Chế tạo, nghiên cứu cấu trúc, tính chất quang và truy ền năng lượng của chấm lượng tử bán dẫn cd1 xdyxs

Trang 1 LÔ THỊ HỒNG CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT QUANG VÀ TRUYỀN NĂNG LƯỢNG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ BÁN DẪN Cd1-xDyxS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Trang 2 LÔ THỊ HỒNG CHẾ TẠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Người hướng dẫn khoa học:

1 TS Phạm Minh Tân

2 TS Nguyễn Văn Khiển

THÁI NGUYÊN - 2023

LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS Phạm Minh Tân và TS Nguyễn Văn Khiển, những người Thầy trực tiếp hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện

cho tôi trong quá trình học tập hoàn thiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện Khoa học và Công nghệ, Phòng Đào tạo, trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và thực hiện luận văn

Cuối cùng, tôi xin gửi lời biết ơn Ban Giám hiệu Trường THPT Quảng Uyên, Cao Bằng, đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã tạo điều kiện, động viên giúp đỡ để tôi hoàn thành khóa học thạc sĩ

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 02 tháng 10 năm 2023

Học viên

Lô Thị Hồng

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Phạm vi nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Đối tượng nghiên cứu 3

6 Nội dung nghiên cứu 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM VÀ CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ BÁN DẪN 4

1.1 Tổng quan về các nguyên tố đất hiếm 4

1.1.1 Giới thiệu sơ lược về các nguyên tố đất hiếm 4

1.1.2 Đặc điểm quang phổ của các ion đất hiếm hóa trị ba 5

1.1.3 Các mức năng lượng trong ion RE 3+ 6

1.1.4 Đặc điểm quang phổ của ion Dy 3+ 7

1.2 Tính chất quang của các chấm lượng tử bán dẫn pha tạp các ion đất hiếm 8

1.2.1 Cấu trúc electron và tính chất cơ bản của các nguyên tố đất hiếm 8

1.2.2 Giới thiệu về các chấm lượng tử bán dẫn 11

1.2.3 Cấu trúc vùng năng lượng của các chấm lượng tử bán dẫn 13

1.2.4 Các dịch chuyển quang học trong các chấm lượng tử bán dẫn 14

1.2.5 Công nghệ chế tạo các chấm lượng tử bán dẫn 15

1.2.6 Giới thiệu về chấm lượng tử bán dẫn pha tạp đất hiếm 19

1.2.7 Khảo sát quá trình truyền năng lượng trong vật liệu phát quang 20

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 22

2.1 Chế tạo các chấm lượng tử bán dẫn Cd 1-x Dy x S 22

2.2 Các phương pháp khảo sát đặc trưng của vật liệu 23

2.2.1 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 23

2.2.2 Nhiễu xạ tia X 24

2.2.3 Phương pháp phổ quang huỳnh quang và kích thích huỳnh quang 26

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Phân tích cấu trúc, hình thái và thành phần 29

3.2 Tính chất quang của các chấm lượng tử Cd 1-x Dy x S 33

3.2.1 Phổ hấp thụ 33

3.2.2 Phổ kích thích của các QD Cd 1-x Dy x S 36

3.2.3 Phổ quang phát quang của các QD Cd 1-x Dy x S 37

3.2.4 Truyền năng lượng trong các QD Cd 1-x Dy x S 39

KẾT LUẬN 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

ET Hiệu suất truyền năng lượng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Cấu hình của điện tử và các đặc trưng lượng tử của các ion đất hiếm 4

Bảng 3.2: Nồng độ nguyên tử và khối lượng của Cd, S và Dy trong một số mẫu

điển hình 33

hiệu suất lượng tử (η), tham số truyền năng lượng (Q), khoảng cách tới

DANH MỤC CÁC HÌNH

của trường tinh thể [15] 7

Hình 1.2 Một số tính chất và thông số vật lý của Dy [28] 8

Hình 1.3 Mối quan hệ giữa mật độ trạng thái vào năng lượng của các loại vật liệu [20] 12

Hình 1.4 Sơ đồ biểu diễn các vùng năng lượng từ các quỹ đạo nguyên tử Khi khoảng cách giữa các mức năng lượng giảm đi thì số nguyên tử tăng lên [20] 12

Hình 1.5 Cấu trúc vùng năng lượng của các chất bán dẫn có cấu trúc tinh thể kiểu zinc-blende và wurtzite [21] 14

Hình 1.6 Các chuyển dời quang học được phép giữa các mức năng lượng đã bị lượng tử hóa của điện tử và lỗ trống trong các QD bán dẫn [21] 15

Hình 1.7 Sự thay đổi của độ quá bão hòa như một hàm của thời gian [26] 16

Hình 1.8 Đồ thị sự phụ thuộc của  G vào kích thước của hạt [26] 18

Hình 1.9 (A) Ảnh mô tả giai đoạn hình thành mầm và giai đoạn phát triển cho việc chế tạo các NC phân bố kích thước hẹp trong khuôn khổ của mô hình La Mer (B) Bộ dụng cụ tổng hợp đơn giản được sử dụng trongviệc chế tạo mẫu NC phân bố kích thước hẹp [26] 18

Hình 1.10 Sự phụ thuộc của tốc độ phát triển hạt theo tỉ số r/r* 19

Hình 2.1 Sơ đồ chế tạo các nano tinh thể CdS và CdS pha tạp Dy 23

Hình 2.2 (a) Sơ đồ của TEM, (b) Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM 1010 đặt tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương 23

Hình 2.3 Minh họa về mặt hình học của định luật nhiễu xạ Bragg 25

Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động của máy quang phổ UV-Vis hai chùm tia 27

Hình 2.5 Máy đo phổ hấp thụ UV–Vis V770 của hãng Jasco (Nhật Bản) 28

Hình 3.1 Phổ XRD của các chấm lượng tử Cd 1-x Dy x S (x= 0-0,04) (cấu trúc WZ – thẻ JCPDS 41-1049) 31

Hình 3.2 Ảnh TEM của các chấm lượng tử: (a) CdS, (b) Cd 0,99 Dy 0,01 S, (c) Cd 0,96 Dy 0,04 S 31

Hình 3.3 Phổ EDX của các chấm lượng tử: (a) CdS, (b) Cd 0,99 Dy 0,01 S, (c)

