Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của nano tinh thể bán dẫn CdS pha tạp Cu

Các nano tinh thể (NC) bán dẫn CdS pha tạp Cu đã được chế tạo thành công bằng phương pháp hóa ướt trong dung môi không liên kết ODE. Hình dạng, cấu trúc tinh thể và các tính chất quang của chúng đã được nghiên cứu thông qua ảnh TEM, phổ nhiễu xạ tia X, phổ hấp thụ, quang huỳnh quang và thời gian sống huỳnh quang.

Nguyễn Xuân Ca Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 190(14): 31 - 39 CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA NANO TINH THỂ BÁN DẪN CdS PHA TẠP Cu Nguyễn Xuân Ca1, Nguyễn Thị Hiền*1, Lê Đắc Duẩn1, Trần Thị Hồng Gấm1, Nguyễn Thị Thảo1, Vũ Thúy Mai1, Vũ Hồng Tuân1, Phạm Minh Tân2 Trường Đại học Khoa học - ĐH Thái Nguyên, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Các nano tinh thể (NC) bán dẫn CdS pha tạp Cu chế tạo thành công phương pháp hóa ướt dung mơi khơng liên kết ODE Hình dạng, cấu trúc tinh thể tính chất quang chúng nghiên cứu thơng qua ảnh TEM, phổ nhiễu xạ tia X, phổ hấp thụ, quang huỳnh quang thời gian sống huỳnh quang Kết nghiên cứu cho thấy NC CdS:Cu có hình dạng tựa cầu, phân bố kích thước hẹp có cấu trúc zinc blende (Zb) thay đổi nồng độ tạp chất Cu Khảo sát theo nồng độ pha tạp Cu cho thấy, nồng độ Cu tăng, kích thước hạt không thay đổi, cường độ huỳnh quang tăng nồng độ Cu tăng từ đến 10% giảm nồng độ pha tạp Cu lên đến 20% Sự phụ thuộc lượng vùng cấm, cường độ phát xạ NC CdS CdS:Cu khoảng nhiệt độ 15-300K chế truyền lượng mạng CdS cho tạp Cu nghiên cứu giải thích Kết đo đường cong suy giảm huỳnh quang cho thấy NC CdS:Cu có thời gian sống dài (lên đến 585 ns) phù hợp với ứng dụng lĩnh vực đánh dấu sinh học, khuếch đại quang quang điện Từ khoá: Nano tinh thể, bán dẫn, pha tạp, tính chất quang, CdS:Cu ĐẶT VẤN ĐỀ* Trong năm gần đây, nano tinh thể (NC) bán dẫn thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học tính chất quang, điện, học đặc biệt chúng [1-4] Các NC bán dẫn thể nhiều tính chất quang học thú vị hiệu suất lượng tử cao, phổ phát xạ hẹp bền quang…, chúng có nhiều ứng dụng lĩnh vực như: chế tạo pin mặt trời [5], quang điện [6-8], đánh dấu sinh học [9], laser [10]… Có nhiều phương pháp để chế tạo NC, nhiên, phương pháp hóa ướt sử dụng nhiều việc chế tạo NC bán dẫn phương pháp đơn giản, dễ thực dễ dàng thay đổi thơng số thực nghiệm Các tính chất quang vật liệu nano bán dẫn phụ thuộc nhiều vào thành phần hóa học, kích thước, hình dạng đặc biệt pha tạp chất Hiện NC bán dẫn pha tạp kim loại chuyển tiếp (KLCT) CdSe:Mn [1,2], CdS:Mn [3], CdS:Ni [4], CdSe:Cu [5], * ZnSe:Cu [6], CdS:Cu [7-10] quan tâm nghiên cứu rộng rãi Khi tiến hành đưa số tạp chất kim loại có tính chất quang điển hình vào NC bán dẫn làm thay đổi tính chất quang NC bán dẫn theo nhiều hướng khác Các KLCT pha