Nghiên cứu chế tạo và một số tính chất của dây nano Si và SiEr3+ (TT)

1 A. NHỮNG ĐẶC ĐIỂM CỦA LUẬN ÁN 1. Tính cấp thiết của đề tài Các kết quả nghiên cứu từ năm 1990 trở lại đây cho thấy nano tinh thể Si hoàn toàn có thể phát quang trong vùng ánh sáng nhìn thấy hoặc vùng hồng ngoại gần nếu kích thước của nano Si nhỏ hơn bán kính Bohr exciton của Si (~ 5 nm) liên quan đến hiệu ứng kích thước lượng tử. Các kết quả nghiên cứu về tính chất huỳnh quang của dây nano Si là hạn chế bởi vì dây nano Si thường có kích thước lớn hơn nhiều so với bán kính Bohr exciton do các hạt kim loại xúc tác dễ bị kết đám ở nhiệt độ cao khi sử dụng nó như là một chất xúc tác trong việc chế tạo dây nano Si. Pha tạp ion Er 3+ vào trong vật liệu Si được quan tâm nhiều bởi vì có thể tích hợp đồng thời các mạch có chức năng quang học và điện tử lên trên cùng một chip và đây chắc chắn là một bước đột phá trong công nghệ bán dẫn có thể giảm giá thành sản xuất và đồng thời nâng cao tốc độ xử lý thông tin. Các nano Si:Er 3+ phát quang rất mạnh ở bước sóng ~ 1530 nm và mạnh hơn nhiều so với Si khối pha tạp Er 3+ do sự truyền năng lượng hiệu quả từ nano Si sang ion Er 3+ và quá trình tái kích thích không bức xạ từ ion Er 3+ sang nano Si bị hạn chế. Tuy nhiên, cơ chế truyền năng lượng từ mạng nền sang ion Er 3+ vẫn chưa rõ ràng có thể từ nano tinh thể Si sang ion Er 3+ hoặc từ Si vô định hình sang ion Er 3+ . 2. Mục đích của luận án - Phát triển một quy trình hiệu quả để chế tạo dây nano Si có khả năng phát quang mạnh trong vùng ánh sáng nhìn thấy (vùng đỏ) trên cơ sở phương pháp bốc bay nhiệt đơn giản và các vật liệu nguồn bột SiO; hỗn hợp bột Si và SiO 2 ; và hỗn hợp bột Si và C. - Nghiên cứu sâu sắc tính chất quang và mối liên hệ giữa tính chất quang và cấu trúc của dây nano Si, và nguồn gốc các vùng phát xạ trong phổ huỳnh quang của dây nano Si. - Nghiên cứu pha tạp ion Er 3+ vào dây nano Si và khảo sát tính chất huỳnh quang của dây nano Si:Er 3+ . - Nghiên cứu chế tạo màng nanocomposite SiO 2 : nano Si pha tạp Er 3+ phát quang mạnh ở bước sóng 1530 nm và các cơ chế truyền 2 năng lượng giữa mạng nền SiO 2 , nano tinh thể Si và ion Er 3+ trong màng nanocomposite SiO 2 : nano Si:Er 3+ . 3. Phƣơng pháp nghiên cứu  Chế tạo vật liệu: - Dây nano Si được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt với nguồn vật liệu SiO, SiO 2 +Si, Si+C. - Hai phương pháp khác nhau là khuếch tán nhiệt và đồng bốc bay nhiệt được sử dụng để pha tạp ion Er 3+ vào trong dây nano Si. - Màng nanocomposite SiO 2 : nano Si:Er 3+ được chế tạo bằng phương pháp sol-gel kết hợp với kỹ thuật quay phủ.  