Luận văn thạc sĩ tính chất quang nano tinh thể CdTe/CdSe/CdS - ĐH Thái Nguyên

Nghiên cứu tính chất quang của nano tinh thể loại I, II lõi vỏ CdTe, CdSe, CdS trong luận văn thạc sĩ, khám phá ứng dụng tiềm năng.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thảo
• Người hướng dẫn: Ts Nguyễn Xuân Ca
• Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Quang học
• Đề tài: Chế tạo, nghiên cứu tính chất quang của các nano tinh thể loại I- loại II lõi/vỏ/vỏ CdTe/CdSe/CdS
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.2. Phương pháp nghiên cứu
• 0.3. Nội dung nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC NANO TINH THỂ BÁN DẪN LÕI/VỎ VÀ LÕI/VỎ/VỎ LOẠI-II
• 1.1. Cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn
• 1.2. Các dịch chuyển quang trong nano tinh thể bán dẫn
• 1.3. Công nghệ chế tạo của nano tinh thể bán dẫn
• 1.4. Chế tạo các nano tinh thể lõi/vỏ loại II
• 1.4.1. Lựa chọn vật liệu
• 1.5. Ảnh hưởng của kích thước lõi và độ dày lớp vỏ đến chế độ phân bố hạt tải
• 1.6. Chế tạo các nano tinh thể lõi/vỏ loại II
• 1.7. Hiệu suất lượng tử của các nano tinh thể lõi/vỏ loại II
• 1.8. Chế tạo các nano tinh thể lõi/vỏ/vỏ
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Chế tạo các NC CdTe và CdTe/CdSe cấu trúc lõi/vỏ bằng phương pháp hóa ướt
• 2.2. Hóa chất dùng trong thí nghiệm
• 2.3. Tiến hành thí nghiệm
• 2.4. Các phép đo thực nghiệm
• 2.4.1. Nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction - XRD)
• 2.4.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.4.3. Phổ hấp thụ quang học
• 2.4.4. Phổ huỳnh quang
• 2.4.5. Phổ tán xạ micro - Raman
• 2.4.6. Phép đo thời gian sống huỳnh quang (huỳnh quang phân giải thời gian)
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Chế tạo các nano tinh thể lõi CdTe, lõi/vỏ loại-I CdTe/CdSe và lõi/vỏ/vỏ loại-I/loại-II CdTe/CdSe/CdS
• 3.2. Chế tạo các nano tinh thể lõi CdTe
• 3.3. Chế tạo các NC lõi/vỏ loại II CdTe/CdSe và lõi/vỏ/vỏ loại II/loại I CdTe/CdSe/CdS
• 3.4. Tính chất quang của các NC lõi/vỏ loại II CdTe/CdSe
• 3.4.1. Tính chất hấp thụ và quang huỳnh quang
• 3.4.2. Thời gian sống huỳnh quang
• 3.4.3. Năng lượng chuyển điện tích cảm ứng trong các NC CdTe/CdSe dạng cầu
• 3.5. Ảnh hưởng của chiều dày lớp vỏ CdS đến hiệu suất lượng tử của các nano tinh thể lõi/vỏ/vỏ loại II/loại I CdTe/CdSe/CdS
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tính chất quang của nano tinh thể lõi vỏ CdTe CdSe CdS

Nghiên cứu về tính chất quang của nano tinh thể (NC) lõi/vỏ như CdTe, CdSe, và CdS đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực vật liệu nano. Các NC này có khả năng phát xạ ánh sáng với bước sóng khác nhau, nhờ vào cấu trúc lõi/vỏ độc đáo của chúng. Sự tách biệt giữa điện tử và lỗ trống trong các NC loại II cho phép điều chỉnh các tính chất quang học, mở ra nhiều ứng dụng trong quang điện và laser. Việc hiểu rõ về tính chất quang học của các NC này là rất quan trọng để phát triển các ứng dụng công nghệ cao.

1.1. Đặc điểm cấu trúc của nano tinh thể lõi vỏ

Cấu trúc của các NC lõi/vỏ như CdTe/CdSe và CdTe/CdS cho phép tách biệt điện tử và lỗ trống, tạo ra các tính chất quang độc đáo. Sự sắp xếp này giúp tối ưu hóa hiệu suất phát xạ và khả năng hấp thụ ánh sáng.