tạp vào NC bán dẫn làm thay đổi tính chất quang bán dẫn thay đổi tính chất quang vốn có KLCT, hình thành nên tính chất quang vật liệu pha tạp Hơn việc pha tạp ion kim loại có từ tính làm cho NC bán dẫn có đồng thời tính chất điện từ quang Chính vậy, NC bán dẫn pha tạp KLCT thu hút quan tâm nghiên cứu nhiều nhà khoa học nước giới Hai KLCT pha tạp nhiều NC bán dẫn Mn Cu Đối với NC pha tạp Mn, phát xạ tạp chất bị giới hạn miền phổ màu vàng - da cam phụ thuộc vào NC [2] Nguyên nhân hệ chuyển từ trạng thái kích thích 4T1 trạng thái 6A1 ion Mn2+ gây phát xạ tạp chất có lượng nhỏ so với độ E-mail: hiennt@tnus.edu.vn 31 Nguyễn Xuân Ca Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ rộng vùng cấm NC [1, 3] Không giống pha tap Mn, trường hợp pha tạp Cu lượng phát xạ thay đổi khoảng rộng thay đổi thành phần kích thước NC So với hệ NC bán dẫn pha tạp Mn, việc pha Cu mẻ Nguồn gốc phát xạ Cu NC bán dẫn khác nhau, hiệu suất phát xạ cao nó, khả thay đổi màu sắc phát xạ, độ rộng phổ phát xạ số tính chất khác kèm theo pha tạp Cu nhiều vấn đề chưa rõ ràng, thể qua kết luận trái ngược số công bố gần [5, 7, 8] 190(14): 31 - 39 Chế tạo nano tinh thể CdS CdS:Cu Chế tạo NC CdS CdS:Cu gồm bước: Bước 1: Tạo dung dịch tiền chất Dung dịch chứa Cd2+ tạo thành cách hòa CdO với OA ODE nhiệt độ 280oC khuấy trộn 90 phút Dung dịch chứa S2- tạo thành cách trộn S dung môi ODE nhiệt độ 100oC khuấy trộn 30 phút Dung dịch chứa Cu2+ tạo cách trộn Cu(CH3COO)2.H2O TOP ODE nhiệt độ khoảng 1000C khuấy trộn 60 phút Trong báo chúng tơi trình bày kết chế tạo nghiên cứu tính chất quang NC CdS CdS pha tạp Cu Các mẫu chế tạo với thời gian phản ứng từ đến 90 phút nồng độ Cu thay đổi từ 0,1 đến 20% Hình thái, cấu trúc NC CdS CdS:Cu xác định kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) Tính chất quang NC nghiên cứu thông qua phổ hấp thụ UV-vis, phổ huỳnh quang (PL) phổ huỳnh quang phân giải thời gian Để nghiên cứu thay đổi đặc trưng quang theo nhiệt độ, đo phổ huỳnh quang mẫu đặc trưng khoảng nhiệt độ từ 15-300K Sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm, cường độ phát xạ NC CdS CdS:Cu theo nhiệt độ chế truyền lượng mạng CdS cho tạp Cu nghiên cứu giải thích Bước 2: Chế tạo nano tinh thể CdS CdS:Cu THỰC NGHIỆM Khảo sát tính chất NC Hóa chất Để nghiên cứu tính chất quang học, phổ hấp thụ UV-vis mẫu đo thiết bị Shimadzu UV-2600 Phổ PL đo thiết bị Varian Cary Eclipse, nguồn sáng kích thích đèn Xe phát ánh sáng liên tục khoảng bước sóng từ 200-900 nm Phổ PL nhiệt độ thấp thực hệ đo huỳnh quang PL-Nanolog HORIBA Jobin Yvon với nguồn kích thích đèn Xenon bước sóng 254 nm, đầu thu CCD Synnapse làm lạnh đến 10K nhờ hệ khí He chu trình kín Các phép đo thời Bột CdO (99,99%), dung môi không liên kết 1-octadecene (ODE, 90%), axít oleic (OA, 90%), bột lưu huỳnh (S, 99%), đồng