Nghiên cứu chế tạo led trắng từ các chấm lượng tử cdse

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA VẬT LÝ PHẠM THỊ NGỌC TÂM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LED TRẮNG TỪ CÁC CHẤM LƢỢNG TỬ CdSe KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Vinh - 2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA VẬT LÝ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LED TRẮNG TỪ CÁC CHẤM LƢỢNG TỬ CdSe CHUYÊN NGÀNH: VẬT LÝ CHẤT RẮN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Quảng Sinh viên thực : Phạm Thị Ngọc Tâm Lớp : 48B - Vật lý Vinh - 2011 Hồng MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ ĐIỐT PHÁT ÁNH SÁNG TRẮNG 1.1 Tổng quan điốt phát quang (LED) 1.1.1 Tính chỉnh lưu lớp chuyển tiếp PN 1.1.2 Ứng dụng chuyển tiếp PN LED 1.1.3 Các tham số đặc trưng LED 1.1.4 Ứng dụng LED 10 1.2 Nguyên tắc chế tạo LED trắng từ LED đơn sắc 11 1.3 Ưu điểm điốt phát ánh sáng trắng (WLED) .13 1.4 Các vật liệu dùng để chế tạo LED 15 1.5 Kết luận chương 17 Chƣơng ỨNG DỤNG CỦA CHẤM LƢỢNG TỬ CdSe TRONG CHẾ TẠO LED TRẮNG 18 2.1 Tổng quan vật liệu bán dẫn 18 2.2 Lý thuyết phát xạ photon bán dẫn 20 2.3 Giới thiệu chấm lượng tử 24 2.3.1 Một số hiệu ứng đặc biệt vật liệu kích thước nano mét 24 2.3.2 Tính chất phát quang chấm lượng tử 25 2.4 Chấm lượng tử CdSe 25 2.4.1 Giới thiệu chất bán dẫn CdSe 25 2.4.2 Vài nét lịch sử xuất chấm lượng tử CdSe 26 2.4.3 Chế tạo chấm lượng tử CdSe từ CdO 26 2.4.4 Cấu trúc chấm lượng tử CdSe 27 2.4.5 Tính chất phát xạ quang chấm lượng tử CdSe 28 2.5 Ứng dụng chấm lượng tử CdSe vào chế tạo LED trắng 29 2.6 Mơ hình cấu trúc LED trắng 32 2.7 Kết luận chương 35 KẾT LUẬN 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 So sánh hiệu qu sử dụng đ n LED với đ n hu nh quang 14 Bảng 1.2 Một số vật liệu chế tạo LED với màu sắc bước sóng phát xạ tương ứng…………………………………………… 16 Bảng 2.1 Bề rộng vùng cấm Eg số hợp chất AIIBVI 19 Bảng 2.2 Bước sóng độ rộng lượng vùng cấm 21 Bảng 2.3 Mối liên hệ kích thước bước sóng 34 Bảng 2.4 Liên hệ kích thước, bước sóng màu sắc phát xạ CdSe 36 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phân cực cho lớp chuyển tiếp PN Hình 1.2 Đường đặc trưng V-A lớp chuyển tiếp PN Hình 1.3 Cấu trúc LED Hình 1.4 Mơ hình cấu trúc LED Hình 1.5 Hình nh số loại LED thơng thường 10 Hình 1.6 Ứng dụng LED trang trí giao thơng 11 Hình 1.7 Nguyên lý trộn ba màu để tạo thành ánh sáng trắng 12 Hình 1.8 Cấu trúc nguyên lý phát xạ LED trắng từ phốt 12 Hình 1.9 Ứng dụng LED thắp sáng 14 Hình 2.1 Cơ chế phát xạ photon bán dẫn 20 Hình 2.2 Bề rộng vùng cấm trạng thái khối hạt nano 23 Hình 2.3 Sơ đồ chế tạo chấm lượng tử CdSe từ CdO 27 Hình 2.4 Phổ nhiễu xạ tia X CdSe chế tạo 2400C 3000C 28 Hình 2.5 Màu sắc phát xạ CdSe phụ thuộc vào kích thước 29 Hình 2.6 Sự phụ thuộc cường độ vào bước sóng phát xạ 31 Hình 2.7 So sánh cường độ phát quang hai