1.2. Tính chất quang học của nano tinh thể CdTe CdSe CdS

Các NC CdTe, CdSe, và CdS có tính chất quang học đặc biệt, bao gồm khả năng phát xạ huỳnh quang mạnh mẽ và thời gian sống huỳnh quang dài. Những tính chất này làm cho chúng trở thành ứng cử viên lý tưởng cho các ứng dụng trong lĩnh vực quang học và điện tử.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu nano tinh thể lõi vỏ

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nhưng việc nghiên cứu và chế tạo nano tinh thể lõi/vỏ vẫn gặp phải nhiều thách thức. Một trong những vấn đề chính là hiệu suất lượng tử thấp do sự tách biệt không hoàn hảo giữa lõi và vỏ. Ngoài ra, các sai hỏng và bẫy hạt tải trên bề mặt cũng ảnh hưởng đến tính chất quang học của các NC này. Việc tìm ra giải pháp để cải thiện hiệu suất và độ bền quang của các NC là rất cần thiết.

2.1. Hiệu suất lượng tử thấp của nano tinh thể

Hiệu suất lượng tử (QY) của các NC CdTe/CdSe thường thấp do sự tách biệt không hoàn hảo giữa lõi và vỏ. Điều này dẫn đến sự tái hợp của các hạt tải, làm giảm hiệu suất phát xạ.

2.2. Sai hỏng và bẫy hạt tải trên bề mặt

Các sai hỏng và bẫy hạt tải trên bề mặt của lớp vỏ CdSe có thể gây ra sự giảm sút trong tính chất quang học của các NC. Việc nghiên cứu và khắc phục những vấn đề này là rất quan trọng để nâng cao hiệu suất của các NC.

III. Phương pháp chế tạo nano tinh thể lõi vỏ hiệu quả

Để chế tạo các nano tinh thể lõi/vỏ hiệu quả, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Phương pháp hóa ướt là một trong những phương pháp phổ biến nhất, cho phép kiểm soát kích thước và hình dạng của các NC. Việc lựa chọn vật liệu và điều kiện phản ứng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất quang của các NC.

3.1. Phương pháp hóa ướt trong chế tạo nano tinh thể

Phương pháp hóa ướt cho phép tổng hợp các NC với kích thước và hình dạng có thể điều chỉnh. Điều này giúp tối ưu hóa các tính chất quang học của các NC lõi/vỏ.

3.2. Lựa chọn vật liệu cho nano tinh thể lõi vỏ

Việc lựa chọn vật liệu lõi và vỏ là rất quan trọng để tạo ra cấu trúc vùng năng lượng phù hợp. Các tổ hợp như CdTe/CdSe và CdTe/CdS đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu suất quang học.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nano tinh thể lõi vỏ trong công nghệ

Các nano tinh thể lõi/vỏ như CdTe, CdSe, và CdS đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghệ. Chúng có thể được sử dụng trong các thiết bị quang điện, cảm biến, và laser. Việc cải thiện tính chất quang học của các NC này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong nghiên cứu và phát triển công nghệ.

4.1. Ứng dụng trong lĩnh vực quang điện

Các NC lõi/vỏ có khả năng phát xạ ánh sáng mạnh mẽ, làm cho chúng trở thành ứng cử viên lý tưởng cho các ứng dụng trong lĩnh vực quang điện, như pin mặt trời và cảm biến ánh sáng.

4.2. Ứng dụng trong công nghệ laser

Với khả năng phát xạ ở bước sóng hồng ngoại, các NC lõi/vỏ có thể được sử dụng trong các thiết bị laser, mở ra nhiều ứng dụng trong y học và công nghiệp.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu nano tinh thể lõi vỏ

Nghiên cứu về tính chất quang của nano tinh thể lõi/vỏ CdTe, CdSe, và CdS đang trên đà phát triển mạnh mẽ. Những thách thức hiện tại như hiệu suất lượng tử thấp và các sai hỏng bề mặt cần được giải quyết để tối ưu hóa các ứng dụng thực tiễn. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều đột phá trong công nghệ vật liệu nano.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực nano tinh thể

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện hiệu suất lượng tử và độ bền quang của các NC lõi/vỏ. Việc phát triển các phương pháp chế tạo mới cũng sẽ là một hướng đi quan trọng.