acetate (Cu(CH3COO)2.H2O, 90%), toluene (99,8%), isopropanol (99,7%) tri-n-octylphosphine (TOP, 97%) mua từ hãng SigmaAldrich Tất phản ứng chế tạo NC CdS CdS:Cu thực mơi trường khí N2 siêu (99,9995%) 32 Đun nóng dung dịch gồm Cd2+ Cu2+ (nếu chế tạo CdS:Cu) Cd2+ (nếu chế tạo CdS) đến nhiệt độ phản ứng 280oC Tại nhiệt độ này, dung dịch S2- bơm nhanh vào bình phản ứng chứa dung dịch phản ứng diễn thời gian từ 1-90 phút Mẫu chế tạo xong để nguội tự nhiên xuống nhiệt độ phòng Khi thay đổi tỉ lệ Cu/Cd ta NC CdS:Cu với nồng độ khác Nhằm loại bỏ ion Cd2+, S2-, Cu2+ ligand chưa phản ứng hết, dung dịch chứa NC CdS CdS:Cu vừa chế tạo trộn với dung môi isopropannol li tâm phút tốc độ 6000 vòng/phút Sau làm NC CdS CdS:Cu phân tán lại toluene, để bóng tối dùng cho phép đo đặc trưng quang học, cấu trúc hình dạng Nguyễn Xuân Ca Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ gian sống thực hệ đo sử dụng nguồn kích thích diode phát quang (LED) có bước sóng 405 nm, hệ làm việc dựa nguyên tắc đếm đơn photon tương quan thời gian (TCSPC) Hình dạng hình thái bề mặt NC kiểm tra kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM, JOEL-JEM 1010) Cấu trúc tinh thể NC xác định máy đo nhiễu xạ tia X (Siemens, D5005) trang bị nguồn xạ Cu-Kα 190(14): 31 - 39 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Ảnh hưởng thời gian chế tạo đến đặc trưng NC CdS:Cu Hình ảnh TEM NC CdS:Cu 1% chế tạo thời gian 1, 3, 20 60 phút Kết từ ảnh TEM cho thấy NC có dạng tựa cầu có phân bố kích thước đồng Hình Ảnh TEM NC CdS:Cu 1% thời gian phản ứng a) phút, b) phút, c) 20 phút, d) 60 phút Hình Phổ hấp thụ (a) PL (b) NC CdS:Cu 1% theo thời gian phản ứng 33 Nguyễn Xuân Ca Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ Các NC CdS pha tạp Cu chế tạo khoảng thời gian từ đến 90 phút Sự thay đổi phổ hấp thụ phổ huỳnh quang NC CdS pha tạp Cu theo thời gian phản ứng trình bày Hình Độ hấp thụ vị trí đỉnh hấp thụ exciton thứ cường độ PL đỉnh phát xạ phía bước sóng ngắn NC chuẩn hóa Có thể quan sát thấy phổ PL NC CdS pha tạp Cu có đỉnh phát xạ tương ứng với hai trình chuyển dời phát xạ khác Đỉnh phát xạ phía bước sóng ngắn (ở khoảng 450-460 nm) phát xạ CdS điện tử chuyển từ vùng dẫn xuống vùng hóa trị (chuyển dịch phát xạ vùng-vùng) đỉnh phát xạ phía bước sóng dài (ở khoảng 750760 nm) phát xạ tạp Cu Phát xạ tạp chất điện tử sau kích thích chuyển xuống trạng thái T2 ion Cu2+, sau tái hợp với lỗ trống vùng hóa trị, gây phát xạ tạp chất có lượng nhỏ so với lượng vùng cấm NC CdS Khi thời gian chế tạo tăng từ đến 60 phút cường độ phát xạ tạp tăng ion Cu2+ chui vào mạng CdS tăng Tuy nhiên thời gian tăng đến 90 phút cường độ phát xạ tạp giảm nhẹ sai hỏng mạng tăng Kết quan sát Hình cho thấy, thời gian chế tạo tăng đỉnh phổ hấp thụ PL NC CdS pha tạp Cu dịch nhẹ phía bước sóng dài, chứng