Cd 0,96 Dy 0,04 S 32

lượng từ mạng nền CdS sang ion Dy 3+ 40

1-xDy x S 40

hình Inokuti-Hyrayama 43

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, vật liệu nano đóng góp rất nhiều ứng dụng trong khoa học cũng như trong đời sống, chúng được quan tâm rất nhiều trong nghiên cứu chế tạo của các nhà khoa học trong nước và trên trên thế giới Trong đó, vật liệu nano bán dẫn đang có một vị trí rất quan trọng, những vật liệu nano dựa trên hợp chất theo công thức AIIBVI được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn cả Những vật liệu nano bán dẫn loại này có phổ hấp thụ nằm trong vùng nhìn thấy và có một phần nằm trong vùng tử ngoại, độ đồng nhất về kích thước cao, chỉ sai lệch ~ 5 - 10%, chất lượng tinh thể rất tốt, hiệu suất phát xạ lớn (đạt tới từ 50 đến 80%), do vậy vật liệu nano bán dẫn rất thích hợp trong nhiều ứng dụng thực tế [1,2] Công nghệ nano là công nghệ chế tạo, khảo sát các tính chất quang, điện và từ của vật liệu có kích thước nano mét [1-3] Các vật liệu có kích thước nano thường được gọi

là nano tinh thể (NC) hoặc chấm lượng tử (QD), chúng có những tính chất vật

lý rất đặc biệt mà vật liệu khối cùng loại không có Các chấm lượng tử bán dẫn đã có nhiều ứng dụng nổi bật trong các lĩnh vực như: điện tử, quang học, công nghệ thông tin, năng lượng Các phương pháp đánh dấu nhằm phát hiện sớm các phân tử sinh học, chế tạo và dẫn thuốc hướng đích để điều trị bệnh đã phát triển mạnh mẽ, góp phần hình thành ngành sinh y học nano hiện đại Các

QD bán dẫn trở thành nền tảng phát triển các công nghệ và công cụ kiểu mới trong cả ba lĩnh vực chuẩn đoán, điều trị và nghiên cứu khoa học sự sống Các

QD bán dẫn phát quang đã có những ứng dụng nổi trội trong lĩnh vực chiếu sáng, các thiết bị LED và Q-LED [4-6]

Các QD bán dẫn có thể ứng dụng trong nhiều ngành kinh tế, kĩ thuật khác nhau, do chúng có hiệu suất phát quang cao, rất bền, phổ phát quang phụ thuộc mạnh vào kích thước và bề mặt vật liệu Một số vật liệu phát quang điển hình là các chấm lượng tử CdS, CdTe hay CdSe Tuy nhiên, do thành

phần vật liệu chứa các nguyên tố kim loại năng, có độc tính với con người và môi trường như Cd nên cũng bị hạn chế Hơn nữa thời gian sống phát quang của các chấm lượng tử trên thường rất ngắn (cỡ nano giây - ns) nên hạn chế đối với các ứng dụng trong đánh dấu sinh học [7, 8]

Để giải quyết những hạn chế nêu trên, các QD bán dẫn thường được pha trộn với các ion đất hiếm Các chấm lượng tử bán dẫn phát quang chứa ion đất hiếm (RE-QDs) được ứng dụng nhiều trong cả lĩnh vực y – sinh học và chiếu sáng Ưu điểm của RE-QDs là: thời gian sống phát quang của vật liệu rất dài (có thể đến hàng chục mili giây), độ dịch Stock lớn, độ rộng phổ hẹp, không độc với con người và môi trường (khi chúng được phủ bằng các lớp vỏ phù hợp hoặc khác nhau) rất thích hợp cho các ứng dụng trong y - sinh [9] Một số ứng dụng phổ biến như phương pháp đánh dấu huỳnh quang và các phương pháp trị liệu quang nhiệt dựa vào vật liệu RE-QDs Với những tiến bộ vượt bậc về phương pháp tổng hợp hóa học, các nhà khoa học đã tổng hợp được một số vật liệu nano RE-QDs có hiệu suất lượng tử rất cao, lên đến hơn 80% Mặt khác, một số nguyên tố đất hiếm phát quang mạnh, vạch hẹp trong vùng ánh sáng màu đỏ, rất thuận tiện trong các ứng dụng trong quang điện tử và y - sinh học [10, 11] Bên cạnh đó, khi thay đổi kích thước hạt hoặc thay đổi các loại tạp chất phù hợp, các vật liệu nano RE-QDs có thể phát xạ ở các màu sắc đặc trưng

và phát xạ cả ánh sáng trắng, rất tốt cho lĩnh vực chiếu sáng và một số ứng dụng trong nông nghiệp nhằm tăng năng suất cây trồng [12]

Tuy nhiên, các vấn đề về quy trình chế tạo và đặc tính quang của nano RE-QDs không phải đã được giải quyết trọn vẹn, các ảnh hưởng của điều kiện chế tạo vật liệu như: nhiệt độ phản ứng, tỷ lệ tiền chất, nồng độ ligand… đến chất lượng các RE-QDs, cũng như phân biệt chính xác phát xạ của ion đất hiếm khi ở trong hay ở ngoài mạng tinh thể còn nhiều vấn đề cần làm sáng tỏ Vấn đề hiệu suất phát xạ và thời gian sống của các nano RE-QDs cũng phải được thay đổi và nâng cao hơn nữa Cơ chế truyền năng lượng giữa phát xạ nền và phát xạ của tạp, cũng như giữa các loại tạp chất khác nhau cũng cần

được nghiên cứu và xử lý triệt để hơn nữa Việc ứng dụng các nano RE-QDs vào việc đánh dấu sinh học (như các loại vi khuẩn, vi rút) và chế tạo các linh kiện điện tử phát xạ ánh sáng (LED, QLED) phù hợp cho các mục đích sử dụng khác nhau cần được tiếp tục mở rộng nghiên cứu

Do đó, chúng tôi chọn đề tài luận văn: “Chế tạo, nghiên cứu cấu trúc, tính chất quang và truyền năng lượng của chấm lượng tử bán dẫn Cd1-xDyxS”

