Luận án về tính chất quang của cấu trúc một chiều ZnS chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt

• Tác giả: Nguyễn Văn Nghĩa
• Người hướng dẫn: Tiến Sĩ Nguyễn Duy Hùng
• Trường học: Đại học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Tính Chất Quang Của Cấu Trúc Một Chiều ZnS Chế Tạo Bằng Phương Pháp Bốc Bay Nhiệt
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC THẤP CHIỀU ZnS
• 1.1. Giới thiệu chung về vật liệu ZnS
• 1.2. Các phương pháp chế tạo cấu trúc thấp chiều ZnS
• 1.2.1. Các phương pháp hóa học
• 1.2.2. Các phương pháp vật lý
• 1.3. Cơ chế mọc của các cấu trúc thấp chiều chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt
• 1.4. Tính chất quang của các cấu trúc thấp chiều ZnS
• 1.4.1. Phát xạ vùng - vùng của các cấu trúc thấp chiều ZnS
• 1.4.2. Các phát xạ trong vùng nhìn thấy của các cấu trúc thấp chiều ZnS
• 1.4.3. Tính chất quang của các cấu trúc nano lai hóa giữa ZnS với ZnO
• 1.4.4. Tính chất quang của các cấu trúc thấp chiều ZnS pha tạp kim loại chuyển tiếp
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU
• 2.1. Phương pháp bốc bay nhiệt
• 2.2. Phương pháp đo phổ huỳnh quang (PL) và phổ kích thích huỳnh quang (PLE)
• 2.3. Phương pháp đo giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.4. Phương pháp đo phổ tán xạ Raman
• 2.5. Phương pháp chụp ảnh nhờ kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.6. Phương pháp chụp ảnh nhờ kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 2.7. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS)
• 2.8. Phổ quang điện tử tia X (XPS)
• 2.9. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN CHẾ TẠO LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA CẤU TRÚC THẤP CHIỀU ZnS
• 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp SiO2 trên đế silic lên hình thái, thành phần, cấu trúc và tính chất huỳnh quang của ZnS
• 3.2. Các thông số thí nghiệm
• 3.3. Hình thái và thành phần của các cấu trúc ZnS chế tạo trên đế Si và đế Si/SiO2
• 3.4. Nghiên cứu pha của các đai micro mọc trên các đế Si và Si/SiO2
• 3.5. Tính chất quang của các đai ZnS chế tạo trên các đế Si và Si/SiO2
• 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ đế và khoảng cách bốc bay lên hình thái, cấu trúc và tính chất quang của cấu trúc thấp chiều ZnS
• 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ bốc bay tại một vị trí đặt đế lên tính chất huỳnh quang của các cấu trúc ZnS
• 3.8. Ảnh hưởng của thời gian bốc bay lên tính chất huỳnh quang của các cấu trúc ZnS
• 3.9. Khảo sát các cấu trúc dạng đai và dây ZnS cho phát xạ mạnh do chuyển mức vùng- vùng
• 3.10. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU SỰ TĂNG CƯỜNG HUỲNH QUANG VÀ PHÁT XẠ LAZE CỦA CẤU TRÚC LAI HÓA ZnS-ZnO
• 4.1. Các thông số thí nghiệm
• 4.2. Pha của các đai ZnS-ZnO chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt
• 4.3. Hình thái và thành phần của các đai ZnS - ZnO
• 4.4. Liên kết giữa các nguyên tố trong các đai ZnS-ZnO
• 4.5. Tính chất quang của các đai micro ZnS-ZnO
• 4.6. Kết luận chương 4
• 5. CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ION Mn2+ VÀ Cu2+ LÊN CÁC PHÁT QUANG DO SAI HỎNG TRONG MẠNG NỀN ZnS
• 5.1. Các thông số thí nghiệm
• 5.2. Hình thái và thành phần của các cấu trúc ZnS:Mn và ZnS:Cu
• 5.3. Pha và thành phần của các đai micro ZnS không pha tạp và pha tạp Mn và Cu
• 5.4. Ảnh hưởng của Mn2+ và Cu2+ lên tính chất quang của các đai micro ZnS
• 5.5. Kết luận chương 5
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

