- Hình thái của lớp xốp: khi Ja tăng thì dạng hình thái lớp xốp không thay đổ
4.2.5.Huỳnh quang của màng aSiC sau khi anốthóa trong dung dịch HF/H 2O siêu loãng
Nghiên cứu tính chất và khả năng ứng dụng của lớp aSiC xốp
4.2.5.Huỳnh quang của màng aSiC sau khi anốthóa trong dung dịch HF/H 2O siêu loãng
Như đã trình bày trong chương 3, khi anốt hóa các mẫu 3i-aSiC trong dung dịch nước của HF siêu loãng (nồng độ HF từ 0,1% trở xuống) với các mật độ dònganốt chỉ khoảng một vài mA/cm2 đã có thể tạo ra một lớp silic ôxít dày tới trên 1 µm trên bề mặt mẫu. Với việc vật liệu ban đầu được sử dụng để tạo lớp xốp là SiC nên có thể khẳng định rằng trong lớp ôxít silic này sẽ chứa các đám nano Si, C và SiC. Và như vậy theo các tài liệu tham khảo [55, 82, 158, 172, 188] thì chắc chắn lớp ôxít
133
này sẽ có sự phát huỳnh quang rất mạnh. Từ lý do này chúng tôi tiến hành ghi phổ PL của các mẫu aSiC được anốt hóa trong dung dịch HF/H2O với nồng độ HF từ 0,01 đến 0,1% bằng mật độ dòng anốt là 3 mA/cm2 và thời gian anốt hóa là 20 phút. Trên hình 4.10 là phổ PL của các mẫu này. Các kết quả cho thấy cường độ PL của các mẫu aSiC sau khi ăn mòn anốt trong dung dịch HF siêu loãng tăng vọt, cường độ huỳnh quang của mẫu được anốt hóa trong dung dịch 0,07% HF mạnh hơn khoảng 100 lần so với cường độ của mẫu được ăn mòn trong dung dịch 0,7% HF và tức là khoảng 10000 lần so với mẫu trước khi được anốt hóa. Đỉnh phổ PL của các mẫu anốt hóa trong dung dịch HF siêu loãng này nằm trong khoảng 411- 421 nm và bị dịch xanh khi nồng độ HF giảm. Các kết quả này đã được chúng tôi công bố trong tài liệu tham khảo [20].
Hình 4.10. Phổ PL với bước sóng kích thích 325 nm từ lase He–Cd của mẫu 3i-SiC sau khi được ăn mòn anốt với cùng mật độ dòng (3,0 mA/cm2) trong dung dịch HF/H2O
siêu loãng với các nồng độ khác nhau (như trên chú thích hình).
Để đi tìm hiểu nguồn gốc PL rất mạnh của các mẫu aSiC anốthóa trong dung dịch HF siêu loãng chúng tôi tiến hành chụp ảnh SEM (Hình 3.18) và phân tích EDX cho các mẫu này. Trên Hình 4.11 là phổ EDX của mẫu 3i-aSiC trước khi (4.11a) và sau khi (4.11b) được anốt hóa trong dung dịch HF/H2O siêu loãng. Ta có
134
thể thấy rất rõ sự tăng vọt của đỉnh phổ của nguyên tố ôxy sau khi mẫu được anốt hóa. Hàm lượng cụ thể của các nguyên tố trên các mẫu 3i-aSiC sau khi được anốt hóa trong dung dịch HF/H2O siêu loãng được chỉ ra trên Bảng 4.4.
Hình 4.11. Phổ EDX của mẫu 3i-aSiC trước khi (a) và sau khi (b) được anốt hóa trong dung dịch 0,07% HF/H2O với mật độ dòng 3,0 mA/cm2 trong thời gian 20 phút.
Từ các ảnh SEM và kết quả EDX, cho thấy trên tất cả các mẫu đều có một lớp ôxít khá dày. Chúng tôi khẳng định rằng sự tăng vọt của cường độ PL của các mẫu anốt hóa trong HF siêu loãng liên quan tới lớp ôxít dày hình thành sau khi anốt hóa. Ở đây ta thấy có sự tăng vọt của PL trên các mẫu mà tỉ lệ O/Si > 1,8, điều này chứng tỏ khi lớp ôxít silic càng gần với dạng hợp thức SiO2 thì PL càng mạnh. Cơ chế phát quang lúc này chắc chắn sẽ khác với trường hợp của các mẫu ăn mòn trong HF loãng (các mẫu xốp) vì thực thế gần như không còn lớp aSiC xốp.
Bảng 4.4. Hàm lượng nguyên tử (tính theo %) của các nguyên tố O, Si và C của các mẫu 3i-aSiC sau khi ăn mòn anốt với mật độ dòng 3 mA/cm2 trong 20 phúttrong các dung dịch HF siêu loãng có nồng độ HF khác nhau.
Nguyên tố Hàm lượng nguyên tử (%) Mẫu trước ăn mòn Mẫu 0,01% Mẫu 0,03% Mẫu 0,05% Mẫu 0,07% Mẫu 0,1% Mẫu 0,7% O 0,3 61,80 60,89 59,68 58,03 56,16 5,18 Si 49,3 31,57 31,47 31,56 32,45 32,60 49,26 C 50,3 6,63 7,64 8,76 9,51 11,24 45,56 a b
135
Chúng tôi cho rằng các đám nano SiC và/hoặc C trong lớp ôxít sẽ đóng vai trò trong sự phát PL của các mẫu aSiC sau khi được ăn mòn điện hóa trong HF siêu loãng. Chúng tôi đưa ra nhận định này bởi vì trên thực tế các kết quả phân tích EDX cho thấy rằng còn một rất ít C và/hoặc SiC tồn tại trong lớp ôxít và như thế chúng sẽ tạo thành các đám nano. Thêm nữa giữa các mẫu ăn mòn trong các dung dịch HF khác nhau có sự thay đổi hàm lượng của các nguyên tố này đi kèm với sự thay đổi của phổ PL cả về cường độ và đỉnh huỳnh quang. Một số kết quả nghiên cứu của các nhóm nghiên cứu khác [55, 82, 158, 172, 188] cũng cho thấy sự phát quang mạnh ở dải tím-xanh dương khi có các đám nano C và/hoặc SiC được cấy vào nền SiO2.
Mặc dù cơ chế phát PL của các mẫu aSiC sau khi anốt trong dung dịch HF siêu loãng sẽ cần phải nghiên cứu thêm, song sự phát PL rất mạnh của chúng hoàn toàn có thể ứng dụng vào đời sống. Hơn thế nữa, phương pháp chế tạo ở đây là đơn giản hơn rất nhiều so với các phương pháp đã và đang được sử dụng hiện nay để tạo ra loại vật liệu tương tự [55, 82, 158, 172, 188].