2 Mục đích nghiên cứu

Chế tạo và nghiên cứu các đặc trưng quang học của các QD bán dẫn CdS pha tạp Dy3+ và nghiên cứu quá trình truyền năng lượng từ nền sang tạp trong chấm lượng tử pha tạp

3 Phạm vi nghiên cứu

Cấu trúc, tính chất quang và truyền năng lượng của của chấm lượng tử bán dẫn Cd1-xDyxS

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu là phương pháp thực nghiệm, kết hợp với lý thuyết nhằm lý giải các kết quả thực nghiệm

- Các phương pháp thực nghiệm sẽ được sử dụng:

+ Phương pháp chế tạo: Phương pháp hóa ướt sử dụng kỹ thuật bơm nóng + Phương pháp khảo sát hình dạng, cấu trúc tinh thể và các tính chất từ

và quang: Hiển vi điện tử truyền qua; Nhiễu xạ tia X; Tán xạ Raman; Hấp thụ quang học; Kích thích huỳnh quang; Quang huỳnh quang;

5 Đối tượng nghiên cứu

Các QD bán dẫn CdS:Dy3+ với nồng độ Dy3+ thay thế cho Cd

6 Nội dung nghiên cứu

- Chế tạo các QD bán dẫn CdS không pha tạp và pha tạp ion Dy3+

- Khảo sát hình thái, cấu trúc vật liệu CdS không pha tạp và pha tạp ion Dy3+

- Khảo sát đặc trưng phát quang của vật liệu CdS pha tạp ion Dy3+

- Nghiên cứu sự truyền năng lượng giữa nền CdS đến các ion tạp Dy3+trong vật liệu chế tạo được

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT

HIẾM VÀ CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ BÁN DẪN 1.1 Tổng quan về các nguyên tố đất hiếm

1.1.1 Giới thiệu sơ lược về các nguyên tố đất hiếm

Các nguyên đất hiếm là các nguyên tố hoá học thuộc hai nhóm chính là Lanthan (lanthanides) và actinide (actinides) Các đồng vị thường không bền nằm trong nhóm actinide Vì vậy các nhà khoa học chỉ quan tâm nghiên cứu đến các nguyên tố đất hiếm thuộc nhóm lanthan

Như chúng ta đã biết, trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev thì nhóm lanthan bao gồm 15 nguyên tố giống nhau về mặt hóa học, chúng gồm các nguyên tố có số thứ tự từ 57 (là La) đến số thứ tự 71 (là Lu) nằm trong bảng hệ thống tuần hoàn Các ion đất hiếm hoá trị ba như Sc3+, Y3+,

La3+ và Lu3+, không có điện tử phân bố ở lớp 4f+, do đó trong quá trình kích thích quang và phát xạ là thể xảy ra ở vùng ánh sáng nhìn thấy hoặc vùng tử ngoại gần Bên cạnh đó còn có các nguyên tố như Sc, Z = 21 và Y,

Z = 39 Các nguyên tố còn lại của họ lanthanides có từ 1 cho đến 14 điện

tử ở lớp ngoài cùng thêm vào cấu hình điện tử ở lớp 4f là: 1s22s22p6…(4fn)5s25p6 [10, 11]

Bảng 1.1 Cấu hình của điện tử và các đặc trưng lượng tử của các ion đất hiếm

Trong khi đó, các ion đất hiếm từ Ce3+ đến Yb3+ có cấu hình điện tử

đã được lấp đầy một phần trong mức 4f, vì vậy chúng tồn tại các mức năng lượng rất đặc trưng cho mỗi một ion, điều này giúp chúng có những tính chất quang rất khác nhau trong vùng ánh sáng nhìn thấy đặc trưng cho mỗi ion đất hiếm

Cấu trúc điện tử của các nguyên tố đất hiếm thuộc nhóm lanthan sẽ ảnh hưởng rất nhiều đến các tính chất quang của chúng Do khả năng hấp thụ và bức xạ ánh sáng trong một dải khá hẹp và có hiệu suất lượng tử cao, vì vậy các nguyên tố đất hiếm đóng vai trò rất quan trọng trong các lĩnh vực quan trọng như linh kiện điện tử, y sinh và thông tin quang [12-14]

1.1.2 Đặc điểm quang phổ của các ion đất hiếm hóa trị ba

Như đã trình bày ở trên, nhóm các nguyên tố đất hiếm được phân thành hai nhóm nhỏ là nhóm lanthan và actinide Thực tế, nhóm thứ nhất có các ứng dụng quang phổ phong phú hơn nhóm nhứ hai Khi ở trạng thái trung hòa, nhóm lantan có cấu trúc điện tử [Xe]4fn5d16s2, trong đó đó [Xe] đại diện cho

lõi xenon, n = 1-14 (tương ứng Ce đến Lu) Khi được pha tạp vào chất rắn,

đất hiếm thường tồn tại ở trạng thái hóa trị 3 (RE3+), khi đó lớp điện tử 5d và 6s trở nên trống rỗng Như vậy, cấu hình điện tử của RE3+ là [Xe]4fn Phổ hấp thụ và phát xạ của RE3+ được tạo ra do chuyển dời của các điện tử trong cấu

hình 4fn Điểm đặc biệt của các ion RE3+ là lớp chưa lấp đầy 4fn được che chắn tốt bởi hai lớp lấp đầy 5s2 và 5p6 của cấu hình [Xe] Do đó, ảnh hưởng của trường tinh thể (trường ligand) đến các mức năng lượng 4fn là rất nhỏ Vì

lý do này, quang phổ của ion RE3+ trong các tinh thể thường bao gồm các dải phát xạ hẹp tương tự như phổ nguyên tử Trong thủy tinh, các dải phát xạ hoặc hấp thụ trở thành các dải rộng hơn do sự mở rộng không đồng nhất Tuy vậy, độ bán rộng của các dải phát xạ RE3+ vẫn nhỏ hơn nhiều so với các dải phát xạ của kim loại chuyển tiếp [7] Do đặc tính vạch hẹp nên quang phổ của

RE3+ được ứng dụng phổ biến cho laser Về nguyên tắc, các chuyển dời trong cùng cấu hình 4fn bị cấm nên cường độ của chúng thường khá yếu, tuy vậy một số chuyển dời vẫn có cường độ khá mạnh và bị ảnh hưởng bởi trường ligand, ví dụ chuyển dời 5D0→7F2 trong Eu3+ hoặc 4F9/2→6H13/2 trong Dy3+