5.2. Tiềm năng ứng dụng trong tương lai

Với những cải tiến trong tính chất quang học, các NC lõi/vỏ có thể mở ra nhiều cơ hội mới trong các lĩnh vực như quang điện, cảm biến, và công nghệ laser, góp phần vào sự phát triển bền vững của công nghệ.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nghiên cứu công nghệ nano bán dẫn đang tạo ra những bước đột phá mạnh mẽ trong lĩnh vực quang điện tử với hơn 10.000 công bố khoa học chuyên ngành mỗi năm. Trong số các cấu trúc chấm lượng tử, nano tinh thể bán dẫn loại II thu hút sự chú ý đặc biệt nhờ khả năng phân tách không gian giữa điện tử và lỗ trống tại bề mặt tiếp giáp dị thể. Tuy nhiên, rào cản kỹ thuật lớn nhất của hệ vật liệu này là hiệu suất lượng tử huỳnh quang thường ở mức thấp, dao động dưới 20% do tồn tại các bẫy tái hợp không bức xạ và sai hỏng mạng tinh thể.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Quang học với đề tài nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của cấu trúc nano tinh thể loại I - loại II dạng lõi/vỏ/vỏ CdTe/CdSe/CdS giải quyết triệt để vấn đề nâng cao hiệu suất phát quang và mở rộng dải phổ phát xạ. Mục tiêu cụ thể của công trình là tổng hợp thành công lõi CdTe đồng đều kích thước, bọc lớp vỏ CdSe loại II với số lớp đơn thay đổi từ 1 đến 5 đơn lớp, và phủ lớp vỏ ngoài cùng CdS nhằm thụ động hóa bề mặt.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm toàn diện trong giai đoạn năm 2019 tại Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên phối hợp cùng các phòng thí nghiệm chuyên sâu tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Kết quả đã chế tạo thành công hệ hạt có kích thước kiểm soát từ 4,0 nm đến 8,2 nm, điều chỉnh bước sóng phát quang dịch chuyển linh hoạt từ 630 nm lên đến 783 nm, đồng thời duy trì hiệu suất phát quang đạt đỉnh 31,7% tại cấu trúc bọc 2 đơn lớp vỏ. Công trình mang ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc tối ưu hóa vật liệu chế tạo pin mặt trời lượng tử và linh kiện laser ngưỡng thấp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết giam giữ lượng tử nhằm giải thích sự biến đổi cấu trúc vùng năng lượng khi kích thước hạt nhỏ hơn bán kính Bohr exciton, đạt giá trị 7,3 nm đối với CdTe và 5,6 nm đối với CdSe. Mô hình phân chia cấu trúc vùng năng lượng loại II dạng so le được áp dụng để làm rõ cơ chế định xứ của lỗ trống trong lõi CdTe và điện tử trong lớp vỏ CdSe, tạo ra dịch chuyển tái hợp gián tiếp với năng lượng nhỏ hơn độ rộng vùng cấm của từng vật liệu thành phần.

Bên cạnh đó, động học phát triển tinh thể được giải thích thông qua mô hình tạo mầm bùng nổ của LaMer kết hợp cơ chế chín Ostwald, cho phép tách biệt pha tạo mầm tức thời và pha phát triển hạt. Hệ khái niệm cốt lõi trong luận văn bao gồm: cấu trúc mạng lập phương zinc-blende, tích phân che phủ hàm sóng điện tử - lỗ trống, mode dao động phonon quang dọc và hiệu suất lượng tử quang huỳnh quang.

Phương pháp nghiên cứu

Thực nghiệm sử dụng phương pháp hóa ướt nhiệt độ cao thân thiện và kinh tế, sử dụng dung môi không phối trí octadecene cùng acid oleic làm chất hoạt động bề mặt. Mẫu nghiên cứu gồm 12 mẻ tổng hợp lõi CdTe theo thời gian phản ứng từ 1 đến 120 phút tại nhiệt độ 250 độ C với tỷ lệ mol Cd trên Te là 2:1, cùng 5 bộ mẫu bọc vỏ CdSe và CdS từ 1 đến 5 đơn lớp. Phương pháp chọn mẫu theo quy trình chuẩn hóa từng bước giúp kiểm soát chính xác bề dày từng lớp đơn vỏ ở quy mô dưới 1 nm.