tỏ kích thước NC tăng dần Đỉnh hấp thụ exciton thứ NC CdS pha tạp Cu rõ nét phản ánh kích thước NC đồng Ảnh hưởng nồng độ pha tạp Cu đến tính quang NC CdS:Cu Giản đồ nhiễu xạ tia X NC CdS không pha tạp NC CdS pha tạp Cu với tỷ lệ Cu 3% 10% thể Hình Từ kết quan sát Hình ta nhận thấy, pha tạp Cu thay vị trí ion Cd2+ ion Cu2+ không làm thay đổi đến cấu trúc pha tinh thể Các NC CdS CdS:Cu kết tinh pha tinh thể Zb 34 190(14): 31 - 39 với đỉnh nhiễu xạ rõ ràng, tương ứng với mặt phẳng mạng (111), (220) (311) Tuy nhiên quan sát kỹ nhận thấy nồng độ Cu tăng đỉnh nhiễu xạ dịch nhẹ phía góc 2θ lớn phù hợp với thay ion Cu2+ cho ion Cd2+, bán kính ion Cu2+ (0,57 Å) nhỏ bán kính ion Cd2+ (0,78 Å) [11] Hình Giản đồ nhiễu xạ tia X NC CdS:Cu với tỷ lệ 0%, 3% 10%, thời gian phản ứng 60 phút Để nghiên cứu pha tạp Cu vào mạng tinh thể CdS, chúng tơi tiến hành thí nghiệm pha tạp với nồng độ Cu khác nhau, phổ PL NC CdS pha tạp Cu với nồng độ thay đổi từ 020% quan sát Hình 4a Phổ PL NC CdS không pha tạp xuất đỉnh phát xạ phía bước sóng ngắn 463 nm, phát xạ điện tử vùng dẫn tái hợp với lỗ trống vùng hóa trị CdS phát Ngồi đỉnh phát xạ bước sóng 463 nm CdS quan sát thấy đỉnh phát xạ bước sóng khoảng 700 nm, phát xạ gây nên trạng thái bề mặt sai hỏng mạng tinh thể Khi pha tạp Cu vào NC CdS, đỉnh phát xạ bước sóng 463 nm gần không thay đổi chứng tỏ ion Cu2+ thay ion Cd2+ khơng làm thay đổi kích thước NC CdS, nhiên cường độ đỉnh phát xạ phía bước sóng dài tăng lên đáng kể Trong trường hợp pha tạp Cu, đỉnh phát xạ NC CdS phía Nguyễn Xuân Ca Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ bước sóng dài có cường độ lớn nhiều so với trường hợp không pha tạp Khi tỉ lệ pha tạp Cu tăng từ 0-10% cường độ phát xạ đỉnh tăng lên phù hợp với thay nhiều ion Cd2+ ion Cu2+ Tuy nhiên nồng độ Cu2+ lớn gây nên nhiều sai hỏng lệch mạng, biến dạng mạng…, tâm bắt hạt tải, làm giảm cường độ huỳnh quang thấy Hình 4b (khi nồng độ ion Cu2+ 20%) Khi pha tạp Cu vào mạng CdS, bán kính khác ion Cu2+ ion mạng Cd2+ làm xuất sai hỏng mạng tinh thể CdS, ion Cu2+ dễ bị đẩy [12] Với NC ZnCdS:Cu, tác giả quan sát thấy dập tắt hoàn toàn phổ phát xạ nồng độ pha tạp Cu 20% [13] Thời gian sống huỳnh quang 190(14): 31 - 39 Thời gian sống phát xạ exciton định che phủ hàm sóng điện tử lỗ trống [9, 13] Thời gian sống phát xạ tạp Cu thường dài lên tới µs [8], trạng thái bề mặt có thời gian sống phát xạ vào khoảng vài ns [10] Để xác định đỉnh phổ PL NC CdS pha tạp Cu phía bước sóng dài phát xạ tạp hay phát xạ từ trạng thái bề mặt, tiến hành đo thời gian sống phát xạ NC CdS CdS:Cu 3% Để xác định thời gian sống NC, đường cong suy giảm huỳnh quang làm khớp với ba hàm e mũ, biểu diễn phương trình [14, 15]: I (t )  Ae t /  i i i 1 (1), thời gian sống PL tính từ biểu thức: 3 i 1 i 1    Ai i2 /  Ai i (2) Hình (a) Phổ PL NC CdS pha tạp Cu (b) thay đổi cường độ phát xạ đỉnh huỳnh quang với nồng độ Cu thay đổi từ 0-20% Thời gian chế tạo tất mẫu 60 phút Hình Phổ PL phân giải thời gian của NC (a) CdS (b)CdS: Cu 3% Đường liền nét màu đỏ kết làm khớp với phương trình 35 Nguyễn Xuân Ca Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Phổ PL phân giải thời gian NC CdS pha tạp Cu 3% cho thấy thời gian sống trung bình tăng lên cách đáng kể (584,7 ns) so với NC CdS không pha tạp (19,07 ns) Thời gian sống huỳnh quang trung bình exciton NC CdS pha tạp Cu lớn 30 lần thời gian sống exciton NC CdS không pha tạp Việc tăng thời gian sống NC CdS pha tạp Cu phù hợp với nghiên cứu lý thuyết [9, 10] chứng tỏ phát xạ phía bước sóng dài NC CdS:Cu phát xạ tạp Cu phát xạ trạng thái bề mặt Các NC CdS:Cu có thời gian sống dài phù hợp với ứng dụng lĩnh vực quang điện, khuếch đại quang đánh dấu sinh học [16, 17] Ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất quang nano tinh thể CdS CdS pha tạp Cu Đối với bán dẫn khối hay NC bán dẫn nói chung, tăng nhiệt độ vị trí đỉnh huỳnh quang dịch phía lượng thấp, cường độ huỳnh quang giảm xuống PL FWHM tăng lên Tuy nhiên, nguyên nhân làm thay đổi đặc trưng quang phổ NC theo nhiệt độ khác nhau, phụ thuộc tính chất quang chúng vào nhiệt độ cần khảo sát mối liên quan với mẫu đo cụ thể Hình phổ PL NC CdS CdS:Cu 1% thay đổi nhiệt độ đo từ 15-300K Từ hình 7, nhận thấy quy luật thay đổi lượng phát xạ theo nhiệt độ mẫu CdS CdS:Cu 1% giống nhiên độ dốc chúng khác Khi nhiệt độ tăng, độ rộng vùng cấm NC CdS mẫu CdS:Cu 1% giảm theo quy luật thông thường Để xác định hệ số dãn nở nhiệt nhiệt độ Debye, tiến hành làm khớp số liệu thực nghiệm mẫu CdS CdS:Cu 1% với biểu thức Varshni [18, 19]: Eg (T )  Eg (0)   36 T2 (T   ) (3) 190(14): 31 - 39 Từ kết Hình nhận thấy đường làm khớp số liệu thực nghiệm với mô hình lý thuyết trùng Các giá trị làm khớp thu với NC CdS lượng Eo, hệ số dãn nở nhiệt α nhiệt độ Debye β 2,75 eV, 0,5 (meV.K-1) 214 K Các kết phù hợp với kết công bố [20, 21] NC CdS, chứng tỏ thay đổi lượng vùng cấm NC CdS dãn nở nhiệt mạng tinh thể tương tác excitonphonon [21] Các giá trị Eo α NC CdS:Cu 1% 2,67 eV 0,24 (meV.K-1), nhiệt độ Debye thu lớn nên khơng có ý nghĩa vật lý Hệ số dãn nở nhiệt α NC CdS:Cu 1% nhỏ nhiều so với hệ số dãn nở nhiệt NC CdS chứng tỏ chứng tỏ độ rộng vùng cấm NC CdS:Cu không nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ Tính chất khơng nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ phổ PL NC CdS:Cu mở nhiều ứng dụng tiềm cho thiết bị quang điện có yêu cầu ổn định nhiệt cao phổ phát xạ chúng Hệ số dãn nở nhiệt nhỏ giá trị nhiệt độ Debye lớn NC CdS:Cu 1% trình truyền lượng phát xạ cho phát xạ tạp Cu, nên quy luật thay đổi độ rộng vùng cấm NC CdS:Cu không tuân theo biểu thức Varshni Giả thiết truyền