cấu trúc LED trắng (QDs YAG) 31 Hình 2.8 Cấu trúc LED PolinaO Annikeeva đề xuất 32 Hình 2.9 Mơ hình cấu trúc LED trắng sở CdSe 33 LỜI CẢM ƠN Khóa luận thực Trường Đại học Vinh, hướng dẫn thầy giáo, tiến sĩ Nguyễn Hồng Quảng Tác gi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy nhiệt tình hướng dẫn tác gi suốt thời gian hồn thành khóa luận Nhân dịp tác gi c ng xin chân thành c m ơn Ban Chủ nhiệm thầy giáo, cô giáo khoa Vật lý, Trường Đại học Vinh gia đình, bạn b giúp đ tác gi suốt thời gian học tập khoa Vật lý tạo điều kiện thuận lợi để tác gi hồn thành khóa luận Trong q trình thực khóa luận, cố gắng chắn không tránh khỏi sơ suất hạn chế Tác gi biết ơn trân trọng ý kiến phê bình, đóng góp từ thầy giáo, cô giáo, bạn sinh viên c ng tất c bạn đọc khác Vinh, tháng năm 2011 Tác giả MỞ ĐẦU Điện chiếu sáng thông thường chiếm c 20% điện lượng tiêu thụ nước, tỷ lệ đáng kể [13] Vì thế, bất k c i tiến thiết bị chiếu sáng, từ hiệu suất phát sáng, tiết kiệm điện hay kéo dài tuổi thọ thiết bị c ng mang lại lợi ích lớn cho cộng đồng quốc gia Cùng với yêu cầu ngày cao công suất thiết bị chiếu sáng, yêu cầu gi m thiểu ô nhiễm c ng lượng tiêu thụ thiết bị c ng đặt Sự đời hệ bóng đ n tiết kiệm điện để bước đáp ứng nhu cầu Đ n hu nh quang thay dần bóng đ n dây tóc gi i phần điện dùng cho thắp sáng Bóng đ n compact đời với nhiều đặc tính ưu việt hẳn loại đ n trước nhiều người ưa chuộng nhà nước khuyên dùng nhằm gi m điện tiêu thụ Mặc dù vậy, việc tìm tịi, phát minh thiết bị chiếu sáng nhằm c i tiến tính chúng tiêu thụ điện năng, tuổi thọ kéo dài công suất phát sáng lớn, đáp ứng nhu cầu ngày cao công nghệ chiếu sáng tiếp tục nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu Công nghệ chiếu sáng từ điốt phát quang (Light Emiting Diode- LED) lần nhà khoa học người Nga Oleg Losve phát minh năm 1927 [8] Bóng đ n LED giới thiệu thương mại hóa lần Mỹ năm 1962 [8] Sau đó, Nick Holonyak Jr- xem cha đẻ công nghệ LED đa sắc - hợp tác với M Geogre Crawford trường Đại học Illinois (Hoa K ) để hoàn thiện hết màu sắc sẵn có LED Năm 1993, lần đầu tiên, LED trắng cơng ty hóa chất Nichia Nhật nghiên cứu chế tạo thành công Màu trắng kết hợp màu lam InGaN LED YAG phosphor hiệu qu phát quang 10 lm/W, tuổi thọ 10000 Từ năm 2000 đến nay, nhiều cấu trúc LED trắng nghiên cứu ứng dụng Tuy nhiên, giá thành chúng đắt Mặt khác, màu b n để tạo thành màu trắng (màu đỏ, màu lục, màu lam) phát từ chất khác Sau thời gian sử dụng chất khác có hệ số suy gi m màu khác nhau, nên ánh sáng khơng cịn trung thực ban đầu Với đời công nghệ nano, nhiều chất bán dẫn kích thước nano nghiên cứu chế tạo Đối với tinh thể bán dẫn nano, bước sóng phát xạ khơng phụ thuộc vào loại vật liệu mà phụ thuộc vào kích thước Do đó, từ chất ban đầu, cách thay đổi kích thước phù hợp, người ta thu ánh sáng phát xạ với màu đỏ, màu lục lam, từ tổng hợp thành ánh sáng