Phƣơng pháp phân tích tính chất của vật liệu: - Hình thái bề mặt, thành phần pha tinh thể, thành phần hoá học của các mẫu chế tạo được trong luận án đã được khảo sát sử dụng nhiều các phép đo và thiết bị đo hiện đại như quan sát kính hiển vi điện tử quét (SEM) tích hợp với với thiết bị đo phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phổ nhiễu xạ tia X và phổ tán xạ Raman. - Tính chất quang huỳnh quang của các mẫu chế tạo đã được khảo sát bằng các phép đo phổ huỳnh quang trong vùng nhìn thấy và vùng hồng ngoại gần. Ngoài ra, để nghiên cứu cơ chế phát quang các phép đo huỳnh quang nhiệt thấp, sự phụ thuộc của phổ huỳnh quang vào nhiệt độ cũng được thực hiện trong luận án. 4. Những đóng góp của luận án Các kết quả nghiên cứu chính của luận án đã được công bố trong 5 bài báo ở các tạp chí quốc tế và các các hội nghị quốc tế. Trong đó có một bài báo quốc tế được công bố trên Journal of Luminescence có chỉ số impact factor là 2.38, một bài báo quốc tế được công bố trên hệ thống IOP và 3 bài báo được công bố trong các hội nghị khoa học quốc tế chuyên ngành. 5. Những điểm mới của luận án - Đây là lần đầu tiên, dây nano Si có cấu trúc lõi vỏ Si-SiO 2 và có cấu trúc lớp Si/SiO x trong lõi của dây nano Si được quan sát thấy và chúng tôi đã đưa ra một mô hình cấu trúc và cơ chế mọc cho dây 3 nano Si có cấu trúc lõi vỏ Si-SiO 2 với cấu trúc lớp Si/SiO x trong lõi của dây nano Si. Trong mô hình này, dây nano Si hình thành do sự tách pha của Si và SiO 2 và sự oxy hóa một phần bởi khí oxy dư trong chuông phản ứng. Hai quá trình, phản ứng giữa Si với O 2 (oxy hóa) và quá trình kết hợp giữa các nguyên tử Si (quá trình mọc) xảy ra đồng thời. Ngay sau khi lõi Si hình thành, lớp bề mặt bị oxy hóa và mặt phân cách Si/SiO 2 hình thành. Do hiệu ứng tự giới hạn tốc độ oxy hóa hay hiệu ứng làm chậm quá trình oxy hóa mà chỉ có một lớp SiO 2 mỏng hình thành trên bề mặt lõi Si mới hình thành. Sự cạnh tranh của hai quá trình này sẽ dẫn đến sự hình thành cấu trúc lớp của Si tinh thể và SiO 2 vô định hình trong lõi của dây nano Si. - Dây nano Si thể hiện một dải huỳnh quang mạnh với bước sóng từ 600 đến 900 nm ở nhiệt độ phòng liên quan đến exciton giam cầm lượng tử trong lớp Si với độ dày khoảng vài nano mét trong lõi của dây nano Si. Sự phụ thuộc cường độ huỳnh quang của dây nano Si vào nhiệt độ cũng được đo từ 11 đến 300 K, kết quả này phù hợp với mô hình giải thích sự tách mức năng lượng giữa trạng thái singlet và triplet của exciton. - Màng nanocomposite SiO 2 :nano Si pha tạp Er 3+ được chế tạo thành công bằng phương pháp sol-gel và màng nanocomposite này phát quang một đỉnh huỳnh quang hẹp ở 1530 nm dưới bước sóng kích thích 260 nm liên quan đến sự truyền năng lượng từ sai hỏng của SiO 2 tới nano tinh thể Si và sau đó tới ion Er 3+ . 6. Bố cục của luận án Luận án được trình bày trong 119 trang gồm các phần như sau: Mở đầu (6 trang), Chương 1: Tổng quan về vật liệu nano Si và nano Si:Er 3+ (29 trang), Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm (24 trang), Chương 3: Chế tạo dây nano Si bằng phương pháp bốc bay nhiệt và khảo sát tính chất huỳnh quang của nó (26 trang), Chương 4: Chế tạo và khảo sát tính chất của các cấu trúc nano Si pha tạp Er 3+ (19 trang), Kết luận (2 trang) và cuối cùng là phần tài liệu tham khảo và danh mục các công trình công bố. Luận án có 75 hình vẽ, đồ thị, 5 bảng biểu và 140 tài liệu tham khảo. 4 B. