qua nhiễu xạ tia X và hiển vi điện tử truyền qua. Kết quả cho thấy, cấu trúc tinh thể của hợp kim SiGe phụ thuộc vào thành phần Ge và nhiệt độ ủ. Sự thay đổi cấu trúc này ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất điện tử và quang học của vật liệu.
3.2. Ứng dụng trong quang điện tử
Nano tinh thể hợp kim SiGe có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực quang điện tử, đặc biệt là trong việc chế tạo pin mặt trời hiệu suất cao. Khả năng điều chỉnh độ rộng vùng cấm và hiệu suất phát quang của vật liệu này giúp tăng hiệu suất chuyển đổi quang điện, mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong công nghệ năng lượng tái tạo.