Hệ thống phân tích thực nghiệm đa kênh được lựa chọn nhằm đối chiếu cấu trúc và tính chất quang:

• Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao xác định kích thước và hình thái hạt tựa cầu.
• Nhiễu xạ tia X kiểm tra pha tinh thể lập phương zinc-blende trên các mặt mạng {111}, {220}, và {311}.
• Quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến và quang huỳnh quang sử dụng nguồn laser kích thích bước sóng 355 nm để theo dõi sự dịch chuyển mức năng lượng.
• Quang phổ tán xạ Raman với nguồn kích thích 325 nm khảo sát tương tác phonon - exciton và ứng suất mạng.
• Phổ huỳnh quang phân giải thời gian theo kỹ thuật đếm đơn photon tương quan thời gian với nguồn kích thích 405 nm xác định thời gian sống phát quang.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình khảo sát thực nghiệm đã đem lại các phát hiện cốt lõi với thông số định lượng rõ ràng:

• Quá trình phát triển lõi CdTe chia làm 2 giai đoạn rõ rệt: trong 60 phút đầu tiên, đỉnh huỳnh quang dịch nhanh về phía bước sóng dài và độ rộng bán phổ tăng chậm đạt 42 nm; sau 60 phút, độ rộng bán phổ giãn rộng mạnh do sự phân kỳ kích thước hạt. Mẫu CdTe tối ưu tại thời gian phản ứng 5 phút có kích thước 4,0 nm, phát xạ tại bước sóng 630 nm với độ rộng bán phổ hẹp 27 nm và hiệu suất lượng tử đạt 38,7%.
• Sự hình thành lớp vỏ CdSe loại II tạo ra bước nhảy dịch đỏ mạnh mẽ từ bước sóng 630 nm lên 700 nm ở 1 đơn lớp và tiếp tục tăng tuyến tính đến 783 nm ở 5 đơn lớp, tương ứng mức độ dịch chuyển bước sóng hơn 24% so với lõi ban đầu. Kích thước hạt CdTe/CdSe bọc 2 đơn lớp tăng lên mức 5,8 nm.
• Hiệu suất lượng tử của cấu trúc CdTe/CdSe đạt giá trị cực đại 31,7% tại độ dày vỏ 2 đơn lớp, cao hơn 23,8% so với mẫu 1 đơn lớp và cao hơn gấp 2,2 lần so với mẫu 5 đơn lớp có hiệu suất suy giảm còn 14,1%.
• Phổ hấp thụ xuất hiện đuôi hấp thụ đặc trưng tại vùng bước sóng dài khoảng 700 nm, minh chứng cho sự chuyển dời điện tích gián tiếp của exciton loại II qua bề mặt tiếp giáp dị thể.
• Khi bọc thêm 2 đơn lớp vỏ ngoài CdS, kích thước hạt đạt 8,2 nm, phổ huỳnh quang tiếp tục dịch đỏ thêm 14 nm, đồng thời phổ Raman ghi nhận đủ 3 đỉnh phonon quang dọc đặc trưng tại 160 cm⁻¹ đối với CdTe, 203 cm⁻¹ đối với CdSe và 300 cm⁻¹ đối với CdS.

Thảo luận kết quả

Sự suy giảm và biến thiên hiệu suất lượng tử theo chiều dày lớp vỏ CdSe phản ánh sự cạnh tranh giữa hai cơ chế vật lý: hiệu ứng thụ động hóa bề mặt và ứng suất mạng tinh thể. Ở mức 1 đến 2 đơn lớp vỏ, CdSe lấp đầy các liên kết treo trên bề mặt lõi CdTe, làm giảm phát xạ bẫy sâu tại bước sóng 825 nm. Tuy nhiên, khi tăng chiều dày vỏ lên 3 đến 5 đơn lớp, độ sai lệch hằng số mạng 2,7% giữa CdTe và CdSe tích tụ ứng suất đàn hồi, kích hoạt các sai hỏng mạng đóng vai trò tâm dập tắt huỳnh quang.