trắng Sự hấp dẫn tính chất vật liệu nano tiềm to lớn LED trắng thực tế động lực khiến chọn đề tài “Nghiên cứu chế tạo LED trắng từ chấm lượng tử CdSe” cho khóa luận tốt nghiệp Mục đích khóa luận nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động LED LED phát ánh sáng trắng, nghiên cứu ứng dụng chấm lượng tử CdSe chế tạo LED trắng Bằng phương pháp nghiên cứu tài liệu, gi ng báo khoa học cấu tạo, nguyên lý hoạt động LED, LED trắng dùng bán dẫn kích thước nano với hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn tơi hồn thành khóa luận Ngồi phần Mở đầu Kết luận, nội dung khóa luận trình bày hai chương sau đây: Chƣơng 1, “Tổng quan điốt phát ánh sáng trắng”, trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, tham số đặc trưng, ứng dụng LED đơn sắc Một số nguyên tắc chế tạo LED trắng từ LED đơn sắc c ng mô t chương Chương kết thúc với phần trình bày vật liệu chế tạo LED Chƣơng 2, “Ứng dụng chấm lƣợng tử CdSe chế tạo LED trắng”, trình bày tính chất b n vật liệu bán dẫn tinh thể nhóm II-VI Đặc tính phát xạ quang phụ thuộc vào kích thước chấm lượng tử CdSe nghiên cứu ứng dụng chế tạo LED trắng Các kết qu nghiên cứu gần nhiều nhóm tác gi giới c ng phân tích, so sánh, từ đưa mơ hình LED trắng Phần Kết luận tóm tắt kết qu đạt đề tài hướng phát triển Khóa luận kết thúc với danh mục tài liệu tham kh o CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐIỐT PHÁT ÁNH SÁNG TRẮNG Như phần mở đầu giới thiệu, điốt phát quang (LED) có nhiều ứng dụng đời sống kĩ thuật Đặc biệt từ LED trắng chế tạo thành cơng, LED nhanh chóng thâm nhập vào thị trường chiếu sáng Hiện nay, xu hướng nước tiên tiến đẩy mạnh kế hoạch chiếu sáng LED hy vọng đến năm 2025 50% đ n chiếu sáng LED [13] Để bắt kịp với xu hướng này, Việt Nam có dự án nghiên cứu phát triển cơng nghệ LED bước đầu đưa LED vào chiếu sáng Chương với tựa đề “Tổng quan điốt phát ánh sáng trắng” trình bày tổng quan điốt phát quang cấu trúc, nguyên lý hoạt động đặc trưng b n LED số nguyên tắc chế tạo LED trắng từ LED đơn sắc b n Nguyên tắc lựa chọn vật liệu chế tạo LED c ng đưa th o luận cuối chương đồng thời mở kh ứng dụng vật liệu nano chế tạo LED trắng 1.1 Tổng quan điốt phát quang (LED) 1.1.1 Tính chỉnh lưu chuyển tiếp PN Chuyển tiếp PN hình thành cho mẫu bán dẫn loại p tiếp xúc công nghệ với mẫu bán dẫn loại n Lớp tiếp xúc có đặc tính khác hẳn với hai vùng bán dẫn P N Trong lớp tiếp xúc PN bao gồm hai khối điện tích trái dấu ion âm bên phía bán dẫn P ion dương bên phía bán dẫn N Đây ion cố định, không dẫn điện, vậy, lớp tiếp xúc PN gọi 10 2.3 Giới thiệu chấm lƣợng tử Chấm lượng tử (Quantum dot, QD) tinh thể bán dẫn có kích thước nhỏ 10 nano met Chấm lượng tử chứa vài nguyên tử đến vài ngàn nguyên tử thành hình từ dung dịch dạng keo (colloid) Nghiên cứu chấm lượng tử dạng tinh thể xuất phát từ việc gia tăng hiệu suất biến đổi từ lượng mặt trời