Do đó, các ion này có thể được sử dụng như các đầu dò quang học để khảo sát các tính chất của trường tinh thể

1.1.3 Các mức năng lượng trong ion RE 3+

Để giải thích về quang phổ của RE3+, trước tiên chúng ta cần tìm hiểu

về các mức năng lượng trong các ion này Khi ở trạng thái tự do, các electron 4f trong ion RE3+ tương tác rất yếu với các electron trong các ion khác, toán

tử Hamiltonian mô tả hàm sóng của các electron 4fn là Hatom Khi ion RE3+

được pha tạp vào trong nền nào đó, các ion RE chịu tác dụng của trường tinh

thể (crystal -field), do đó toán tử Hamiltonian H mô tả các hàm sóng của

+ ∑ 𝑒2

𝑟𝑖𝑗

𝑁 𝑖<𝑗

+ ∑𝑁𝑖=1𝜉(𝑟𝑖)(𝑠𝑖 𝑙𝑖) (1.2)

Ba số hạng trên lần lượt là: tổng động năng của các điện tử 4fn, tổng thế năng của các điện tử 4fn trong điện trường của hạt nhân và tổng thế năng tĩnh

điện (thế năng tương tác Coulomb) giữa các cặp điện tử thuộc cấu hình 4fn Sự tạo thành các mức năng lượng của ion RE3+ (ví dụ như Dy3+) được minh họa trong hình 1.2 Hai số hạng đầu tạo ra các mức năng lượng 2S+1 L của trạng thái

4fn Tương tác tĩnh điện giữa các điện tử (số hạng thứ 3) tách mức 2S+1 L thành

các mức khác nhau (ví dụ mức 6F, 6H) với khe năng lượng vào khoảng 104 cm-1

Số hạng cuối cùng trong công thức (1.2) mô tả tương tác spin quỹ đạo Tương tác này tiếp tục tách các mức 2S+1 L thành các mức 2S+1 LJ với khe năng lượng vào khoảng 103 cm-1, các mức này được đặc trưng bởi số lượng tử J [11]

Hình 1.1 Sơ đồ minh họa sự tách các mức năng lượng của ion Dy3+ dưới tác dụng

của trường tinh thể [15]

Ion đất hiếm khi được pha tạp vào nền rắn, các điện tử chuyển động bị nhiễu loạn do tác động của trường tinh thể Do vậy, Hamiltonian của các ion

đất hiếm lúc này có thêm số hạng Hcf biểu diễn tác dụng của trường tinh thể (theo công thức (1.1)) Tác dụng này được gọi là hiệu ứng Stark Do hiệu ứng này, năng lượng của các ion RE3+ tiếp tục được tách ra với các khe cỡ 102 cm-1(hình 1.1)

1.1.4 Đặc điểm quang phổ của ion Dy 3+

Dysprosi (Dy) là kim loại đất hiếm, có ánh màu bạc sáng hay xám bạc kim loại Nó đủ mềm để cắt bằng dao và có thể được gia công cơ khí không gây đánh lửa nếu tránh không tăng nhiệt quá cao Các đặc trưng vật lý của Dy có thể

bị thay đổi mạnh nếu có lẫn tạp chất (dù chỉ một lượng nhỏ) Dy dễ dàng bị oxy hóa và vì thế được sử dụng ở dạng nguyên tố chỉ trong các mục đích nghiên cứu Chẳng hạn, các nguyên tử Dy riêng lẻ được cô lập bằng cách cấy chúng vào các phân tử fulleren Dy và holmi có cường độ từ lớn nhất trong số mọi nguyên tố, đặc biệt khi ở các nhiệt độ thấp Dy có trật tự sắt từ đơn giản ở nhiệt độ dưới 85

K Trên 85 K, nó trở thành trạng thái phản sắt từ xoắn ốc, trong đó mọi mômen nguyên tử trong một lớp phẳng cơ sở Hiện tượng phản sắt từ bất thường này chuyển thành trạng thái thuận từ (không trật tự) ở 179 K [28]

Hình 1.2 Một số tính chất và thông số vật lý của Dy [28]

1.2 Tính chất quang của các chấm lượng tử bán dẫn pha tạp các ion đất hiếm

1.2.1 Cấu trúc electron và tính chất cơ bản của các nguyên tố đất hiếm

Các nguyên tố đất hiếm bao gồm 15 nguyên tố nhóm lanthan (La-Lu)

và 2 nguyên tố nhóm IIIB (Sc và Y), tất cả đều có cấu hình điện tử trạng thái

cơ bản giống nhau Đối với Sc và Y, cấu hình electron ở trạng thái cơ bản lần

lượt là [Ar] 3d14s2 và [Kr] 4d15s2 Đối với 15 lanthan, La, Ce, Gd và Lu đều

có cấu hình [Xe] 4fn-1 5d16s2, trong khi các nguyên tố khác có cấu hình [Xe] 4fn6s2 Mặc dù các điện tử trong obitan 5p và 5p của các lanthan có năng lượng thấp hơn các electron trong obitan 4f, nhưng các obitan 5p và 5p phân tán nhiều hơn các obitan 4f Do đó, các phân lớp 5s2 và 5p6 được lấp đầy vẫn nằm ngoài các obitan 4f, dẫn đến sự che chắn yếu của các electron 4f [13, 16]

Sc3+ và Y3+ không có electron 4f, trong khi obitan 4f của La3+ và Lu3+

trống hoặc được lấp đầy hoàn toàn Các ion này không có điện tử 4f chưa ghép đôi và tất cả đều nghịch từ và không phát quang dựa trên sự chuyển mức 4f-4f Do đó, bốn ion này là các cation lý tưởng để pha tạp vào các vật liệu nền để đạt được sự phát quang và điều chỉnh từ tính [4] Nhiều vật liệu nano dựa trên các cation này, chẳng hạn như florua đất hiếm, oxyhalogenua đất hiếm kiềm, oxit đất hiếm, oxit đất hiếm và florua đất hiếm kiềm Các ion đất hiếm cũng có thể hoạt động như axit Lewis và xúc tác tổng hợp hữu cơ Ví

dụ, các ion La3+ đã được pha tạp vào các chất xúc tác có cấu trúc nano để tăng cường hoạt tính quang xúc tác của chúng đối với các chất ô nhiễm hữu cơ bằng cách giảm năng lượng vùng cấm, bẫy các điện tử quang dẫn và ngăn chặn sự tái kết hợp lỗ trống của điện tử [12]