lượng phát xạ cho phát xạ tạp hồn tồn có sở quan sát phụ thuộc cường độ phát xạ theo nhiệt độ, Hình 7b Có thể nhận thấy nhiệt độ tăng cường độ huỳnh quang NC CdS giảm theo quy luật thơng thường, phù hợp với việc kích hoạt trạng thái bắt hạt tải nhiệt độ - đường số 1, đường số có quy luật thay đổi phức tạp phù hợp với việc phần lượng phát xạ hấp thụ để kích hoạt trạng thái tạp Cu Nguyễn Xuân Ca Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 190(14): 31 - 39 Hình Sự phụ thuộc phổ PL mẫu (a) CdS (b) CdS:Cu 1% nhiệt độ thay đổi từ 15-300K Hình (a) Sự phụ thuộc lượng phát xạ PL (b) cường độ phát xạ tích phân mẫu CdS CdS:Cu 1% nhiệt độ thay đổi từ 15-300K Đường số mẫu CdS, đường số phát xạ phía bước sóng ngắn mẫu CdS:Cu 1%, đường số phát xạ phía bước sóng dài mẫu CdS:Cu 1% Đường liền nét làm khớp với biểu thức Varshni KẾT LUẬN Các NC bán dẫn CdS:Cu chế tạo thành cơng với phân bố kích thước hẹp, hình dạng tựa cầu thành phần phân bố đồng Sự pha tạp Cu vào NC CdS chứng minh thông qua phổ quang huỳnh quang giản đồ nhiễu xạ tia X Cường độ huỳnh quang tăng nồng độ Cu tăng từ đến 10% giảm nồng độ pha tạp Cu lên đến 20% Các đỉnh nhiễu xạ NC CdS:Cu dịch nhẹ phía góc 2θ lớn chứng minh có thay ion Cu2+ cho ion 37 Nguyễn Xuân Ca Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Cd2+ Hằng số mạng CdS:Cu giảm từ 5,826 xuống 5,817 5,802 Å ứng với nồng độ pha tạp Cu tương ứng 0, 10% Sự phụ thuộc lượng vùng cấm cường độ phát xạ NC CdS theo nhiệt độ giải thích dãn nở mạng tinh thể, tương tác exciton-phonon chế kích hoạt trạng thái bắt hạt tải nhiệt độ Đối với NC CdS pha tạp Cu, lượng cường độ phát xạ phụ thuộc phức tạp theo nhiệt độ giải thích truyền lượng mạng CdS cho tạp Cu Khảo sát phổ PL phân giải thời gian NC CdS pha tạp Cu 3% cho thấy thời gian sống trung bình tăng lên cách đáng kể (584,7 ns) so với NC CdS không pha tạp (19,07 ns) Các NC CdS:Cu có thời gian sống dài phù hợp với ứng dụng lĩnh vực quang điện, khuếch đại quang đánh dấu sinh học LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 103.022017.350 TÀI LIỆU THAM KHẢO C Zhang, S Liu, X Liu, F Deng, Y Xiong and F.-C Tsai (2018), “Incorporation of Mn2+ into CdSe quantum dots by chemical bath co-deposition method for photovoltaic enhancement of quantum dot-sensitized solar cells”, R Soc Open Sci, 5, pp.171712 F Muckel, S Delikanli, P L HernándezMartínez, T Priesner, S Lorenz, J Ackermann, M Sharma, H V Demir and G Bacher (2018), “sp−d Exchange Interactions in Wave Function Engineered Colloidal CdSe/Mn:CdS HeteroNanoplatelets”, Nano Lett, 18, pp 2047 M A Kamran (2018), “The aggregation of Mn2+, its d-d transition in CdS:Mn(II) nanobelts and bound magnetic polaron formation at room temperature”, Nanotechnology, 29, pp.435702 N H Patel, M P Deshpande, S H Chaki (2015), “Study on structural, magnetic