sang lượng điện chế tạo pin mặt trời Từ năm 1986, sau chế tạo thành công chấm lượng tử từ dung dịch dạng keo, nghiên cứu chấm lượng tử gia tăng mãnh liệt Đến năm 2005, giới có gần 2.000 đăng ký phát minh cho ứng dụng chấm lượng tử Vào thập niên 90 kỷ trước, nhà khoa học Mỹ Nga phát tinh thể nano bán dẫn phát màu ánh sáng khác tùy vào kích c [15] Phần trình bày số hiệu ứng đặc biệt vật liệu kích thước nano met 2.3.1 Một số hiệu ứng đặc biệt vật liệu kích thước nano mét Khi kích thước vật liệu gi m xuống c nano met, có hai hiệu ứng đặc biệt x y ra: Thứ nhất, tỷ số số nguyên tử nằm bề mặt số nguyên tử c hạt nano trở nên lớn Mặt khác, lượng liên kết nguyên tử bề mặt bị hạ thấp cách đáng kể chúng không liên kết cách đầy đủ, thể qua nhiệt độ nóng ch y nhiệt độ chuyển pha cấu trúc hạt nano thấp nhiều so với vật liệu khối tương ứng Bên cạnh đó, cấu trúc tinh thể hạt hiệu ứng lượng tử trạng thái điện tử bị nh hưởng đáng kể số nguyên tử bề mặt, dẫn đến vật liệu cấu trúc nano có nhiều tính chất lạ so với vật liệu khối hứa hẹn mang lại ứng dụng quan trọng sống 30 Thứ hai, kích thước hạt gi m xuống xấp xỉ bán kính Bohr exciton vật liệu khối xuất hiệu ứng giam hãm lượng tử, trạng thái điện tử c ng trạng thái dao động hạt nano bị lượng tử hóa Các trạng thái bị lượng tử hóa cấu trúc nano định tính chất điện quang nói riêng, tính chất vật lý hóa học nói chung cấu trúc 2.3.2 Tính chất phát quang chấm lượng tử Chấm lượng tử bán dẫn có tính chất quang đặc biệt so với bán dẫn khối Những tính chất kết qu giam giữ lượng tử hàm sóng điện tử Kh điều khiển tính chất quang chấm lượng tử thơng qua kích thước làm cho chúng có vị trí quan trọng khoa học vật liệu lĩnh vực vật lý, hóa học, sinh học ứng dụng kĩ thuật 2.4 Chấm lƣợng tử CdSe 2.4.1 Giới thiệu chất bán d n CdSe CdSe bán dẫn hợp chất tạo thành từ nguyên tố Cadmi Selen [3] Trong đó, Cadmi nguyên tố đứng nhóm hai b ng hệ thống tuần hoàn Ở thể hơi, Cadmi nằm dạng đơn nguyên tử Trong tự nhiên Cadmi tìm thấy dạng quặng Cadmi kim loại trắng, mềm, dễ biến dạng có ánh kim Trong khơng khí Cadmi bị phủ lớp oxit CdO mỏng làm cho trở nên xám xịt lại Cadmi bắt dầu thăng hoa chân khơng 160 0C Khi đốt nóng Cadmi khơng khí cháy tạo thành CdO Cadmi làm cách cho thăng hoa chân khơng nhiệt độ 700 0C, khơng nóng ch y áp suất bình thường Selen nguyên tố nằm nhóm VI Ở trạng thái Selen tồn dạng Se, Se2, Se6 Ở trạng thái rắn, Selen tồn nhiều dạng thù hình 31 khác nhau: Selen vơ định hình, Selen thủy tinh, Selen đơn tà, Selen lục giác Tất c dạng thù hình tồn nhiệt độ phịng, dạng thù bền tinh thể lục giác, nhận từ q trình làm dung dịch Se nóng ch y đến 1800C giữ nhiệt độ thời gian dài có tính bán dẫn Se chưa nghiên cứu kĩ bất định cấu trúc c ng tạp chất Se Điện trở suất loại Se khác thay đổi từ 102 đến 1014  cm Bề rộng vùng cấm Se lục giác 1,8 eV 2.4.2 Vài nét lịch sử xuất chấm lượng tử