C ềơ ks ỡ
CÁC TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CHẤM LƢỢNG TỬ CdSe CẤU TRÚC LếI/VỎ VÀ NHIỀU LỚP VỎ
4.1.2. Phổ hấp thụ của cỏc chấm lƣợng tử CdSe/ZnS vi lp vỏ cú đd tha đổ
đổi
Chấm lƣợng tử CdSe sau khi đó đƣợc chế tạo, thỡ sẽ đƣợc bọc v b ng vật liệu ZnS với cỏc độ dày khỏc nhau, vớ dụ ZnS với độ dày thay đổi từ 0,38 nm ứng với 1 ML, độ dày 1 ML v đƣợc lấy theo h ng số mạng a của tinh thể ZnS lục giỏc), 0,95 nm 2,5 ML và tới 4,94 nm 13 ML . Chỳng tụi đó bọc lớp v ZnS dày tới 18 ML dựa trờn ý tƣởng của ba tài liệu tham khảo quan trọng, đó cụng bố trong thời gian gần đõy của nh m tỏc giả Benoit Mahler, Yongfen Chen và Klimov, A. M. Smith và S. Nie [10], [59], [75]. Cỏc tỏc giả trờn đó nghiờn cứu chấm lƣợng tử CdSe ho c CdTe, nhƣng dựng vật liệu CdS bọc ngoài cho chấm lƣợng tử CdSe [10], [59], ho c ZnSe bọc cho chấm lƣợng tử CdTe [75]. Theo ý tƣởng của nh m tỏc giả S. Nie, ta c thể dựa trờn sự khỏc nhau khỏ nhiều về h ng số mạng tinh thể, vớ dụ nhƣ giữa CdTe và ZnSe, để c thể chủ động kiểm soỏt đƣợc bƣớc s ng phỏt xạ của chấm lƣợng tử. Do vậy, chỳng tụi đó tiến hành nghiờn cứu loại chấm lƣợng tử v dày loại CdSe ZnS, độ dày thay đổi tới 18 ML.
Hỡnh 4.2 là phổ hấp thụ của hai loạt mẫu với cấu trỳc l i v dày CdSe ZnS với cỏc độ dày lớp v ZnS khỏc nhau, so với chấm lƣợng tử CdSe l i. Hỡnh 4.2a là phổ hấp thụ của loạt mẫu CdSe ZnS x ML x = 1; 2,5; 4 và 6 ML , ký hiệu N11-08, kớch thƣớc l i CdSe là 2,8 nm. Hỡnh 4.2b là phổ hấp thụ của loạt mẫu chấm lƣợng tử c kớch thƣớc 3,1 nm với lớp v ZnS thay đổi từ 1,6 ML đến 13 ML hỡnh 4.2b). Quan sỏt cỏc phổ hấp thụ thu đƣợc, ta thấy một dải phổ hấp thụ c cấu trỳc là đỉnh khỏ h p. Đỉnh phổ hấp thụ này tƣơng ứng với chuyển dời đƣợc phộp từ trạng thỏi 1Sh3/2
của lỗ trống tới trạng thỏi 1Se của điện tử trong chấm lƣợng tử CdSe, đõy c n đƣợc gọi là chuyển dời hấp thụ exciton cơ bản của chấm lƣợng tử. Với việc c thờm một lớp v ZnS m ng, r i độ dày t ng dần, ta thấy c sự di chuyển đỉnh cực đại hấp thụ này về phớa cỏc bƣớc s ng lớn hơn, tƣơng ứng với cỏc n ng lƣợng thấp hơn. Điều này đƣợc giải thớch là do sự xuyờn hầm cỏc điện tử từ l i CdSe ra lớp v ZnS [20], khi độ dày lớp v < 6 ML. Với loạt mẫu N11-08, l i CdSe c đỉnh hấp thụ cơ bản tại 497 nm, khi bọc 6 ML ZnS, đỉnh này bị dịch về phớa cỏc bƣớc s ng dài hơn là 29
nm, khỏ giống với quan sỏt của B.O. Dabbousi [20] và Talapin [61]. Trờn hỡnh 4.2b, với cỏc cấu trỳc v ngày một dày hơn, tới 8 ML và 13 ML, ta thấy đỉnh hấp thụ exciton cơ bản trong CdSe/ZnS khi v càng dày thỡ đỉnh hấp thụ càng bị dịch về phớa cỏc bƣớc s ng dài hơn, nhƣng đến một giỏ trị c 8 ML trở lờn, đỉnh hấp thụ này hầu nhƣ khụng thay đổi. Cấu trỳc vạch h p khụng c n quan sỏt thấy r ràng nhƣ trƣờng hợp l i chấm lƣợng tử CdSe và CdSe ZnS với lớp v m ng. Ta thấy đõy là hai loạt mẫu với kớch thƣớc l i khỏc nhau, nhƣng hiện tƣợng sự dịch đỉnh hấp thụ cơ bản về phớa bƣớc s ng dài hơn đối với cỏc mẫu c cấu trỳc l i v là giống nhau, nhƣng v càng dày thỡ phổ càng dịch nhiều hơn.