properties of undoped and Ni doped CdS nanoparticles”, Mater Sci Semi Pro, 31, p.272 R W Meulenberg, T van Buuren, K M Hanif, T M Willey, G F Strouse, and L J Terminello (2004), “Structure and Composition of 38 190(14): 31 - 39 Cu-Doped CdSe Nanocrystals Using Soft X-ray Absorption Spectroscopy”, Nano Lett, 4, p.2277 J Ning, J Liu, Y Levi-Kalisman, A I Frenkel, U Banin (2018), “Controlling Anisotropic Growth of Colloidal ZnSe Nanostructures”, J Am Chem Soc,140, pp.14627 F Zhang, X.-W He, W.-Y Li and Y.-K Zhang (2012), “One-pot aqueous synthesis of composition-tunable near-infrared emitting Cudoped CdS quantum dots as fluorescence imaging probes in living cells”, J Mater Chem, 22, pp.22250 B J W Stouwdam and R A J Janssen (2009), “Electroluminescent Cu-doped CdS Quantum Dots”, Adv Mater, 21, pp.2916 G K Grandhi and R Viswanatha (2013), “Tunable Infrared Phosphors Using Cu Doping in Semiconductor, Nanocrystals: Surface Electronic Structure Evaluation”, J Phys Chem Lett, 4, pp.409 10 P Mandal, S S Talwar, S S Major and R S Srinivasa (2008), “Orange-red luminescence from Cu doped CdS nanophosphor prepared using mixed Langmuir–Blodgett multilayers”, J Chem Phys, 128, pp.114703 11 D Choi, J Y Pyo and D J Jang (2017), “Impurity Location-Dependent Relaxation Dynamics of Cu:CdS Quantum Dots”, Nano Res Lett, 12, pp.49 12 R Xie and X Peng (2009), “Synthesis of CuDoped InP Nanocrystals (d-dots) with ZnSe Diffusion Barrier as Efficient and Color-Tunable NIR Emitters”, J Am Chem Soc, 131, pp.10645 13 G K Grandhi and R Viswanatha (2013), “Tunable Infrared Phosphors Using Cu Doping in Semiconductor Nanocrystals: Surface Electronic Structure Evaluation”, J Phys Chem Lett, 4, pp.409 14 G Morello, A Fiore, R Mastria, A Falqui, A Genovese, A Cretì, M Lomascolo, I R Franchini, L Manna, F D Sala, R Cingolani, and M D Giorgi (2011), “Temperature and Size Dependence of the Optical Properties of TetrapodShaped Colloidal Nanocrystals Exhibiting Type-II Transitions”, J Phys.Chem C, 115, pp.18094 15 K Boldt, C Ramanan, A Chanaewa, M Werheid, and A Eychmüller (2015), “Controlling Charge Carrier Overlap in Type-II ZnSe/ZnS/CdS Core–Barrier–Shell Quantum Dots”, J Phys Chem Lett, 6, pp.2590 16 X Peng, J Wickham & P Alivisatos (1998), “Kinetics of II-VI and III -V colloidal semiconductor nanocrystal growth: focusing of size distributions”, J Am Chem Soc,120, pp.5343 Nguyễn Xuân Ca Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 17 K Manzoor, S R Vadera, N.umar & T R N Kutty (2003), “Synthesis and photoluminescent properties of ZnS nanocrystals doped with copper and halogen”, Mater Chem Phys, 82, pp.718 18 P T K Chin , C D M Donega , S S Bavel , S C J Meskers , N A J M Sommerdijk , and R A J Janssen (2007), “Highly Luminescent CdTe/CdSe Colloidal Heteronanocrystals