CdSe Trước năm 1993, nhiều nhóm nghiên cứu cơng bố kết qu chế tạo chấm lượng tử CdSe từ nguyên liệu ban đầu khác (c hợp chất vô hữu cơ, kim), chất lượng khiêm tốn [2] Năm 1993, phịng thí nghiệm Bawendi (Khoa Hóa học, Viện Khoa học cơng nghệ Massachusetts, Hoa K ) công bố chế tạo thành công chấm lượng tử CdSe với kích thước 1,2–11,5 nm, phát quang với hiệu suất lượng tử cao (9,6%) [2] Từ đó, việc nghiên cứu ứng dụng chấm lượng tử CdSe nhà khoa học quan tâm, phát triển Mặc dù chất lượng CdSe nhóm Bawendi thu cao tiền chất tham gia ph n ứng Cd dimethyle cadmium Cd(Me)2 độc, nhà khoa học giới khơng ngừng tìm kiếm phương pháp chế tạo CdSe từ tiền chất thân thiện với môi trường Một phương pháp chế tạo CdSe từ CdO 2.4.3 Chế tạo chấm lượng tử CdSe từ CdO Qui trình chế tạo chấm lượng tử CdSe từ CdO trình bày Hình 2.3 Hỗn hợp CdO (0,8 mmol), DDPA (1,6 mmol), TOPO (3,5 ml) HDA (6,5 ml) nạp vào bình cầu cổ (dung tích 50 100 ml) Đun 32 nóng ch y hỗn hợp 600C hút chân không ~45 phút để loại bỏ ôxi tạp chất dễ bay Sau đó, đưa khí N2 vào để tạo mơi trường b o vệ nâng nhiệt độ lên 3000C Ở nhiệt độ này, dung dịch nóng ch y TOPO HDA hoà tan CdO, tạo phức Cd với DDPA tạo thành dung dịch suốt màu vàng nhạt Dung dịch giữ 3000C kho ng 15 phút, sau hạ dần ổn định nhiệt độ mong muốn ph n ứng x y (240–3000C), tu thuộc vào kích thước chấm lượng tử muốn chế tạo [2] Hình 2.3 Sơ đồ chế tạo chấm lượng tử CdSe từ CdO [2] 2.4.4 Cấu trúc chấm lượng tử CdSe Hình 2.4 gi n đồ nhiễu xạ tia X mẫu CdSe chế tạo 240 0C 3000C Có thể thấy đường nhiễu xạ mẫu CdSe chế tạo 2400C đám rộng tương ứng với pha tinh thể lập phương Trong đó, gi n nhiễu xạ tia X mẫu 3000C đỉnh nhiễu xạ cấu trúc lập phương cho thấy xuất thêm hai đỉnh nhiễu xạ mới, có góc nhiễu xạ 2  28,080 33 45,79 (tương ứng với mặt mạng d= 3,29 1,98 A ) pha tinh thể lục giác [2] Hình 2.4 Phổ nhiễu xạ tia X CdSe chế tạo 2400C 3000C [2] 2.4.5 Tính chất phát xạ quang chấm lượng tử CdSe Như biết độ rộng vùng cấm CdSe 1,7 eV Theo công thức (2.1) lượng tương ứng với bước sóng λ = 0,72 μm, tức nằm hoàn toàn vào miền ánh sáng đỏ Kh ứng dụng tinh thể CdSe mở rộng có kích thước nano Dựa vào cơng thức (2.8) tinh thể CdSe, kích thước hạt 1,95nm ta tính bước sóng photon phát 0,432 m, cho ta ánh sáng màu lam (blue) Khi kích thước hạt 6,7nm ánh sáng phát có 34 bước sóng 0,700 m cho ta ánh sáng màu đỏ (red) kích thước hạt 2,8 nm ánh sáng phát có bước sóng 0,55 m cho ánh sáng màu lục (green) Do thay đổi kích thước tinh thể CdSe ta thu tất c màu sắc ánh sáng từ đỏ đến xanh lam (cận ánh sáng tím) Hình 2.5 mơ t thay đổi màu sắc phụ thuộc vào kích thước hạt Hình 2.5 Màu sắc phát xạ CdSe phụ thuộc vào kích thước nó.