Các NC CdS chế tạo đƣợc bằng phƣơng pháp hóa ƣớt với kỹ thuật bơm nóng trong hệ phản ứng ODE-OA-TOP có bƣớc sóng phát xạ trong khoảng từ 415 - 478 nm với FWHM hẹp. Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của mẫu NC CdS chế tạo tại nhiệt độ 310oC đƣợc trình bày trên hình 3.1. Có thể nhận thấy phổ hấp thụ có 3 đỉnh hấp thụ exciton đầu tiên khá rõ nét. Ba trạng thái exciton rõ nhất quan sát thấy là: 1S3/21Se, 1P3/21Pe và 2S3/21Se. Huỳnh quang FWHM khoảng 16,5 nm, phản ánh sự phân bố kích thƣớc hẹp của các NC CdS đã chế tạo đƣợc.
Hình 3.1. Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của NC CdS.
Để khảo sát quá trình phát triển của các NC CdS theo nhiệt độ và thời gian phản ứng, các NC CdS đƣợc chế tạo tại các nhiệt độ 270oC, 290oC và 310oC trong khi giữ nguyên tất cả các thông số phản ứng khác. Các mẫu NC CdS đƣợc lấy ra sau các khoảng thời gian từ 0,5 đến 180 phút. Phổ hấp thụ và
phổ huỳnh quang của các NC CdS chế tạo tại nhiệt độ 270oC, 290oC và 310oC trong các thời gian khác nhau đƣợc trình bày trên hình 3.2. Đỉnh phổ hấp thụ và cƣờng độ huỳnh quang đã đƣợc chuẩn hóa. Sự dịch xanh của đỉnh phổ hấp thụ thứ nhất của các NC CdS so với ví trí đỉnh phát xạ của tinh thể CdS khối (~ 2.45eV) thể hiện hiệu ứng giam giữ lƣợng tử của các hạt tải. Sự dịch dần phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang về phía năng lƣợng thấp khi thời gian phản ứng tăng do kích thƣớc của các NC CdS tăng.
Hình 3.2. Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của các lõi CdS chế tạo tại các nhiệt độ 270oC(a), 290oC(b), 310oC(c) theo thời gian phản ứng
Quan sát hình 3.3 ta thấy tại cùng một nhiệt độ khi thời gian phản ứng tăng thì đỉnh phổ hấp thụ và huỳnh quang dịch về phía năng lƣợng thấp (dịch đỏ) đồng thời FWHM giảm đạt giá trị cực tiểu sau đó tăng dần. Phổ huỳnh quang và hấp thụ dịch đỏ khi tăng thời gian chế tạo thể hiện kích thƣớc hạt vẫn tiếp tục phát triển theo thời gian do sự tan ra của các hạt nhỏ và phát triển của các hạt lớn hơn theo đúng cơ chế Ostwald.Thời gian để đạt đƣợc sự hội tụ kích thƣớc là hoàn toàn khác nhau và phụ thuộc và nhiệt độ chế tạo. Khi nhiệt độ chế tạo tăng thì thời gian xảy ra sự hội tụ kích thƣớc diễn ra nhanh hơn, với các nhiệt
độ chế tạo là 270oC, 290oC và 310oC thì thời gian này lần lƣợt là 90, 15 và 3 phút. Sự phân kỳ kích thƣớc xảy ra rõ ràng hơn trong trƣờng hợp nhiệt độ cao hơn giống nhƣ kết quả khảo sát với các NC CdTe [6].
Hình 3.3. Sự thay đổi vị trí đỉnh huỳnh quang và FWHM theo thời gian phản ứng của
các NC CdS chế tạo tại các nhiệt độ khác nhau: (a) 270oC; (b) 290oC; và (c) 310oC.
Trong khoảng thời gian đầu của phản ứng khi nhiệt độ chế tạo tăng thì kích thƣớc trung bình của các NC CdS cũng lớn hơn tại cùng một thời gian phản ứng. Kết quả này đƣợc giải thích khi nhiệt độ cao sẽ dẫn đến tốc độ phản ứng xảy ra nhanh hơn [32] (kích thƣớc hạt lớn hơn). Điều này hoàn toàn phù hợp với khảo sát lý thuyết về động học phát triển hạt đã trình bày ở trên.
Để xác định cấu trúc và chất lƣợng tinh thể của các NC CdS, các NC CdS chế tạo tại các nhiệt độ khác nhau với cùng thời gian chế tạo là 60 phút đƣợc tiến hành đo phổ nhiễu xạ tia X, kết quả cho thấy trong hình 3.4
Hình 3.4.Giản đồ nhiễu xạ tia X đã chuẩn hóa của các NC CdS chế tạo tại các nhiệt độ khác nhau
Kết quả quan sát trên giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy các NC CdS chế tạo tại các nhiệt độ khác nhau đều có cấu trúc lập phƣơng giả kẽm với các đỉnh nhiễu xạ đặc trƣng (111), (220) và (311). Từ hình 3.4 ta thấy rõ ràng các NC CdS chế tạo tại nhiệt độ cao hơn có chất lƣợng tinh thể tốt hơn thể hiện ở các đỉnh nhiễu xạ sắc nét hơn.
Để chế tạo thành công các NC loại II CdS/ZnSe thì chất lƣợng của lõi CdS đóng vai trò rất quan trọng. Mục đích đặt ra là cần chế tạo các NC lõi CdS có kích thƣớc đồng đều (độ rộng bán phổ hẹp) và phát xạ mạnh. Theo Donegá [5] thì trong các NC loại II do sự tách không gian của điện tử và lỗ trống nên nếu lõi có kích thƣớc không đồng đều thì khi bọc vỏ (bề dày vỏ thƣờng cũng không đồng đều) sẽ dẫn đến hiệu suất phát xạ của các NC loại II rất thấp, thậm chí không có phát xạ. Với kết quả chế tạo thì yêu cầu về chất lƣợng của các NC CdS hoàn toàn đáp ứng đƣợc với độ rộng bán phổ hẹp nhất thu đƣợc là 16,5 nm.