Do các electron có khả năng chuyển tiếp giữa các phân lớp 4f và 5d, ion Ce3+ có thể được kích thích hiệu quả bởi các photon UV Sự phát quang của ion Ce3+ thường cho một dải phát xạ có thể điều chỉnh được trong vùng

UV với bước sóng ngắn, tùy thuộc vào cấu trúc tinh thể của vật liệu nền So với sự chuyển mức 4f-4f chẵn lẻ bị cấm của các ion đất hiếm khác, chuyển tiếp 4f-5d của Ce3+ có hiệu quả rõ rệt với hệ số hấp thụ lớn hơn nhiều Do đó, các ion Ce3+ đóng vai trò như chất nhạy quang để hấp thụ kích thích tia cực tím và truyền năng lượng cho các ion lanthan khác (Pr3+, Sm3+, Dy3+, Eu3+ và

Tb3+) để phát quang trong nhiều chất phát quang pha tạp Các ion Ce4+ không

có phát xạ hoặc hấp thụ trong vùng quang phổ nhìn thấy Mômen từ thực nghiệm của Ce3+ là 2,4 μB, trong khi Ce4+ không có mômen từ Tuy nhiên,

Ce3+ và Ce4+ có thể cùng tồn tại trong một số vật liệu nền Vật liệu CeO2 dạng khối thuận từ, trong khi đó vật liệu CeO2 cấu trúc nano có tính sắt từ Tính sắt

từ được cho là phát sinh từ tương tác trao đổi giữa các điện tử 4f chưa ghép đôi của Ce3+ và các khoảng trống oxy trên bề mặt cấu trúc nano Trong số các vật liệu pha tạp đất hiếm, các hợp chứa Ce, đặc biệt là CeO2, được sử dụng rộng rãi để làm xúc tác CeO2 có cấu trúc nano đã được sử dụng làm chất xúc tác chính hoặc phụ trong các quá trình oxy hóa xúc tác khác nhau, chẳng hạn như xúc tác chuyển hóa CO, chuyển hóa metan bằng hơi nước, oxy hóa chọn lọc các phân tử hữu cơ và phản ứng chuyển dịch khí - nước Ce trải qua chu trình oxy hóa/khử nhanh chóng giữa các trạng thái Ce3+ và Ce4+ Điều này cho phép lưu trữ/giải phóng oxy cục bộ trong các hợp chất chứa Ce và ảnh hưởng đến các phản ứng xúc tác thông qua các hiệu ứng cộng hưởng [12]

Các mức năng lượng của ion Gd3+ đã được nghiên cứu rất chi tiết Nhờ khoảng cách năng lượng lớn giữa trạng thái cơ bản 8S7/2 và trạng thái kích thích đầu tiên 6P7/2 (∼32 000 cm-1), các ion Gd3+có thể được sự kích thích trực tiếp đến trạng thái 6P7/2 bằng cách chiếu tia UV tại ∼ 310 nm Do năng lượng tương đối cao của trạng thái 6P7/2, các ion Gd3+ được kích thích có thể đóng vai trò như một nguồn năng lượng để tạo ra sự phát xạ qua trung gian thông qua chuyển đổi năng lượng của các chất hoạt hóa khác Sự phát xạ điển hình của các ion Gd3+ được kích thích bao gồm 6DJ → 8S7/2 (J = 1/2, 3/2, 5/2, 7/2) ở

246 nm, 6D9/2 → 8S7/2 ở 253 nm, 6IJ → 8S7/2 (J = 7/2−15/2) ở ∼270−281 nm,

6P5/2 → 8S7/2 ở ∼305 nm, 6P7/2 → 8S7/2 ở ∼311 nm (đặc biệt mạnh) Trong một

số trường hợp, Gd3+ có thể được sử dụng như một chất nhạy quang để kích thích sự phát xạ của các ion Eu3+, Tb3+, Dy3+ và Sm3+ thông qua sự di chuyển năng lượng Gd3+ có trạng thái cơ bản có tính đối xứng cao với bảy điện tử 4f chưa ghép đôi và mômen từ lớn nhất so với bất kỳ lantanoit nào [11, 18]

Tb3+ là chất phát màu xanh lá cây hiệu quả cao trong các hiệu ứng ánh sáng pha tạp chất hiếm Sự chuyển đổi năng lượng từ các trạng thái kích thích

5D3/5D4 sang trạng thái cơ bản 7F6 chủ yếu được khảo sát trong các photpho có

pha tạp Tb3+ Các phát xạ điển hình từ Tb3+ được kích thích là 5D3 → 7F6 ở

∼380 nm, 5D3 → 7F5 ở ∼414 nm, 5D3 → 7F4 ở ∼435 nm, 5D4 → 7F6 ở ∼486

nm, 5D4 → 7F5 ở ∼541 nm (cường độ cao nhất), 5D4 → 7F4 ở ∼587 nm và 5D4

→ 7F3 ở ∼622 nm [8] Các hạt nano đồng pha tạp Ce3+ Tb3+ cho thấy sự chuyển dịch mạnh mẽ trong sự phát quang của Tb3+ dưới sự kích thích của tia cực tím Tb3+ cũng có thể được kết hợp với Yb3+ để tạo ra phát xạ đảo ngược thông qua quá trình hợp tác có sự hỗ trợ của Yb dưới kích thích 980 nm Hơn nữa, các hệ đồng pha tạp Tb3+/Yb3+ được biết là biểu hiện sự phát quang chuyển đổi hướng xuống [18] Khi Tb3+ được kích thích với một photon nhìn thấy năng lượng cao, hai photon NIR từ Yb3+ có thể được phát ra bằng cách truyền năng lượng từ một ion Tb3+ sang hai ion Yb3+

