phát xạ của vật liệu
Để tối ƣu hóa các điều kiện công nghệ chế tạo mẫu, chúng tôi khảo sát sự phụ thuộc của phổ huỳnh quang vào nồng độ tạp cũng nhƣ sự phụ thuộc của phổ huỳnh quang vào nhiệt độ và bƣớc sóng kích thích.
Chúng tôi đã tiến hành đo phổ huỳnh quang của bột ZnO: Eu3+
với các nhiệt độ khuếch tán khác nhau để tìm hiểu ảnh hƣởng của nhiệt độ khuếch tán đến phổ phát xạ của vật liệu. Từ các kết quả khảo sát ảnh FESEM và giản đồ nhiễu xạ tia X ở trên, khoảng nhiệt độ khuếch tán lựa chọn là từ 800 – 1200oC, các bƣớc sóng kích thích lựa chọn là 393 nm và 460nm.
Trên phổ PL phụ thuộc vào nhiệt độ (hình 3.5) cho thấy với kích thích tại bƣớc sóng 393nm (hình 3.5a) có sự xuất hiện của các phát xạ do mạng nền và các phát xạ do tạp chất Eu. Ngoài ra, kết quả đo đƣợc cũng cho thấy khi nhiệt độ khuếch tán tăng thì cƣờng độ huỳnh quang của mẫu cũng tăng và nhiệt độ khuếch tán ở 1000oC trong thời gian 3 giờ cho cƣờng độ phát xạ tốt nhất. Các mẫu có nhiệt độ nung cao hơn, ở 1200oC cƣờng độ phát xạ có xu hƣớng giảm xuống. Tƣơng tự nhƣ vậy, khi khảo sát ở bƣớc sóng kích thích 460nm, cƣờng độ phát xạ ở nhiệt độ khuếch tán 1000oC trong thời gian 3 giờ cũng cho kết quả phát xạ huỳnh quang tốt nhất (xem ảnh sự phụ thuộc của cƣờng độ đỉnh phát xạ 610nm vào nhiệt độ đƣợc chèn trong hình 3.5b).
Kết quả này có thể đƣợc giải thích là khi nhiệt độ tăng lên thì quá trình khuếch tán của ion Eu3+
vào mạng nền tinh thể ZnO thay thế cho ion Zn2+ tăng lên, dẫn đến mật độ tâm phát xạ tăng làm cƣờng độ huỳnh quang tăng lên. Tuy nhiên, mật độ ion Eu3+
trong mẫu sẽ tăng cao nếu nhiệt độ khuếch tán tăng quá cao, điều này có thể dẫn tới sự kết đám của các ion này. Khi đó năng lƣợng hấp thụ thay vì phát xạ thì có thể truyền giữa các ion Eu3+
dẫn đến làm giảm cƣờng độ huỳnh quang. Nhƣ vậy vật liệu huỳnh quang ZnO pha tạp ion Eu3+ tổng hợp bằng phƣơng pháp khuếch tán nhiệt cho chất lƣợng tinh thể và cƣờng độ phát xạ tốt nhất khi đƣợc nung thiêu kết ở 1000oC trong khoảng thời gian 3 giờ.
Hình 3.5. Phổ huỳnh quang phụ thuộc vào nhiệt độ của bột ZnO: Eu (10%) được kích thích bởi các bước sóng khác nhau: (a) 393nm, (b) 460nm