400 450 500 550 600 650 700 7500.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Eg= 1,756 eV 706 nm 526 522 518 497 C- ờng độ hấp thụ (đ. v.t.đ ) B-ớc sóng (nm) CdSe CdSe/ZnS1ML CdSe/ZnS2,5ML CdSe/ZnS4ML CdSe/ZnS6ML T = 300 K N11-08 - CdSe/ZnS (a) 400 450 500 550 600 650 700 750 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 556 544 522 C- ờng độ hấp thụ (đ. v.t.đ ) B-ớc sóng (nm) CdSe CdSe/ZnS1,6ML CdSe/ZnS2,5ML CdSe/ZnS4ML CdSe/ZnS8ML CdSe/ZnS10ML CdSe/ZnS13ML T = 300 K 547 N2-09 - CdSe/ZnS 544 Eg= 1,756 eV 706 nm (b)
Hỡnh 4.2. Phổ hấp thụ của cỏc mẫu CdSe được bọc với cỏc lớp vỏ ZnS cú độ dày khỏc nhau (đến 6ML) (a) và ZnS 13 ML (b). Phổ hấp thụ bị dịch chuyển về phớa cỏc bước súng lớn hơn khi tăng độ dày lớp vỏ ZnS.
Hiện tƣợng đỉnh hấp thụ bị dịch chuyển khi bọc lớp v dày này cũng đó đƣợc nh m tỏc giả Andrew M. Smith và cộng sự quan sỏt thấy trong cỏc chấm lƣợng tử CdTe ZnSe với chiều dày lớp v là 2,4 nm 6 ML , là loại cấu trỳc c sự sai khỏc lớn giữa h ng số mạng tinh thể của l i và lớp v (14,4%) [75]. Hiện tƣợng dịch đỉnh phổ hấp thụ này trong cỏc chấm lƣợng tử kớch thƣớc lớn CdSe CdS 13 ML do nh m tỏc giả Benoit Mahler và cộng sự Phỏp nghiờn cứu cũng quan sỏt thấy [59], cỏc tỏc giả này cho r ng do sự trải rộng hàm s ng của điện tử ra lớp v ngoài CdS,
c n hàm s ng của lỗ trống thỡ định xứ trong l i CdSe, do sự phõn cỏch lớn về m t khụng gian này nờn làm giảm tớch phõn che phủ giữa hai hàm s ng này, nờn đó gõy ra hiện tƣợng trờn. Nh m Yongfen Chen và Klimov cựng cộng sự M cũng quan sỏt thấy sự dịch đỉnh hấp thụ trong cỏc chấm lƣợng tử CdSe kớch thƣớc ―khổng l ‖ là CdSe/CdS 19 ML [10]. Nếu lớp v đƣợc nuụi đ ng tõm và kết tinh tốt thỡ sự phõn chia này càng lớn xem hỡnh 4.3 . Trong trƣờng hợp của hệ thống mẫu chấm lƣợng tử CdSe ZnS xML này, chỳng tụi quan sỏt thấy sự dịch đỉnh phổ hấp thụ cơ bản của chấm lƣợng tử c 35 nm, về phớa cỏc bƣớc s ng dài hơn so với l i CdSe. Quan sỏt này tƣơng tự với cỏc cụng bố của cỏc tỏc giả khỏc [75]. Nhƣng nếu trong quỏ trỡnh nuụi lớp v dày gõy nờn khuyết tật mạng tinh thể ho c cỏc lớp mạng v khụng tiếp xỳc hoàn hảo, ta cũng c thể tạo ra cỏc khuyết tật tại cỏc bề m t phõn cỏch, và sự thất thoỏt điện tử cũng sẽ bị xảy ra, do điện tử bị rơi vào bẫy là cỏc khuyết tật này. Sự dịch chuyển đỉnh hấp thụ cơ bản ho c phỏt xạ về phớa bƣớc s ng dài hơn của cỏc chấm lƣợng tử với lớp v m ng 2,5 ML cũng thƣờng đƣợc gỏn cho việc hàm s ng điện tử của l i chấm lƣợng tử CdSe xuyờn hầm vào lớp v ZnS [20].
400 450 500 550 600 650 700 750x=18 x=18 x=16 x=14 x=12 x=10 x=8 x=6 x=4 x=2 C -ờng độ hấp thụ (đ.v.t.đ) B-ớc sóng (nm) x=0 N9-10 - CdSe/ZnSxML
H nh 4.3.Phổ hấp thụ của cỏc chấm lượng tử CdSe/ZnSxML (x = 0 ML - 18 ML), lừiCdSe cú kớch thước 4,5 nm. lừiCdSe cú kớch thước 4,5 nm.
Chỳng tụi cũng đó thử bọc nhiều lớp v , chớnh xỏc là hai lớp v cho chấm lƣợng tử CdSe, nh m so sỏnh hai loại cấu trỳc khỏc nhau: một cấu trỳc v dày với sự chờnh lệch h ng số mạng khỏ lớn 12 , và loại đƣợc bọc thờm một lớp đệm nhƣ CdS ho c ZnSe, để ―mềm‖ h a sự sai khỏc h ng số mạng giữa CdSe và ZnS. Do vậy, cỏc chấm lƣợng tử CdSe đƣợc bọc với lớp đệm CdS dày 0.82 nm (2 ML), ho c với lớp đệm ZnSe dày 0,4 nm (tƣơng ứng với 1 ML), 0,6 nm (1,5 ML) và 0,8 nm (2 ML). Sau cựng, chỳng sẽ đƣợc bọc thờm với lớp ZnS c độ dày thay đổi từ 0,382 nm (1 ML tới 7,26 nm 19 ML , là v rất dày. Cỏc chấm lƣợng tử này sẽ c kớch thƣớc khỏ lớn 20 nm , nhƣ đƣợc trỡnh bầy trong chƣơng 3 hỡnh 3.14 .