Dy3+ với trạng thái cơ bản 6H15/2 cho thấy sự phát xạ hiệu quả do sự chuyển đổi giữa các mức I và F Có hai phát xạ cực mạnh Dy3+: 4F9/2 → 6H15/2 ở bước sóng ∼480 nm và 4F9/2 → 6H13/2 ở bước sóng ∼570 nm Ngoài ra còn có hai phát

xạ cường độ thấp hơn: 4F9/2 → 6H11/2 ở ∼673 nm và 4F9/2 → 6H9/2 ở ∼756 nm Dy3+

có mômen từ cao do các electron 4f chưa ghép đôi của nó [7, 12]

1.2.2 Giới thiệu về các chấm lượng tử bán dẫn

Các chấm lượng tử (QDs), được tạo ra trong quá trình nghiên cứu, chúng có kích thước tinh thể cỡ nano mét (1nm = 10-9 m) Kích thước của các

QD bán dẫn nằm giữa phân tử và tinh thể khối nên chúng sẽ có các tính chất vật lý và hóa học đặc thù mà các tính chất này không có trong các phân tử riêng biệt hay trong các vật liệu khối có cùng thành phần, độ rộng vùng cấm hiệu dụng được mở rộng, thay đổi theo kích thước của các QD, tương đương với các vùng ánh sáng rộng từ tử ngoại đến vùng hồng ngoại, phổ phát xạ hẹp

và đối xứng, dải phổ hấp thụ rộng, hiệu suất lượng tử cao và bền quang 21] Hiện nay khoa học có rất phương pháp để nghiên cứu, hiểu về các trạng thái năng lượng và các tính chất của các QD bán dẫn Do khả năng dễ chế tạo, ứng dụng sâu và rộng rãi trong thực tế, đồng thời có thể tổng hợp được các tinh thể bán dẫn với sự phân bố kích thước hẹp và hiệu suất huỳnh quang cao,

[19-từ đó các QD bán dẫn trở nên thu hút các nhà khoa học và đã được triển khai ứng dụng mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực [22]

Với vật liệu bán dẫn khối, có thể thấy rằng các điện tử ở vùng dẫn và các lỗ trống ở vùng hóa trị trong tinh thể luôn ở trạng thái chuyển động tự do Các hạt tải điện chuyển động có thể biểu diễn bởi tổ hợp tuyến tính của các sóng phẳng có bước sóng cỡ nm do chúng có lưỡng tính sóng-hạt Các mức năng lượng được phân bố liên tục thành các dải, tạo nên các vùng năng lượng trong tinh thể khối là kết quả của việc kết hợp vô cùng nhiều của các obital nguyên tử Khi khoảng cách giữa của các mức năng lượng nằm trong môt vùng năng lượng tăng lên đủ lớn (kích thước tinh thể giảm đến mức nm) thì các dải phân bố đó không còn được coi là liên tục [23-25]

Hình 1.3 Mối quan hệ giữa mật độ trạng thái vào năng lượng của các loại vật liệu [20]

Hình 1.4 Sơ đồ biểu diễn các vùng năng lượng từ các quỹ đạo nguyên tử Khi

khoảng cách giữa các mức năng lượng giảm đi thì số nguyên tử tăng lên [20]

Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của các QD bán dẫn thay đổi dựa vào kích thước của hạt, dùng hiệu ứng kich thích lượng tử để xác định các phổ đó Hiệu ứng này giúp quan sát hầu hết sự thay đổi toàn bộ phổ năng lượng của các hạt khi chúng bị giam giữ theo cả 3 chiều không gian Kết quả của việc chuyển đổi giữa mức năng lượng của các electron và lỗ trống bị lượng tử hóa

do kích thước hạt dẫn tới hai tính chất nổi bật đó là quang tuyến tính và quang phi tuyến của QD bán dẫn Sự chuyển dời đó của các hạt mang điện ở giữa hai mức năng lượng gián đoạn ở trên dẫn tới sự xuất hiện của quang phổ vạch Lúc đó hệ hạt được gọi là hệ hạt bị giam giữ lượng tử Với sự giam giữ này sẽ làm ngắt đoạn các mức năng lượng và làm thay đổi mật độ của các trạng thái hạt được biểu thị như trên hình 1.5 [2,24]

1.2.3 Cấu trúc vùng năng lượng của các chấm lượng tử bán dẫn

Cấu trúc vùng năng lượng của các QD bán dẫn ảnh hưởng trực tiếp tới tính phát quang do đó việc tìm hiểu cấu trúc của nó là cần thiết Sự chuyển đổi nội vùng giữa các mức năng lượng lượng tử trong vùng dẫn và vùng hóa trị parabol có thể được giải thích một cách đơn giản bằng sự chuyển đổi cho phép giữa các mức năng lượng với cùng một số lượng tử Có thể thấy rằng với các chất bán dẫn loại A2B6 như CdSe, CdS, CdTe…, cấu trúc dải khá phức tạp Vùng dẫn được xác định bởi obitan s của các ion kim loại nhóm II, còn với các obitan p của các nguyên tố S, Se, Te hoặc nhóm VI thì vùng hóa trị sẽ có cấu trúc phức tạp hơn Vùng dẫn của cấu trúc lập phương giả kẽm (Zinc-blende) hoặc Wurtzite có thể được coi gần đúng như một parabol suy biến spin bậc hai (k = 0) ở tâm của vùng Brillouin, trong khi vùng hóa trị là một dạng suy biến bậc 6

Hình 1.5 Cấu trúc vùng năng lượng của các chất bán dẫn có cấu trúc tinh thể kiểu

zinc-blende và wurtzite [21]

Hình 1.5 cho chúng ta thấy rằng các vùng bán dẫn khối trong cả hai cấu trúc tinh thể lập phương đều là hình lục giác Đối với vùng hóa trị suy giảm spin bậc 4 có tổng mômen góc là J = 3/2 (mJ = ± 3/2; ± 1/2) và vùng hóa trị suy giảm spin bậc 2 có tổng mômen góc là J = 1/2 (mJ = ± 1/2) bởi sự kết

hợp của mômen góc quỹ đạo l = 1 và mômen góc quay s = 1/2 Với J = 3/2 và

J = 1/2 tại k = 0 có sự tách biệt năng lượng của hai trạng thái trên do tương tác quỹ đạo spin-obital Ba tiểu vùng được xác định là vùng lỗ trống nặng (HH), được phân tách bởi vùng trống lỗ trống nhẹ (LH) và vùng quỹ đạo spin (SO) Trong trường hợp bán dẫn quan sát được là hình lục giác, sự bất đối xứng của trường tinh thể và cấu trúc mạng tinh thể làm tăng sự suy giảm của các tiểu vùng LH và HH tại k = 0