Dữ liệu thực nghiệm khi biểu diễn trên biểu đồ biến thiên thời gian sống huỳnh quang cho thấy sự gia tăng rõ rệt của thời gian suy giảm exciton khi bọc vỏ CdSe dày hơn. Kết quả làm khớp đường cong suy giảm huỳnh quang bằng hàm đa e mũ xác nhận sự tách rời không gian của hạt tải làm giảm tích phân che phủ hàm sóng, kéo dài thời gian sống quang học.

Việc bổ sung lớp vỏ ngoài cùng CdS có độ rộng vùng cấm 2,45 eV lớn hơn giúp tạo hàng rào thế năng ngăn chặn điện tử rò rỉ ra môi trường, giảm hiện tượng nhấp nháy quang học và nâng cao độ bền quang hóa của vật liệu trong môi trường phân tán dung dịch.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả chế tạo và khảo sát cấu trúc CdTe/CdSe/CdS, 4 khuyến nghị then chốt được đề xuất nhằm ứng dụng và hoàn thiện công nghệ:

• Chuẩn hóa quy trình bọc vỏ đơn lớp chính xác: Áp dụng phương pháp lắng đọng từng lớp ion liên tục nhằm kiểm soát nghiêm ngặt chiều dày vỏ CdSe cố định ở mức tối ưu 2 đơn lớp với sai số kích thước dưới 0,2 nm, ngăn ngừa hiện tượng phân kỳ kích thước hạt.
• Thiết kế lớp tiếp giáp gradient hợp kim: Triển khai kỹ thuật nuôi lớp chuyển tiếp CdSexS1-x giữa CdSe và CdS trong giai đoạn 2026-2027 nhằm giảm độ chênh lệch hằng số mạng từ mức 2,7% xuống dưới 1,0%, giúp triệt tiêu ứng suất cơ học tiếp mặt.
• Nâng cao hiệu suất lượng tử bằng biến tính ligand: Khuyến nghị các nhóm nghiên cứu phối trộn acid oleic với các phân tử hữu cơ dạng thiol mạch ngắn hoặc trioctylphosphine oxide, đặt mục tiêu nâng hiệu suất lượng tử huỳnh quang của hệ hạt lên trên 60% trong vòng 12 tháng tới.
• Thử nghiệm tích hợp vào thiết bị quang điện thực tế: Các kỹ sư công nghệ cần tiến hành phủ màng nano tinh thể CdTe/CdSe/CdS lên đế dẫn điện FTO/TiO2 để chế tạo thử nghiệm pin mặt trời chấm lượng tử, hướng tới mục tiêu tăng hiệu suất thu nhận photon vùng cận hồng ngoại lên thêm 15% vào giai đoạn 2027-2028.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình luận văn cung cấp hệ thống dữ liệu thực nghiệm và lý thuyết chuyên sâu, đặc biệt giá trị cho 4 nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Quang học, Vật lý chất rắn, Khoa học vật liệu: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết hoàn chỉnh về cơ chế giam giữ lượng tử loại II và kỹ thuật phân tích phổ đa phương pháp.
• Giảng viên và nhà nghiên cứu tại các trường đại học, viện nghiên cứu: Sử dụng làm tài liệu tham khảo trong thiết kế giáo trình chuyên đề vật liệu bán dẫn thấp chiều và quy trình thực nghiệm tổng hợp hóa ướt.
• Kỹ sư R&D trong ngành công nghiệp chế tạo pin mặt trời và cảm biến quang học: Khai thác quy trình chế tạo hạt nano có dải hấp thụ mở rộng đến 783 nm để tối ưu hóa hiệu suất hấp thụ quang phổ mặt trời.
• Chuyên viên phát triển linh kiện quang điện tử và màn hình hiển thị: Nắm bắt phương pháp cải thiện độ bền quang và xử lý bẫy bề mặt chấm lượng tử phục vụ chế tạo diode phát quang chấm lượng tử thế hệ mới.