[12] 2.5 Ứng dụng chấm lƣợng tử CdSe vào chế tạo LED trắng Trước xét số cấu trúc LED có ứng dụng chấm lượng tử CdSe, xét cấu trúc LED trắng Chen cộng đề xuất vào năm 2005 sau: Chíp LED InGaN phát ánh sáng màu lam phủ phôtpho màu vàng phát Yttrium Aluminium garnet (YAG) pha với Cerium Màu trắng phát từ YAG (phát xạ vàng) kích thích ánh sáng màu 35 xanh từ InGaN Ở cấu trúc này, hiệu qu phát quang thấp màu sắc bị thay đổi theo thời gian Tính chất phát xạ quang chấm lượng tử CdSe thu hút quan tâm nhà khoa học vài thập kỷ qua Như thấy, cách thay đổi kích thước chấm lượng tử CdSe làm thay đổi bước sóng phát xạ chúng Tính chất ứng dụng vào việc chế tạo LED trắng Sau số cấu trúc LED ứng dụng chấm lượng tử CdSe Trước hết, ta xét cấu trúc LED trắng Chen cộng đưa sau: Chíp LED InGaN phát màu lam, nhiên phủ lên chấm lượng tử CdSe (có cấu trúc lõi/vỏ CdSe/ZnSe để tăng cường độ sáng) Trong cấu trúc này, chấm lượng tử CdSe/ZnSe thay phôpho cấu trúc LED trắng InGaN – YAG Ở đây, màu trắng tạo thành qua hai chế: thứ nhất, trộn màu lam phát từ InGaN màu vàng từ CdSe/ZnSe QDs Thứ hai, màu trắng tạo thành màu lam phát từ InGaN màu đỏ, lục phát từ CdSe/ZnSe Cường độ phát quang bước sóng màu đỏ, lục, lam tạo thành màu trắng cấu trúc LED trắng thể qua Hình 2.6 36 Hình 2.6 Sự phụ thuộc cường độ vào bước sóng phát xạ [13] Chúng ta so sánh cường độ phát quang hai cấu trúc LED trắng qua Hình 2.7 Hình 2.7 So sánh cường độ phát quang LED trắng từ CdSe YAG [7] 37 Tuy nhiên cấu trúc hạn chế sau: Do suy gi m màu sắc InGaN khác suy gi m màu CdSe nên sau thời gian sử dụng ánh sáng khơng cịn trung thực Năm 2007 Polina O Anikeeva đề xuất cấu trúc LED trắng Hình 2.8 Cấu trúc có lớp phát sau: Màu đỏ QDs CdSe/ZnS coresell đỉnh sóng 620nm, màu lục QDs ZnSe/CdSe core- sell đỉnh sóng 540nm, màu lam ZnCdS đỉnh sóng 440nm (các QDs bao bọc polyme) Cấu trúc có tuổi thọ cao cấu trúc InGaN- CdSe/ZnSe Qds Chen Hình 2.8 Cấu trúc LED Polina O Annikeeva đề xuất [10] C ba cấu trúc trên, màu để trộn thành màu trắng không ph i từ chất phát sau thời gian sử dụng ánh sáng khơng trung thực suy gi m màu chất khác khác 38 2.6 M h nh cấu trúc LED trắng Trong thực tế, việc chế tạo chấm lượng tử CdSe có kích thước mong muốn với độ đồng cao thường khó Vì vậy, nhà nghiên cứu đề xuất loại vật liệu kết hợp CdSe với polymer Từ đặt loại vật liệu lai kết hợp CdSe với polymer có kh tạo LED với tuổi thọ cao, màu sắc ổn định, hiệu qu cao, kết hợp hiệu ứng giam cầm lượng tử bán dẫn vô CdSe với mềm dẻo, dễ chế tạo bán dẫn hữu chế tạo LED trắng Hình 2.9 Mơ hình cấu trúc LED trắng sở CdSe [6] Để có ánh sáng đỏ, lục, lam phát từ chấm lượng tử CdSe, kích thước chấm lượng tử cần điều khiển xác nhờ vào việc khống chế thời gian phát triển Cd Se dung môi, tỷ lệ tiền chất chứa Cd Se nhiệt độ ph n ứng Kích thước chấm CdSe xác định dựa vào công thức thực nghiệm: 39 D  (1.6122 109 )4  (2.6575 106 )3  (0.6242 103 )2  (0.4277)  41.57  bước sóng đỉnh hấp thụ UV-Vis, D đường kính hạt [8] Từ phụ thuộc này, chúng tơi tính kích thước chấm lượng tử CdSe B ng 2.3 Bảng 2.3 Mối