I. Giới thiệu về vật liệu ZnS

Vật liệu ZnS là một trong những bán dẫn quan trọng với tính chất quang đặc biệt. ZnS có độ rộng vùng cấm lớn, khoảng 3,77 eV ở nhiệt độ phòng, cho phép nó phát quang hiệu quả. Các cấu trúc một chiều ZnS được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt đã cho thấy nhiều tiềm năng trong ứng dụng quang điện tử. Việc nghiên cứu tính chất quang của ZnS không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cơ chế phát quang mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong lĩnh vực quang học và điện tử. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng tính chất quang của ZnS phụ thuộc mạnh vào hình thái và cấu trúc của nó, điều này có thể được điều chỉnh thông qua các điều kiện chế tạo khác nhau.

II. Phương pháp chế tạo cấu trúc một chiều ZnS

Phương pháp bốc bay nhiệt được sử dụng để chế tạo các cấu trúc một chiều ZnS. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt các điều kiện chế tạo, từ đó tạo ra các cấu trúc với hình thái và tính chất mong muốn. Các mẫu ZnS được lắng đọng trên các đế Si có hoặc không có lớp SiO2. Nghiên cứu cho thấy lớp SiO2 có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất quang của cấu trúc ZnS. Việc điều chỉnh các thông số như nhiệt độ bốc bay và thời gian bốc bay cũng ảnh hưởng đến tính chất quang của vật liệu. Các kết quả cho thấy rằng việc tối ưu hóa các điều kiện chế tạo có thể dẫn đến sự cải thiện đáng kể trong hiệu suất phát quang của ZnS.

III. Tính chất quang của cấu trúc một chiều ZnS

Các cấu trúc một chiều ZnS chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt đã cho thấy tính chất quang vượt trội. Phát quang do chuyển tiếp vùng-vùng được quan sát thấy rõ ràng trong các mẫu ZnS. Nghiên cứu cho thấy rằng các phát quang này có thể được tăng cường thông qua việc pha tạp các ion kim loại chuyển tiếp như Mn và Cu. Các ion này không chỉ cải thiện tính chất quang mà còn tạo ra các tâm phát quang mới trong mạng nền ZnS. Điều này mở ra khả năng ứng dụng trong các thiết bị quang điện tử, nơi mà tính chất quang mạnh mẽ là rất cần thiết.

IV. Ứng dụng của ZnS trong công nghệ nano

ZnS có tiềm năng lớn trong các ứng dụng công nghệ nano, đặc biệt là trong lĩnh vực quang điện tử. Các cấu trúc một chiều ZnS có thể được sử dụng trong các thiết bị như LED, cảm biến quang, và laser. Tính chất quang của ZnS cho phép nó hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng này. Việc nghiên cứu và phát triển các cấu trúc ZnS không chỉ giúp cải thiện hiệu suất của các thiết bị hiện tại mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong tương lai. Sự kết hợp giữa ZnS và các vật liệu khác như ZnO cũng hứa hẹn sẽ tạo ra các sản phẩm mới với tính chất quang cải tiến.

V. Kết luận và triển vọng nghiên cứu

Nghiên cứu về tính chất quang của cấu trúc một chiều ZnS chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt đã chỉ ra nhiều kết quả khả quan. Các cấu trúc này không chỉ có tính chất quang tốt mà còn có khả năng ứng dụng rộng rãi trong công nghệ hiện đại. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp chế tạo mới sẽ giúp tối ưu hóa tính chất quang của ZnS, từ đó mở rộng khả năng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực như quang điện tử và cảm biến. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc hiểu rõ hơn về cơ chế phát quang và cách điều chỉnh các điều kiện chế tạo để đạt được các tính chất mong muốn.