Câu hỏi thường gặp

• Điểm khác biệt bản chất giữa nano tinh thể loại I và loại II là gì?
  Trong cấu trúc loại I, cả điện tử và lỗ trống cùng bị giam giữ bên trong lõi, dẫn đến xác suất tái hợp bức xạ cao. Ngược lại, cấu trúc loại II có các dải năng lượng dạng bậc thang, phân tách điện tử vào một vùng và lỗ trống vào vùng khác. Sự tách biệt này giúp kéo dài thời gian sống của hạt tải, rất phù hợp cho ứng dụng chuyển hóa năng lượng quang điện.

• Vì sao hiệu suất huỳnh quang của CdTe/CdSe đạt cao nhất ở 2 đơn lớp vỏ rồi giảm dần?
  Tại độ dày 2 đơn lớp, lớp vỏ CdSe vừa đủ để thụ động hóa các liên kết lỏng lẻo trên bề mặt lõi CdTe mà chưa gây biến dạng mạng lớn, đạt hiệu suất 31,7%. Khi tăng lên 3 đến 5 đơn lớp, sai lệch mạng 2,7% tạo ra ứng suất cục bộ, hình thành các tâm sai hỏng dập tắt bức xạ, làm hiệu suất giảm xuống còn 14,1%.

• Dấu hiệu thực nghiệm nào khẳng định tính chất exciton gián tiếp loại II?
  Dấu hiệu rõ nhất là sự xuất hiện của đuôi hấp thụ kéo dài về phía bước sóng dài khoảng 700 nm trên phổ hấp thụ quang học. Đuôi này tương ứng với các chuyển dời điện tích gián tiếp giữa đỉnh vùng hóa trị của CdTe và đáy vùng dẫn của CdSe trong không gian thực, đi kèm hiện tượng dịch đỏ phát xạ tới 783 nm.

• Lớp vỏ ngoài cùng CdS đóng vai trò gì trong cấu trúc 3 lớp?
  Lớp vỏ CdS có độ rộng vùng cấm 2,45 eV đóng vai trò rào thế năng ngăn chặn sự rò rỉ điện tích ra môi trường ngoài. Lớp vỏ này bảo vệ cấu trúc hạt khỏi các tác nhân oxy hóa, làm giảm hiện tượng bạc màu huỳnh quang và tạo điều kiện ổn định tính chất phát xạ trong dung dịch keo.

• Phổ tán xạ Raman chứng minh điều gì về cấu trúc lõi vỏ?
  Phổ tán xạ Raman ghi nhận đồng thời 3 mode dao động phonon quang dọc 1LO tại 160 cm⁻¹ của CdTe, 203 cm⁻¹ của CdSe và 300 cm⁻¹ của CdS. Sự hiện diện sắc nét của cả 3 đỉnh dao động này là bằng chứng thực nghiệm vững chắc khẳng định sự tồn tại đồng thời của cả ba pha vật liệu trong cùng một cấu trúc hạt nano.

Kết luận

• Luận văn đã thiết lập thành công quy trình tổng hợp hóa ướt chế tạo nano tinh thể ba lớp CdTe/CdSe/CdS kiểm soát kích thước từ 4,0 nm đến 8,2 nm.
• Xác lập cơ chế dịch đỏ phổ phát xạ từ 630 nm lên 783 nm theo chiều dày lớp vỏ CdSe, minh chứng rõ nét cho đặc tính giam giữ lượng tử loại II.
• Tìm ra ngưỡng cấu trúc tối ưu với 2 đơn lớp vỏ CdSe đạt hiệu suất huỳnh quang cực đại 31,7% trước khi bị chi phối bởi ứng suất sai mạng tinh thể.
• Khẳng định vai trò bảo vệ bề mặt và tăng tính bền quang học của lớp vỏ ngoài CdS thông qua phổ tán xạ Raman và huỳnh quang.
• Mở ra triển vọng ứng dụng thực tế trong việc chế tạo pin mặt trời lượng tử và cảm biến quang hồng ngoại với lộ trình ứng dụng giai đoạn 2026-2028.