liên hệ kích thước hạt bước sóng [11] Đỉnh hấp thụ (nm) Năng lượng (eV) Đường kính trung bình (nm) 463 472 480 487 506 517 532 539 549 557 2.68 2.6 2.6 2.6 2.5 2.4 2.3 2.3 2.3 2.2 2.1 2.2 2.2 2.4 2.5 2.7 2.8 3.0 3.2 2.1 Để phát xạ ánh sáng đỏ, lục lam, kích thước cần chế tạo CdSe thể qua B ng 2.4 Bảng 2.4 Liên hệ kích thước, bước sóng màu sắc phát xạ CdSe [6] Kích thước hạt 6,7 nm 2,85 nm 1,95 nm Bước sóng 700nm 545 nm 429 nm Màu Đỏ(Red) Lục ( Green) Lam ( Blue) Từ B ng 2.4 ta thấy thu ánh sáng có màu đỏ (Red), màu lục (Green) màu lam (Blue) từ chấm lượng tử CdSe có kích thước 6,7 nm; 2,85 nm; 1,95 nm Trên sở đó, chúng tơi để xuất mơ hình cấu trúc LED chúng tơi đề xuất với đặc điểm sau: Cực dương (anode) ITO (indium tin oxit) 40 Đế làm từ thủy tinh, lớp bán dẫn P làm từ PE DOT: PSS [poly (3,4ethylenedioxythiophen): poly (styrenesulfonate)] Lớp chặn điện tử: TPD [is (3- methylphenyl)-bis(phenyly)benzidine] Lớp phát photon: màu đỏ phát từ CdSe/ZnS QDs kích thước hạt 6,7nm đỉnh sóng 700nm, màu lục phát từ CdSe/ZnS QDs kích thước hạt 2,85nm đỉnh sóng 545nm, màu lam phát từ CdSe/ZnS kích thước 1,95 đỉnh sóng 492 nm 2.7 Kết luận chƣơng Với mục đích tìm hiểu tính chất phát xạ quang chấm lượng tử CdSe kh ứng dụng chúng việc chế tạo LED trắng, chương đạt kết qu sau: Thứ nhất, chương trình bày khái niệm chấm lượng tử số hiệu ứng quan trọng vật liệu kích thước nano Thứ hai, chương tính chất phát xạ quang chấm lượng tử CdSe phụ thuộc vào kích thước chúng Từ tính chất với việc đưa cấu trúc LED phát ánh sáng trắng có th o luận, đưa cấu trúc LED trắng với lớp phát gồm chấm lượng tử CdSe 41 KẾT LUẬN Với mục đích giới thiệu, tìm hiểu tổng quan LED LED trắngcông nghệ chiếu sáng tương lai Nghiên cứu kh ứng dụng chấm lượng tử CdSe công nghệ chế tạo LED trắng, khóa luận đạt kết qu sau: Thứ nhất, khóa luận trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động đặc trưng LED, đồng thời trình bày số nguyên tắc chế tạo LED trắng từ LED đơn sắc b n Khóa luận nêu ưu điểm vượt trội đ n LED, LED trắng cho thấy kh ứng dụng LED trắng công nghệ chiếu sáng Thứ hai, khóa luận trình bày vật liệu truyền thống để chế tạo LED, LED trắng Thứ ba, khóa luận trình bày tính chất phát xạ quang chấm lượng tử CdSe phụ thuộc vào kích thước chúng Từ đó, kh ứng dụng chấm lượng tử CdSe chế tạo LED trắng đưa th o luận Từ việc phân tích số cấu trúc LED trắng, khóa luận cho thấy việc ứng dụng chấm lượng tử vào chế tạo LED trắng nâng cao cường độ phát quang tuổi thọ LED trắng Cuối cùng, khóa luận đưa cấu trúc LED với lớp phát gồm chấm lượng tử CdSe Do lớp phát gồm chất CdSe nên cấu trúc có ưu điểm màu sắc trung thực, có suy gi m theo thời gian suy gi m đồng Tuy nhiên việc chế tạo chấm lượng tử CdSe với kích thước đồng khó khăn, phức tạp Vì vậy, việc đưa cấu trúc vào thực tế thách thức khoa học công nghệ 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đào