1.2.4 Các dịch chuyển quang học trong các chấm lượng tử bán dẫn

Do sự chuyển dời quang học giữa các mức từ hóa điện tử và lỗ trống

mà dẫn tới sự hình thành nên các tính chất quang học của QD bán dẫn, được

mô tả qua hình 1.6

Hình 1.6 Các chuyển dời quang học được phép giữa các mức năng lượng đã bị

lượng tử hóa của điện tử và lỗ trống trong các QD bán dẫn [21]

Các trạng thái từ hoá của electron và lỗ trống xác định bởi dấu biểu thị lượng tử mômen góc l, trong đó S (l = 0), P (l = 1) và D (l = 2) Như hình 1.8, các trạng thái của các electron suy biến theo bậc 2 (2l + 1), với các trạng thái thấp nhất là 3 trạng thái của các electron gồm 1S, 1P và 1D Ba trạng thái chuyển tiếp đầu tiên của lỗ là 1S3/2, 1P3/2 và 2S3/2 Số chỉ bên dưới cho biết cho tổng số lượng tử mômen góc F được tính toán từ công thức F = Lh + J với

Lh là mô men góc của hàm bao còn J là mô men góc của hàm Bloch của lỗ trống Trạng thái suy biến của bậc được xác định có dạng (2F + 1) Để xác định năng lượng của quá trình chuyển đổi quang học, ta sử dụng quang phổ hấp thụ hoặc quang phổ kích thích huỳnh quang (PLE)

1.2.5 Công nghệ chế tạo các chấm lượng tử bán dẫn

Người ta có thể dùng 2 cách để chế tạo các QD bán dẫn đó là “bottom- up” (tiếp cận, xử lí từ dưới lên) phương pháp này dùng chất hóa học và “top-down” (tiếp cận, xử lí từ trên xuống) là phương pháp vật lí khi biến đổi các tinh thể khối thành các tinh thể có kích thước cỡ nano bằng việc nghiền nhỏ.Với phương pháp tiếp cận từ dưới lên được sử dụng khi QD bán dẫn có kích thước nhỏ, vì QD bán dẫn lớn được tạo ra bằng cách thêm liên tục các nguyên tử riêng lẻ tới khi nào hình thành QD bán dẫn Đối với phương pháp

từ trên xuống, các tinh thể nano nhỏ thu được bằng cách cắt các tinh thể lớn

Ưu điểm của phương pháp tiếp cận “từ trên xuống” là có thể sản xuất ra một

số lượng lớn các tinh thể với kích thước hạt cỡ nanomet, nhưng lại rất khó để

có thể điều chỉnh kích thước và hình dạng của chúng Nhưng với phương pháp “từ dưới lên” thì lại rất dễ dàng để khống chế kích thước và hình dạng của các tinh thể, nhưng số lượng hạt tạo ra lại không nhiều khi chỉ có thể tạo

ra được một lượng hạt khá nhỏ tại một thời điểm Hiện nay, đối với QD bán dẫn thì cách chế tạo được sử dụng phổ biến và dễ thực hiện đạt tỉ lệ thành công cao ở thời điểm hiện tại đó là phương pháp hóa học ướt (wet chemical) tạo ra các QD dạng huyền phù Tuy nhiên, để tối ưu việc nghiên cứu và chế tạo QD thì từ khắp nơi trên thế giới và trong nước các nhà khoa học luôn không ngừng tìm kiếm sự cải tiến và hoàn thiện, đổi mới công nghệ

Có hai giai đoạn phát triển NC đó là giai đoạn tạo mầm và phát triển tinh thể Trong quá trình tạo mầm, nhân tinh thể được tạo ra ngay lập tức, tiếp theo là sự lớn lên của tinh thể, không còn nhân tinh thể nào được tạo ra nữa

Sự riêng biệt của quá trình hình thành mầm và tăng trưởng tinh thể cho phép kiểm soát tối đa sự phân bố kích thước Khi sự hình thành mầm xảy ra liên tục trong suốt quá trình điều chế các hạt NC làm cho sự phát triển cấu trúc tinh thể của các hạt là rất đa dạng dẫn tới việc điều chỉnh sự phân bố kích thước hạt sẽ gặp khó khăn Năng lượng cần thiết để bỏ sung cho sự tạo mầm được biểu diễn trong biểu đồ của La Mer (Hình 1.8)

Hình 1.7 Sự thay đổi của độ quá bão hòa như một hàm của thời gian [26]

Từ đồ thị trên ta có thể quan sát thấy rằng nồng độ các monomer (các cation và anion ở trong dung dịch chưa tham gia phản ứng hình thành mầm và phát triển tinh thể) thay đổi liên tục theo thời gian với chiều tăng dần

Trong giai đoạn I, thấy rằng ngay cả khi ở điều kiện quá bão hòa (S >1) sự kết tủa vẫn không xảy ra do năng lượng cần thiết để cung cấp sự tạo mầm là rất cao [26] Còn với giai đoạn II thì quá trình hình thành mầm đã xảy ra khi độ bão hòa là đủ lớn để vượt qua được giá trị tới hạn Sc Nếu việc sử dụng monomer do quá trình hình thành mầm và phát triển tinh thể mà vượt quá tốc

độ cung cấp monomer sẽ dẫn tới nồng độ monomer giảm tới khi nào mà ở đó tốc độ hình thành mầm (số mầm hình thành trên một đơn vị thời gian) bằng 0

Ở dưới mức này thì tinh thể sẽ được tiếp tục phát triển và chỉ duy trì khi dung dịch bão hòa, còn sự tạo mầm thì thực sự dừng hẳn lại

Năng lượng cần có để cung cấp cho sự tạo mầm, viết dưới dạng nhiệt động học:

tinh thể đối với sự ngưng tụ của monomer trong dung dịch

∆𝐺𝜈 = −𝑅𝑇𝑙𝑛𝑆

𝑉𝑚 (1.4)