Quý độc giả, nhà nghiên cứu và kỹ sư quan tâm có thể khai thác chi tiết các quy trình thực nghiệm và bảng số liệu quang học chuyên sâu trong toàn văn luận văn để ứng dụng vào các dự án phát triển vật liệu bán dẫn tiên tiến.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC NANO TINH THỂBÁN DẪN LÕI/VỎ VÀ LÕI/VỎ/VỎ LOẠI-II 1.Cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn Các chuyển dời nội vùng giữa các mức lượng tử của vùng dẫn và vùng hóa trị parabol được giải thích đơn giản bằng các chuyển dời được phép giữa các mức năng lượng có cùng số lượng tử. Tuy nhiên vấn đề thực sự là không đơn giản như vậy.Đối với các bán dẫn nhóm II-VI, chẳng hạn như CdSe, CdS, CdTe … cấu trúc vùng năng lượng là khá phức tạp. Vùng dẫn được xác định bởi các quỹ đạo s của ion kim loại nhóm II, trong khi đó vũng hóa trị có cấu trúc phức tạp hơn, bắt nguồn từ quỹ đạo p của S, Se, Te hoặc các nguyên tố nhóm VI [44]. Vùng dẫn của các cấu trúc giả kẽm (zinc-blende) hoặc wurtzite có thể gần đúng là một parabol suy biến spin bậc 2 ở tâm vùng Brillouin (k = 0), trong khi vùng hóa trị suy biến bậc 6.1 trình bày các vùng của bán dẫn khối đối với hai loại cấu trúc tinh thể lập phương và lục giác.

Cấu trúc vùng của các chất bán dẫn có cấu trúc zinc-blendevà wurtzite [13]. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Vùng hoá trị suy biến bậc bốn với mô men góc tổng cộng J = 3/2 (mJ = ± 3/2; ± 1/2) và vùng hoá trị suy biến bậc hai với J = 1/2 (mJ = ±1/2) được tạo ra bởi sự kết hợp mômen góc orbital l = 1 và mômen góc spin s = 1/2. Sự tách năng lượng của hai trạng thái này với J = 3/2 và J = 1/2 tại k = 0 (điểm  của vùng Brillouin) là do tương tác spin-orbital. Ba vùng con được định nghĩa là vùng lỗ trống nặng (HH), lỗ trống nhẹ (LH) và vùng spin orbital (SO) tách ra.

Trường hợp của bán dẫn có cấu trúc lục giác, suy biến của các vùng con LH và HH ở k = 0 bị nâng lên do bởi trường tinh thể và sự bất đối xứng của cấu trúc mạng tinh thể [44]. Các dịch chuyển quang trong nano tinh thể bán dẫn. Tính chất quang của các NC xuất hiện từ các chuyển dời quang học được phép giữa các mức năng lượng lượng tử hóa của điện tử và lổ trống được (Hình 1.Các chuyển dời quang học giữa các mức năng lượng lượng tử hóa của điện tử và lổ trống trong NC bán dẫn [14]. Các trạng thái điện tử được đánh dấu bằng các kí tự để biểu thị các lượng tử momen góc l, kí tự S (l=0); P (l=1); D (l=2).

Các trạng thái của điện tử có 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] suy biến bậc 2(2l+1), ba trạng thái thấp nhất của điện tử là 1S, 1P và 1D. Ba trạng thái đầu tiên của lổ trống là 1S3/2, 1P3/2 và 2S3/2. Chỉ số dưới biểu thị lượng tử mômen góc toàn phần F, F = Lh+J trong đó Lh là mô men góc của hàm bao và J là mô men góc của hàm Bloch của lổ trống. Các trạng thái của lỗ trống suy biến bậc (2F+1).

Năng lượng của các chuyển dời quang học có thể được xác định từ phổ hấp thụ hoặc phổ kích thích huỳnh quang (PLE) [15, 44]. Công nghệ chế tạo của nano tinh thể bán dẫn. Các phương pháp chế tạo các nano tinh thể (NC) có thể chia thành hai hướng: (i) Tiếp cận từ trên xuống (top-down), ứng dụng các phương pháp vật lý, thực hiện bằng cách nghiền các tinh thể khối thành các tinh thể có kích thước nano, (ii) tiếp cận từ dưới lên (bottom up) sử dụng các phương pháp hóa học.