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO Si VÀ Si:Er 3+ 1.1. Cơ sở lý thuyết 1.1.1. Vật liệu nano Si Khi kích thước của vật liệu nano tinh thể Si nhỏ hơn bán kính Bohr exciton của Si, các exciton bị giam cầm trong nano tinh thể Si làm cho các mức năng lượng bị lượng tử hóa hình thành các mức năng lượng gián đoạn và độ rộng vùng cấm của nano tinh thể Si bị mở rộng so với Si khối. Hiệu suất phát quang của nano tinh thể Si tăng lên so với Si khối chủ yếu là do hiệu ứng giam cầm lượng tử liên quan đến hệ thức bất định Heisenberg ∆k ~ 1/R. Nghĩa là khi kích thước nano tinh thể Si giảm nhỏ hơn bánh kính Bohr exciton của Si thì nhiều exciton trong các nano tinh thể Si với biên độ véc tơ sóng lớn tham gia vào quá trình tái hợp bức xạ, dẫn đến hiệu suất phát quang của nano tinh thể Si tăng lên. 1.1.2. Vật liệu nano Si:Er 3+ Khi pha tạp ion Er 3+ vào trong vật liệu nano Si thì cường độ huỳnh quang của ion Er 3+ mạnh hơn nhiều so với Si khối pha tạp Er 3+ . Điều này là do quá trình truyền năng lượng hiệu quả từ vật liệu nano Si (có thể từ nano tinh thể Si, Si dư ở dạng vô định hình hoặc sai hỏng) sang ion Er 3+ và quá trình tái kích thích không bức xạ từ ion Er 3+ tới nano Si kém hiệu quả. 1.2. Tình hình nghiên cứu về tính chất huỳnh quang của nano Si và nano Si:Er 3+ 1.2.1. Vật liệu nano Si Các nghiên cứu về tính chất huỳnh quang của silic xốp, các nano tinh thể Si trong mạng SiO 2 và trong siêu mạng Si/SiO 2 cho thấy rằng nano tinh thể Si, dây nano Si hoàn toàn phát quang trong vùng nhìn thấy hoặc vùng hồng ngoại gần khi kích thước của nano tinh thể Si nhỏ hơn bán kính Bohr exciton của Si (~ 5 nm). 1.2.1. Vật liệu nano Si:Er 3+ 5 Các nghiên cứu về nano tinh thể Si pha tạp Er 3+ trong mạng nền SiO 2 cho thấy rằng vật liệu này phát quang mạnh ở bước sóng ~ 1530 nm. Tuy nhiên, nghiên cứu về tính chất huỳnh quang của dây nano Si:Er 3+ còn rất mới mẽ và chưa được khai thác nhiều. CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1. Các phƣơng pháp chế tạo dây nano Si Dây nano Si có thể được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau và theo hai cách tiếp cận “từ trên xuống” và “từ dưới lên”. Chế tạo dây nano Si theo cách tiếp cận “từ trên xuống” chủ yếu dựa trên quá trình ăn mòn và kỹ thuật quang khắc để ăn mòn lựa chọn các vị trí trên bề mặt phiến Si để hình thành dây nano Si. Các phương pháp chủ yếu chế tạo dây nano Si dựa trên cách tiếp cận “từ trên xuống” là phương pháp quang khắc chùm điện tử, phương pháp ăn mòn ion phản ứng, phương pháp ăn mòn hóa học với trợ giúp của kim loại. Trong khi đó, dây nano Si hình thành theo cách tiếp cận “từ dưới lên” là một quá trình sắp xếp các nguyên