Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang và từ của các nano tinh thể bán dẫn ba thành phần cdtese pha tạp ni

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC VŨ HỒNG TUÂN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG VÀ TỪ CỦA CÁC NANO TINH THỂ BÁN DẪN BA THÀNH PHẦN CdTeSe PHA TẠP Ni LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THÁI NGUYÊN - 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC VŨ HỒNG TUÂN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG VÀ TỪ CỦA CÁC NANO TINH THỂ BÁN DẪN BA THÀNH PHẦN CdTeSe PHA TẠP Ni Chuyên ngành: Quang học Mã số: 44 01 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Cán hướng dẫn khoa học: TS PHAN THẾ LONG THÁI NGUYÊN - 2019 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới TS Phan Thế Long TS Nguyễn Xuân Ca hai thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học, bảo tận tình tạo điều kiện tốt giúp em suốt trình làm thực nghiệm kiến thức vật chất để em hoàn thành trình nghiên cứu viết luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến ban giám hiệu thầy cô giáo Khoa Vật Lý – Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên trang bị cho em tri thức khoa học tạo điều kiện học tập thuận lợi cho em suốt thời gian học tập nghiên cúu Cuối cùng, xin cảm ơn tới gia đình, họ hàng người thân tôi, người động viên tinh thần giúp đỡ vật chất Tơi khơng biết nói lời cảm ơn sâu sắc, chân thành tới người thân yêu Xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng 11 năm 2019 Học viên Vũ HồngTuân iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT x MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA NANO TINH THỂ BÁN DẪN BA THÀNH PHẦN .3 1.1 Các dịch chuyển quang nano tinh thể bán dẫn 1.2 Cấu trúc vùng lượng bán dẫn .3 1.3 Công nghệ chế tạo nano tinh thể bán dẫn ba thành phần 1.4 Chế tạo tính chất quang NC bán dẫn pha tạp 1.5 Chế tạo tính chất quang NC CdTe1-xSex .11 1.5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ chế tạo 11 1.5.2 Ảnh hưởng thời gian phản ứng 13 1.5.3 Ảnh hưởng hoạt tính hóa học Se Te 14 1.5.4 Ảnh hưởng tỷ lệ tiền chất Te/Se 16 1.6 Tính chất điện từ NC bán dẫn pha tạp KLCT 16 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM .20 2.1 Chế tạo nano tinh thể CdTe1-xSexvà CdTe1-xSex:Niy 20 2.1.1 Hóa chất 20 2.1.2 Hệ chế tạo mẫu .20 2.1.3 Tạo dung dịch tiền chất 21 2.1.4 Quy trình tổng hợp nano tinh thể CdTe1-xSex 21 2.1.5 Quy trình tổng hợp nano tinh thể CdTe1-xSex:Niy 21 2.1.6 Làm mẫu 21 2.2 Các phương pháp khảo sát đặc trưng vật liệu 22 2.2.1 Nhiễu xạ tia X (X-ray diffraction - XRD) 22 iv KẾT LUẬN Luận văn thu kết sau: Đã chế tạo thành công NC hợp kim CdTe1−xSex:Niy với thành phần nguyên tố phân bố đồng phương pháp hóa ướt dung mơi không liên kết ODE sử dụng tiền chất CdO, Te Se Các kết nghiên cứu cho thấy hoạt tính hóa học Te mạnh nhiều so với Se phản ứng với Cd Để chế tạo thành công NC CdTe1−xSex:Niy với thành phần nguyên tố phân bố đồng cần bơm chậm tiền chất Te Se vào dung dịch phản ứng chứa Cd nhiệt độ cao ủ nhiệt thời gian dài Bằng việc thay đổi thành phần x kích thước NC gần khơng thay đổi, bước sóng phát xạ NC