Khắc An, “Vật liệu linh kiện bán dẫn quang điện tử thông tin quang”, nhà xuất b n ĐHQG Hà Nội, 2003 [2] Trần Kim Chi, Hiệu ứng kích thước ảnh hưởng lên tính chất quang CdS, CdSe, CuInS2, Viện khoa học vật liệu, 2010 [3] Phùng Hồ, Phan Quốc Phơ, “Giáo trình vật lý bán dẫn”, Nhà xuất b n Khoa học kỹ thuật, 2008 [4] TS Nguyễn Thị Bắc Kinh, GS.TS Phan Hồng Khôi, “Các giảng đèn LED ứng dụng chiếu sáng chung ( LED lamps for general lighting)”, Viện khoa học công nghệ Hà Nội, Hà Nội tháng 6/2010 [5] TS Nguyễn Văn Thao, TS Nguyễn Thị Bắc Kinh, TH.S V Đình Thịnh, GS.TS Phan Hồng Khơi, “Nghiên cứu phát triển công nghệ chế tạo ứng dụng đèn LED chiếu sáng hiệu quả, tiết kiệm điện năng”, Hội nghị khoa học- Công nghệ gắn với thực tiễn lần thứ 4, Đà Lạt 20-21/8/2010 [6] Nguyễn Hùng Tráng, “Tính chất phát xạ tinh thể CdSe kích thước nano met ứng dụng chế tạo LED trắng”, Đại học vinh, 2010 [7] H.S Chen, C.K Hsu, and H.Y.Hong, “InGaN- CdSe- ZnSe quantum Dots white LEDs”, IEEE Technology letters, 18, 193-195 (2006) [8].H.S Jang, H.Yang, S W.Kim,j.Y.Han, S.G.LEE, and D.Y.Jeon, (2008) “ White Light- Emitting Diodes with Excellent Color Rendering Based on Organically Capped CdSe Quantum Dot and Sr3SiO5:Ce3+, Li+ Phosphors”, Adv Mater.20, 2696-2702 [9] Jialong Zhao, Julie A Bardecker, Andrea M Munro, Michelle S Liu, Yuhua Niu, I-Kang Ding, Jingdong Luo, Baoquan Chen, Alex K.-Y 43 Jen, and David S Ginger, “Efficient CdSe/CdS Quantum Dot LightEmitting Diodes Using a Thermally Polymerized Hole Transport Layer”, Nano Lett., vol (3), pp 463–467, (2006) [10] Polina O Anikeeva, Jonathan E Halpert, Moungi G Bawendi, and Vladimir Bulović, “Electroluminescence Red−Green−Blue Colloidal Quantum from Dot a Mixed Monolayer”, Nano Lett., vol (8), pp 2196–2200 (2007) [11] Công nghệ nano, Wikipedia: http://vi.wikipedia.org/ưiki/C%C3%B4ng_ngh%E1%BB%87_nano (truy cập 15 tháng 01 năm 2011) [12] http://chem.ps.uci.edu/~lawm/Barriers%20and%20wells.pdf (truy cập ngày 28 tháng năm 2011) [13] http://greenvietnam.wordpress.com/2011/04/30/công-nghệ-chiếu-sángdùng-led-tiết-kiệm-dài-lâu/ (truy cập ngày 30 tháng năm 2011) [14] En.wikipediaorg/wiki/Light-emitting-diode ( truy cập ngày 20 tháng năm 2011) [15] Trương Văn Tân, Cơ học lượng tử vật liệu nano, www.erct.com 44 ... quang chấm lượng tử 25 2.4 Chấm lượng tử CdSe 25 2.4.1 Giới thiệu chất bán dẫn CdSe 25 2.4.2 Vài nét lịch sử xuất chấm lượng tử CdSe 26 2.4.3 Chế tạo chấm lượng tử CdSe từ. .. luận nghiên cứu cấu tạo, ngun lý hoạt động LED LED phát ánh sáng trắng, nghiên cứu ứng dụng chấm lượng tử CdSe chế tạo LED trắng Bằng phương pháp nghiên cứu tài liệu, gi ng báo khoa học cấu tạo, ... vào kích thước chấm lượng tử muốn chế tạo [2] Hình 2.3 Sơ đồ chế tạo chấm lượng tử CdSe từ CdO [2] 2.4.4 Cấu trúc chấm lượng tử CdSe Hình 2.4 gi n đồ nhiễu xạ tia X mẫu CdSe chế tạo 240 0C 3000C