tử Si với nhau. Các phương pháp chính được sử dụng để chế tạo dây nano Si dựa trên cách tiếp cận này là phương pháp CVD, bốc bay laser, bốc bay nhiệt, MBE. Trong các phương pháp này, phương pháp bốc bay nhiệt là một phương pháp có thể tạo ra dây nano Si với hiệu suất cao bằng các thiết bị đơn giản. 2.2. Các phƣơng pháp pha tạp ion Er 3+ vào trong vật liệu nano Si Việc pha tạp ion Er 3+ vào trong mạng tinh thể của nano tinh thể Si là một vấn đề rất khó cho cả hai trường hợp ion Er 3+ thay thế vào vị trí nút mạng trong mạng tinh thể Si và ion Er 3+ nằm ở các vị trí điền kẽ trong mạng tinh thể Si bởi vì bán kính nguyên tử Er 3+ (1,73 Å) lớn hơn rất nhiều bán kính của nguyên tử Si (1,18 Å). Người ta thường tạo ra một vật liệu nền SiO 2 chứa các ion Er 3+ và các nano tinh thể Si nằm cạnh nhau trong mạng nền này. Hai phương pháp chủ yếu chế tạo vật liệu nano Si:Er 3+ là phương pháp đồng phún xạ và phương pháp cấy ion. Tuy nhiên, nhược điểm của hai phương pháp này là phải sử dụng thiết bị đắt tiền và quy trình chế tạo phức 6 tạp.Vì vậy, tìm ra một phương pháp đơn giản và hiệu quả để chế tạo vật liệu nano Si:Er 3+ là rất cần thiết. CHƢƠNG 3: CHẾ TẠO DÂY NANO Si BẰNG PHƢƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG CỦA NÓ 3.2. Thực nghiệm Dây nano Si được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt theo mô hình trên hình 3.1. Vật liệu nguồn được sử dụng là bột SiO, bột Si trộn với bột SiO 2 và bột Si trộn với bột C. Đế Si/SiO 2 phủ Au được sử dụng để mọc dây nano Si. Nhiệt độ bốc bay (nhiệt độ vật liệu nguồn) là từ 1200 o C đến 1300 o C. Khi argon có tác dụng vận chuyển vật liệu bốc bay từ vật liệu nguồn tới bề mặt đế và hạn chế quá trình oxy hóa dây nano Si. Hình 3.1. Mô hình thực nghiệm sử dụng để chế tạo dây nano Si 3.3.1. Ảnh hƣởng của vật liệu nguồn bốc bay lên quá trình nuôi dây nano Si a. Hình thái bề mặt của dây nano Si Đối với vật liệu nguồn SiO ở 1300 o C, dây nano Si nhận được có kích thước tương đối đồng đều với đường kính từ 20 đến 60 nm và chiều dài lên tới chục micro mét và bị uốn cong (hình 3.3). Dây nano Si hình thành là tách pha của hơi SiO lắng đọng lên bề mặt đế theo phương trình 2SiO → Si + SiO 2 và cơ chế hình thành dây nano Si trong trường hợp này là cơ chế OAG. Ưu điểm của dây nano Si 7 nuôi bằng phương pháp này là đường kính dây nano Si nhỏ, phân bố đồng đều. Nhược điểm của dây nano Si mọc từ vật liệu nguồn này là dây nano Si bị uốn cong. Đối với vật liệu nguồn Si + SiO 2 ở 1300 o C, dây nano Si được chia thành hai loại: dây nano Si với đường kính nhỏ từ 20 đến 60 nm có thể liên quan đến hơi SiO do Si+SiO 2 → 2SiO khi vật liệu nguồn được nung ở nhiệt độ cao mọc theo cơ chế OAG và dây nano Si với đường kính lớn từ 100 đến 150 nm có thể do hơi Si bay hơi từ hạt nano Si khuếch tán vào hạt Au mọc theo cơ chế VLS (hình 3.4). Hình chèn trên hình 3.4(a) cho thấy rõ hạt kim loại xúc tác Au