CdTe1−xSex thay đổi từ 618 nm đến 719 nm dịch phía bước sóng ngắn tăng thành phần Se (x) Sự pha tạp Ni với hàm lượng lên đến 10 % không làm thay đổi hình dạng, kích thước cấu trúc NC CdTe1−xSex:Niy Độ rộng vùng cấm NC CdTe1−xSex:Niy tăng nhẹ, thời gian sống exciton tăng đáng kể hàm lượng Ni tăng Kết khảo sát tính chất từ cho thấy tồn đồng thời pha sắt từ yếu nghịch từ NC Cd1-xNixTeSe 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Anh A Salman, Spectroscopy and kinetic studies of electron-hole recombination in CdSe nanoparticles effect of size, shape, and lattice structure, Ph D Thesis, Lausanne, EPFL, chapter 2007 J Li, J B Xia, Exciton states and optical spectra in CdSe nanocrystallite quantum dots, Phys Rev B, 61, 2000, 15880- 15886 X Zhong, M Han, Z Dong, T J White,W Knoll, Composition-Tunable ZnxCd1-xSe Nanocrystals with High Luminescence and Stability,J Am Chem Soc, 125, 2003, 8589– 8594 S Acharya, N Pradhan, Insertion/Ejection of Dopant Ions in Composition Tunable Semiconductor Nanocrystals, J Phys Chem, 115,2011, 19513–19519 N.X Ca, N.T Hien, N.T Luyen, V.T.K Lien, L.D Thanh, P.V Do, N.Q.Bau,T.T Pham, J Alloy Comp, 787,2019, 823-830 R N Bhargava, D Gallagher, X Hong, A Nurmikko, Optical properties of manganesedoped nanocrystals of ZnS,Phys Rev Lett, 72, 1994, 416-419 N Yao, & V Na, High-Quality Manganese-Doped ZnSe, Nanocrystals, 1, 2001, 3–7 N Pradhan, D Goorskey, J Thessing & X Peng, An alternative of CdSe nanocrystal emitters: Pure and tunable impurity emissions in ZnSe nanocrystals, J Am Chem Soc, 127, 2005, 17586–17587 N S Karan, D D Sarma, R M Kadam & N Pradhan, Doping Transition Metal (Mn or Cu) Ions in Semiconductor Nanocrystals, J Phys Chem Lett, 1, 2010, 2863–2866 Z Han, L Ren, L Chen, M Luo, H Pan, C Li, J Chen, Synthesis and optical properties of watersoluble CdTe1-xSex quantum dost with ultra-long fluorescence lifetime, J Alloy Comp, 699, 2017, 216-221 L Liao, H Zhang, X Zhong, Facile synthesis of red-to near-infrared-emitting CdTe1-xSex alloyed quantum dots via a noninjection one-pot route, J Lumines,131, 2011, 322-327 Z Wan, W Luan, S Tu, Continuous synthesis of CdTe1-xSex nanocrystals: Chemical composition gradient and single-step capping, J Coll Inter Sci, 356, 2011, 78–85 N S Karan, D D Sarma, R M Kadam, N Pradhan, Doping Transition Metal ( Mn or Cu ) Ions in Semiconductor Nanocrystals, J Phys Chem Lett, 1, 2010, 2863–2866 P Sharma, A Gupta, F.J Owens, A Inoue, K.V Rao, Room temperature spintronic material - Mn-doped ZnO revisited, J Magnet Mater, 282, 2004, 115 10 11 12 13 14 15 T.L Phan, T.A Ho, N.T Dang, M.C Nguyen, V.D Dao, Electronic structure, optical and magnetic studies of PLD-grown (Mn, P)-doped ZnO nanocolumns at room temperature, J Phys D: Appl Phys, 50, 2017, 295002 16 T.L Phan, S.C Yu, Optical and magnetic properties of Zn1–xMnxO nanorods grown by chemical vapor deposition, J Phys Chem C, 117, 2013, 6443 17 S Kumar, S Jain, N.K Verma, Magnetic and structural characterization of transition metal co-doped CdS nanoparticles, App Nano, 2, 2012, 127 47 18 G X Liang, M M Gu, J R Zhang and J J Zhu, Preparation and bioapplication