with Temperature-Dependent Emission Color”, J Am Chem Soc, 129, pp.14880 19 C H Wang, T T Chen, K W Tan, Y F Chen, C T Cheng and P T Chou (2006), 190(14): 31 - 39 “Photoluminescence properties of CdTe∕CdSe core-shell type-II quantum dots”, J Appl Phys, 99, pp.123521 20 K P O Donnell & X Chen (1991), “Temperature dependence of semiconductor band gaps dependence of semiconductor band gaps”, Appl Phys Lett, 58, pp.2924 21 L L Yan, Y T Li, C X Hu, X J Li (2015), “Temperature-dependent photoluminescence and mechanism of CdS thin film grown on Si nanoporous pillar array”, App Surf Sci, 349, pp 219 ABSTRACT FABRICATION AND STUDY OF OPTICAL PROPERTIES OF CU-DOPED CDS NANOCRYSTALS Nguyen Xuan Ca1, Nguyen Thi Hien1*, Le Dac Duan1, Tran Thi Hong Gam1, Nguyen Thi Thao1, Vu Thuy Mai1, Vu Hong Tuan1, Pham Minh Tan1 University of Science – TNU, University of Technology - TNU Cu-doped CdS nanocrystals (NCs) have been prepared by wet chemical method in ODE solvent The shape, crystal structure, and their optical properties have been studied through TEM image, Xray diffraction pattern, absorption spectra, fluorescence spectroscopy and fluorescence lifetime The research results show that Cu-doped CdS NCs have a spherical shape, narrow size distribution and zincblende structure when changing Cu concentration The Cu-doped analysis showed that when Cu concentration increased, the particle size did not change The fluorescence intensity increased as Cu concentration increasing from to 10% and decreased when Cu concentration was up to 20% The dependence of bandgap energy, emission intensity of CdS and Cu-doped CdS NCs in the temperature range of 15-300K, and the mechanism of energy transfer between the CdS substrate and Cu-doped have been investigated and explained The time-resolved fluorescence lifetime spectrum shows that the Cu-doped CdS NCs have a very long lifetime (up to 585 ns), which are suitable for applications in the fields of biomarkers, optical amplification and photovoltaic Keywords: Nanocrystal, semiconductor, doped, optical properties, CdS:Cu Ngày nhận bài: 14/11/2018; Ngày hoàn thiện: 20/11/2018; Ngày duyệt đăng: 15/12/2018 * Email: hiennt@tnus.edu.vn 39 ... NC CdS CdS :Cu theo nhiệt độ chế truyền lượng mạng CdS cho tạp Cu nghiên cứu giải thích Bước 2: Chế tạo nano tinh thể CdS CdS :Cu THỰC NGHIỆM Khảo sát tính chất NC Hóa chất Để nghiên cứu tính chất. .. hưởng nồng độ pha tạp Cu đến tính quang NC CdS: Cu Giản đồ nhiễu xạ tia X NC CdS không pha tạp NC CdS pha tạp Cu với tỷ lệ Cu 3% 10% thể Hình Từ kết quan sát Hình ta nhận thấy, pha tạp Cu thay vị... bày kết chế tạo nghiên cứu tính chất quang NC CdS CdS pha tạp Cu Các mẫu chế tạo với thời gian phản ứng từ đến 90 phút nồng độ Cu thay đổi từ 0,1 đến 20% Hình thái, cấu trúc NC CdS CdS :Cu xác