với kích thước khoảng 150 nm nằm trên đầu dây nano Si có đường kính khoảng 120 nm. Đối với vật liệu nguồn Si+C ở 1300 o C, các dây nano Si này là khá đồng đều với đường kính lớn hơn 100 nm và chiều dài lên tới hàng chục micro mét (Hình 3.5). Có thể quan sát thấy rõ nét sự tồn tại của hạt kim loại xúc tác ở trên đầu mỗi dây nano Si với kích thước lớn hơn từ 1,5 đến 2 lần so với đường kính dây nano Si. Điều này chứng tỏ rằng dây nano Si mọc theo cơ chế VLS. Ngoài ra, có nhiều dây nano Si hình thành từ cùng một hạt kim loại xúc tác Au và các dây nano Si tạo thành một chùm dây nano Si với cấu trúc mọc đa nhánh. Do phản ứng C+O 2 → CO 2 là phản ứng tỏa nhiệt cho nên làm cho nhiệt độ cục bộ tại nguồn bay hơi tăng lên, và nhờ đó nâng cao hiệu quả bay hơi vật liệu nguồn. Đối với vật liệu nguồn Si+C ở 1200 o C, dây nano Si thu được có đường kính từ 30 đến 50 nm và chiều dài khoảng vài trăm nano mét (hình 3.6). Do nhiệt độ đế thấp và lượng hơi Si bay hơi từ hạt nano Si ít cho nên dây nano Si trong trường hợp này có kích thước nhỏ hơn và chiều dài ngắn hơn so với mọc dây nano Si từ vật liệu nguồn Si+C ở 1300 o C. Ưu điểm của dây nano Si trong trường hợp này là đường kính của dây nano Si nhỏ, đồng đều từ 30 đến 50 nm và mỗi dây nano Si hình thành từ một hạt kim loại xúc tác Au. 8 Hình 3.3. Ảnh SEM của dây nano Si với vật liệu nguồn SiO (1300 o C) Hình 3.4. Ảnh SEM của dây nano Si với vật liệu nguồn Si+SiO 2 (1300 o C) Hình 3.5. Ảnh SEM của dây nano Si với vật liệu nguồn Si+ C (1300 o C) Hình 3.6. Ảnh SEM của dây nano Si với vật liệu nguồn Si+C (1200 o C) 9 b. Cấu trúc tinh thể và thành phần pha của dây nano Si Đối với các vật liệu nguồn SiO, Si+SiO 2 và Si+C ở 1300 o C, dây nano Si có ba pha liên quan đến SiO 2 , Si và Au được quan sát thấy. Đối với vật liệu nguồn Si+C ở 1200 o C, đỉnh nhiễu xạ rộng ~ 2θ = 22 o liên quan đến vật liệu SiO 2 không còn quan sát thấy mà thay vào đó chỉ quan sát thấy một đỉnh nhiễu xạ có cường độ mạnh tương ứng với nhiễu xạ trên mặt (111) của tinh thể Si, và một đỉnh nhiễu xạ rất yếu liên quan đến kim loại xúc tác Au. Việc không còn quan sát thấy đỉnh nhiễu xạ liên quan đến vật liệu SiO 2 trong mẫu này rất có thể là do lượng oxit silic trong dây nano Si (hay lớp vỏ SiO 2 ) rất mỏng. Hình 3.7. Giản đồ XRD của dây nano Si với vật liệu nguồn khác nhau Kết hợp phân tích từ ảnh SEM và XRD cho thấy dây nano Si chế tạo từ vật liệu nguồn Si+C với nhiệt độ bốc bay 1200 o C là tốt 10 nhất. Trong các phần tiếp theo, chúng tôi tập trung vào nghiên cứu tính chất huỳnh quang của dây nano Si chế tạo trong điều kiện này. 3.3.2. Khảo sát tính chất huỳnh quang của dây nano Si ở nhiệt độ phòng Phổ huỳnh quang của dây nano Si ở nhiệt độ phòng (hình 3.8) bao gồm một vùng phát xạ có cường độ mạnh và rất rộng nằm trong dải bước sóng từ ~ 500 đến 900 nm với cực đại ở bước sóng 650 nm. Do đường kính dây nano Si (hình 3.6) lớn hơn