of highquality, water-soluble, biocompatible, and near-infrared-emitting CdSeTe alloyed quantum dots, Nanotechnology, 20, 2009, 415103 19 M R Kim, S Y Park and D J Jang, Composition Variation and Thermal Treatment of ZnxCd1-xS Alloy Nanoparticles to Exhibit Controlled and Efficient Luminescence, J Phys Chem C, 114, 2010, 6452-6457 20 Y Kelestemur, B Guzelturk, O Erdem, M Olutas, T Erdem, C F Usanmaz, K Gungor and H V Demir,CdSe/CdSe1–xTex Core/Crown Heteronanoplatelets: Tuning the Excitonic Properties without Changing the Thickness, J Phys Chem C, 121, 2017, 4650-4658 21 X Wang, Y Xu, R Tong, X Zhou, Q Li and H Wang,Compositional effects and optical properties of CdSeXTe1−X alloyed nanotube arrays, Cryst Eng Comm, 17, 2015, 960-966 22 N X Ca, N T Hien, P M Tan, T L Phan, L D Thanh, P V Do, N Q Bau, V T K Lien and H T Van, Tunable dual emission in type-I/type-II CdSe/CdS/ZnSe nanocrystals, J Alloy Comp, 791, 2019, 144-151 23 J Zhang,Q Yang,H Cao, C I Ratcliffe,D Kingston, Q Y Chen, J Ouyang,X Wu,D M Leek,F S Riehleand K Yu,Bright Gradient-Alloyed CdSexS1–x Quantum Dots Exhibiting Cyan-Blue Emission, Chem Mater, 28, 2016, 618−625 24 S Dey,S Chen,S Thota, M R Shakil, S L Suiband J Zhao,Effect of Gradient Alloying on Photoluminescence Blinking of Single CdSxSe1–x Nanocrystals, J Phys Chem C, 120, 2016, 20547−20554 25 B E Robert and S Nie,Alloyed Semiconductor Quantum Dots:  Tuning the Optical Properties without Changing the Particle Size, J Am Chem Soc, 125, 2003, 7100-7106 26 B.T Spann, X Xu,Quantifying electron-phonon coupling inCdTe1−xSex nanocrystals via coherent phonon manipulation, Appl Phys Lett, 105, 2014, 083111 27 R Viswanatha, S Sapra, S.S Gupta, B Satpati, P.V Satyam, B.N Dev, D.D Sarma, Synthesis and Characterization of Mn-Doped ZnO Nanocrystals, J Phys Chem B, 108, 2004, 6303 28 C.E Kim, P Moon, S Kim, J.M Myoung, H.W Jang, J Bang, I Yun,Effect of carrier concentration on optical bandgap shift in ZnO:Ga thin films, Thin Solid Films, 518, 2010, 6304 Tài liệu tiếng Việt 29 Lê Bá Hải, Luận văn tiến sĩ, Chế tạo nghiên cứu tính chất quang chấm lượng tử bán dẫn CdSe, CdSe/CdS, Viện khoa học Vật liệu (2010) 30 Phạm Minh Kiên, luận văn thạc sĩ, Nghiên cứu chế tạo tính chất quang nano tinh thể ba thành phần ZnxCd1-xS pha tạp kim loại chuyển tiếp, Viện Vật lý (2014) 31 Đỗ Thị Tú Quyên, luận văn thạc sĩ, Chế tạo nghiên cứu tính chất quang nano tinh thể bán dẫn hợp kim CdTe1-xSex, Đại học Khoa học Thái Nguyên (2018) 48 ... TUÂN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG VÀ TỪ CỦA CÁC NANO TINH THỂ BÁN DẪN BA THÀNH PHẦN CdTeSe PHA TẠP Ni Chuyên ngành: Quang học Mã số: 44 01 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Cán hướng dẫn khoa... CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA NANO TINH THỂ BÁN DẪN BA THÀNH PHẦN .3 1.1 Các dịch chuyển quang nano tinh thể bán dẫn 1.2 Cấu trúc vùng lượng bán dẫn .3 1.3 Công nghệ chế tạo nano. .. chế tạo nano tinh thể bán dẫn ba thành phần 1.4 Chế tạo tính chất quang NC bán dẫn pha tạp 1.5 Chế tạo tính chất quang NC CdTe1-xSex .11 1.5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ chế tạo