V m : thể tích mol của tinh thể, R: hằng số khí và T: nhiệt độ tuyệt đối

(tính theo đơn vị Kenvin)

Năng lượng bề mặt μ luôn > 0, G v có giá trị < 0 tới khi nào mà dung dịch còn quá bão hòa (S >1) Do đó, với bất kì một sự kết hợp nào của μ, S, T cũng luôn có một giá trị cực đại của G do sự cạnh tranh giữa các số hạng năng lượng của khối và bề mặt (Hình 1.10) [26] Đặt G /dr = 0r * : (với

𝑟 =𝑑2, r là bán kính của tinh thể hình cầu, r* là bán kính tới hạn của nồng độ monomer mà ở đó với giá trị của r thì G đạt giá trị cực đại)

𝑟∗ =− 2μ

∆𝐺𝜈 =2μ𝑉𝑚

𝑅𝑇𝑙𝑛𝑆 (1.5)

Hình 1.8 Đồ thị sự phụ thuộc của  G vào kích thước của hạt [26]

Sự hội tụ kích thước trong quá trình phát triển tinh thể đã được Peng và các cộng sự phát triển [27] từ kết quả của Talapin và kết luận như sau: Ở một nồng độ monomer xác định, tốc độ phát triển phụ thuộc kích thước có thể mô

Hình 1.9 (A) Ảnh mô tả giai đoạn hình thành mầm và giai đoạn phát triển cho việc

chế tạo các NC phân bố kích thước hẹp trong khuôn khổ của mô hình La Mer (B)

Bộ dụng cụ tổng hợp đơn giản được sử dụng trongviệc chế tạo mẫu NC phân bố

kích thước hẹp [26]

Ta có hình 1.10 là đồ thị biểu diễn của phương trình (1.6), phương trình này đã biểu thị sự phụ thuộc hàm với tỉ số r/r* khi độ dày khuyếch tán là vô hạn Với trường hợp này, khi có một nồng độ monomer đã cung cấp bất kỳ sẽ xuất hiện một kích thước tới hạn ở trạng thái cân bằng Các NC mà kích thước của chúng nhỏ hơn kích thước tới hạn sẽ khiến chúng bị phân rã (tốc độ phát triển âm) trong khi các hạt có kích thước lớn hơn được kết tụ và sự phát triển của các NC nhanh hay chậm phụ thuộc chặt chẽ vào kích thước [28]

Động học quá trình phát triển các NC đã được trình bày chủ yếu tập trung trên các NC dạng hình cầu Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu từ các thí nghiệm trong thời gian qua của Cozzoli và nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng hình dạng của NC có thể được giám sát nhờ vào sự vận dụng phù hợp của động học phát triển NC [29]

Hình 1.10 Sự phụ thuộc của tốc độ phát triển hạt theo tỉ số r/r*

1.2.6 Giới thiệu về chấm lượng tử bán dẫn pha tạp đất hiếm

Chấm lượng tử bán dẫn ZnS pha tạp với một số ion đất hiếm khác nhau

đã được chế tạo và nghiên cứu khá nhiều trong những năm qua với những dự kiến sử dụng trong đánh dấu sinh học và công nghệ điện tử Các kết quả chế tạo và khảo sát về tính chất quang và nhiệt phát quang trong vật liệu ZnS pha tạp tập trung vào các ion đất hiếm như Eu3+, Sm3+, Ce3+, Tb3+ Một số ion kim loại chuyển tiếp (TM) khác như Cu2+, Eu2+ và Mn2+ cũng được đồng pha tạp

để nghiên cứu tính chất từ và quá trình lân quang Với QD bán dẫn ZnS,

chúng có nhiều tính chất quang nổi bật và ZnS khi pha tạp các ion TM như:

Cu2+ Mn2+, Eu2+… thì ta có thể điều chỉnh ánh sáng phát ra Vì lý do đó đã có nhiều nhóm các nhà nghiên cứu, đã tìm hiểu và nghiên cứu tính chất quang của ZnS pha tạp

Việc pha tạp hai ion Re (như Eu-Tb, Eu-Ce, Tb-Yb, Tb-Sm…) cho thấy nhiều tính chất mới so với chỉ pha tạp một ion Ví dụ như nhóm tác giả P.M.Tan, N.X.Ca đã đưa các ion Eu và Ce vào mạng nền CdS nhờ phương pháp hóa ướt [30] Sau khi nghiên cứu và thu được kết quả thì thấy rằng khi thay đổi thời gian chế tạo thì cấu trúc, kích thước, độ rộng vùng cấm của các

NC CdS đồng pha tạp Eu và Ce bị thay đổi Và thấy rằng hiện tượng truyền năng lượng từ phát xạ của nền CdS sang phát xạ các ion Eu và từ các ion Eu sáng Ce

Ví dụ như khi đưa các ion RE Sm3+ và Tb3+ vào mạng nền ZnS Thì thu được kết quả NC ZnS đồng pha tạp Sm3+ và Tb3+ có khả năng hấp thụ rất tốt ánh sáng từ vùng cực tím đến 460 nm bằng phương pháp hóa học [31]

Từ đây ta có thể nhận ra rằng, quá trình pha tạp các ion đất hiếm RE3+vào các QD bán dẫn là một quá trình không hề đơn giản Vì vậy vấn đề hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo các QD pha tạp ion RE để các QD pha tạp đáp ứng việc có hiệu suất lượng tử cao và thời gian sống phát quang dài vẫn cần có

sự quan tâm và nghiên cứu Để tăng cường hiệu suất phát xạ thông qua quá trình truyền năng lượng, hình thành được phổ phát xạ rộng, phù hợp để chế tạo các nguồn phát ra ánh sáng trắng trong đó có W-LED nên việc lựa chọn các cặp ion

RE để cùng pha tạp trong các NC bán dẫn là vô cùng quan trọng

1.2.7 Khảo sát quá trình truyền năng lượng trong vật liệu phát quang

Một tâm quang học đang ở trạng thái cơ bản nhận năng lượng từ tâm quang học khác đang ở trạng thái kích thích thì nó sẽ chuyển lên trạng thái kích thích sau đó nó phát xạ để về trạng thái cơ bản Quá trình truyền