nhiều so bán kính Bohr exciton (~5 nm) đối với Si cho nên không thể giải thích nguồn gốc của vùng phát xạ này do hiệu ứng kích thước lượng tử xảy ra trong các nano tinh thể Si. Hình 3.8. Phổ huỳnh quang của dây nano Si đo nhiệt độ phòng Từ ảnh TEM (hình 3.9) cho dây nano Si nhận được có cấu trúc lõi Si (màu đậm)-vỏ SiO 2 (màu sáng) với đường kính lõi của dây nano Si khoảng ~70 nm và độ dày lớp vỏ là khoảng 20 nm. Với kích thước như trên, sự phát quang của dây nano Si trong vùng bước sóng từ 500 đến 900 nm không thể sinh ra từ lõi dây nano Si bởi vì lõi dây nano Si có kích thước lớn hơn nhiều so với giá trị tới hạn lượng tử của Si (~5 nm). Quan sát chi tiết hơn ảnh TEM thấy rằng cấu trúc lõi là không đồng nhất mà bao gồm các vùng sáng tối lặp đi lặp lại tạo thành cấu trúc lớp. Như vậy cấu trúc thực sự của dây nano Si là lõi-vỏ trong đó lõi được tạo thành từ các lớp Si (màu tối) và SiO 2 (màu sáng) có kích thước vài nanomét. Theo hiểu biết của chúng tôi, đây là nghiên cứu [...]... quang của ion Er3+ giảm đi 22 KẾT LUẬN Các kết quả chính của Luận án Nghiên cứu chế tạo và một số tính chất của dây nano Si và Si: Er3+” có thể được tổng kết như sau: - Đã nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ chế tạo và chế tạo được dây nano Si bằng phương pháp bốc bay nhiệt sử dụng các vật liệu nguồn khác nhau là bột SiO, hỗn hợp bột Si+ SiO2, và hỗn hợp bột Si+ C - Đã nghiên cứu hình thái cấu trúc và. .. trong dây nano Si ở bước sóng 1530 nm luôn rất yếu Hình 4.3 Ảnh FESEM của dây nano Si: Er3+ Hình 4.4 Phổ tán xạ năng lượng (EDX) của dây nano Si: Er3+ 17 Hình 4.5 Phổ huỳnh quang của dây nano Si pha tạp Er 3+  Màng nanocomposite SiO2 :nano Si: Er3+ Màng nanocomposite SiO2: nano Si: Er3+ (0,5% Er3+ và 4% Si) tương đối đồng đều, có độ dày 2,6 µm (Hình 4.7) và thấy rõ hai pha liên quan nano tinh thể Si và SiO2... trong SiO2 và mặt phân cách Si/ SiO2 của dây nano Si Khi nhiệt độ tăng, các điện tử nhảy ra khỏi các trạng thái sai hỏng khi nhiệt độ tăng và đi vào các tâm tái hợp không bức xạ cho nên cường độ huỳnh quang hai vùng phổ này giảm 15 CHƢƠNG 4: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO Si PHA TẠP Er3+ 4.2.2 Chế tạo dây nano Si: Er3+ Hình 4.1 Sơ đồ chế tạo dây nano Si: Er3+ 4.2.3 Chế tạo màng nanocomposite... thể của sản phẩm dây nano Si nhận được và xác nhận dây nano nhận được trên đế Si/ SiO2 (đế Si có một lớp SiO2 oxy hoá nhiệt) là dây nano Si có cấu trúc lõi – vỏ (Si- SiO2) Dây nano Si nhận được dùng bột nguồn SiO có lớp vỏ dầy, và rất ít lõi nano tinh thể Si, trong khi dây nhận được với bột nguồn hỗn hợp Si+ C ở nhiệt độ bốc bay 1200 oC, có cấu trúc lớp vỏ SiO2~20 nm và lõi tinh thể Si lớn cỡ vài chục nano. .. nanocomposite SiO2 :nano Si: Er3+ Hình 4.2 Sơ đồ chế tạo màng nanocomposite SiO2 :nano Si: Er3+ 16 4.3.1 Khảo sát sự phát quang của ion Er3+ trong các cấu trúc nano tinh thể Si  Dây nano Si: Er3+ Dây nano Si: Er3+ chế tạo bằng phương pháp đồng bốc bay nhiệt có đường kính từ 60 đến 80 nm và chiều dài lên tới vài micro mét (Hình 4.3) Các đỉnh phổ đặc trưng liên quan đến Si, O, Pt và Er, thành phần chính của mẫu,... ion Er3+ có thể khuếch tán vào nano tinh thể Si từ dung dịch dễ dàng hơn so với khuếch tán từ pha rắn cho nên cường độ huỳnh quang của ion Er3+ trong màng nanocomposite SiO2: nano Si mạnh hơn Hình 4.6 Giản đồ XRD của màng nanocomposite SiO2 :nano Si: Er3+ 18 Hình 4.7 Ảnh FESEM của màng nanocomposite SiO2 :nano Si: Er3+ Hình 4.8 Phổ huỳnh quang của màng nanocomposite SiO 2 :nano Si pha tạp Er3+ với bước sóng... lớp SiO2 và ở mặt phân cách Si/ SiO2 gây ra - Đã chế tạo được dây nano Si pha tạp Er3+ bằng phương pháp đồng bốc bay nhiệt Dây nano Si pha tạp Er3+ có đường kính từ 60 đến 80 nm và chiều dài lên tới vài micro mét và phát quang ở bước sóng 1530 nm - Màng nanocomposite SiO2: nano Si pha tạp Er3+ được chế tạo thành công bằng phương pháp sol-gel kết hợp với kỹ thuật quay phủ Đã nghiên cứu tối ưu một số tham... lõi – võ và phân lớp Si/ SiO2 của dây nano Si và chính cấu trúc này cho phép chúng tôi đưa ra được lời giải thích hợp lý về bản chất của vùng phát xạ đỏ trong các dây nano Si có kích thước lớn là do sự tái hợp của các cặp điện tử - lỗ trống sinh ra trong các lớp nano Si cỡ vài nm Hình 3.9 Ảnh TEM của một dây nano Si Phổ tán xạ Raman là một công cụ hữu hiệu không chỉ để phân tích thành phần của vật liệu,... thấy (vùng đỏ) của dây nano Si (có kích thước lớn) có thể được giải thích là do sự tái hợp của cặp điện tử - lỗ trống hình thành và bị giam giữ trong các nano tinh thể Si có kích thước cỡ nano mét trong phần lõi của dây nano Si 23 - Đã nghiên cứu chi tiết tính chất quang của dây nano Si nhận được và xác định được: năng lượng photon phát ra do sự tái hợp exciton giam cầm trong các lớp nano Si dịch về phía... trong màng SiO2 như 19 là một nhân tố trung gian hấp thụ và truyền năng lượng hiệu quả từ mạng nền đến ion Er3+ giúp nâng cao hiệu suất hấp thụ và phát xạ của ion Er3+ trong mạng nền (Hình 4.11) Hình 4.9 Phổ huỳnh 3D của màng nanocomposite SiO2 :nano Si: Er3+ Hình 4.10 Phổ huỳnh quang (a) của màng nanocomposite SiO2 :nano Si: Er3+ trong vùng hồng ngoại và (b) của màng nanocomposite SiO2 :nano Si: Er3+ trong . quang của dây nano Si. - Nghiên cứu pha tạp ion Er 3+ vào dây nano Si và khảo sát tính chất huỳnh quang của dây nano Si: Er 3+ . - Nghiên cứu chế tạo màng nanocomposite SiO 2 : nano Si pha. 4: CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA CÁC CẤU TRÚC NANO Si PHA TẠP Er 3+ 4.2.2. Chế tạo dây nano Si: Er 3+ Hình 4.1. Sơ đồ chế tạo dây nano Si: Er 3+ 4.2.3. Chế tạo màng nanocomposite SiO 2 :nano. hình nghiên cứu về tính chất huỳnh quang của nano Si và nano Si: Er 3+ 1.2.1. Vật liệu nano Si Các nghiên cứu về tính chất huỳnh quang của silic xốp, các nano tinh thể Si trong mạng SiO 2 và