CIS 40- 300K
B−ớc sóng (nm)
Hỡnh 5.9. Phổ huỳnh quang phõn giải thời gian tại 300 K của
Để hiểu rừ hơn bản chất của dải phỏt xạ trờn chỳng tụi tiến hành đo phổ
huỳnh quang phõn giải thời gian của mẫu chấm lượng tử bỏn dẫn CIS. Hỡnh 5.9 là phổ huỳnh quang phõn giải thời gian của chấm lượng tử CIS tại 300 K theo cỏc thời gian trễ khỏc nhaụ Phổ huỳnh quang phõn giải thời gian dưới kớch thớch của laser Nitơ, (bước súng kớch thớch 337,1 nm) cho thấy huỳnh quang của chấm lượng tử CIS bao gồm hai thành phần: thành phần phổ thứ
nhất tại vựng năng lượng thấp, cú đỉnh phổ ~ 1,7 eV và thành phần phổ thứ
hai tại vựng năng lượng cao, cú đỉnh phổ ~ 1,9 eV . Trong khi đú, đối với phổ
huỳnh quang dừng của mẫu CIS ta chỉ quan sỏt được một thành phần phổ tại vựng năng lượng thấp. Từ kết quả này chỳng ta thấy rằng cú thể quan sỏt
được phổ huỳnh quang dừng từ phổ huỳnh quang phõn giải thời gian tại thời gian trễ rất dàị 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 750700 650 600 550 500 450 C − ờng độ huỳnh quang ( đ vtđ)
Năng l−ợng photon (eV)
10 ns 30 ns 90 ns 190 ns 445 ns CIS 10-300K Hỡnh 5.10. Phổ huỳnh quang phõn giải thời gian tại 300 K của
Hai thành phần phổ này cũng được quan sỏt trong mẫu CIS chế tạo tại 230 0C, thời gian lấy mẫu 10 phỳt (ký hiệu CIS 10) (Hỡnh 5.10), tuy nhiờn tỉ
lệ hai đỉnh phổ này khỏc nhau, khụng rừ ràng như trong mẫu CIS 40 và ở
năng lượng cao hơn: 2,02 và 2,19 eV (điều này là hoàn toàn phự hợp với hiệu
ứng giam giữ lượng tử). Cú thể đoỏn nhận rằng một trong hai thành phần phổ
này cú liờn quan đến trạng thỏi bề mặt.
Kết quả từ Hỡnh 5.9 cũng chỉ ra rằng thành phần phổ thứ nhất tại vựng năng lượng cao hơn (khoảng 1,9 eV) phõn ró nhanh hơn, thời gian phõn ró cỡ
10 ns trong khi đú thành phần phổ thứ hai tại năng lượng thấp hơn (1,73 eV) phõn ró với thời gian cỡ vài trăm nano giõỵ Mặt khỏc, cũng từ Hỡnh 5.9, ta cũng quan sỏt thấy đỉnh phổ tại vựng năng lượng thấp dịch về phớa năng lượng thấp (hay dịch về phớa súng đỏ) khi thời gian trễ càng dàị Điều này một lần nữa làm sỏng tỏ hơn dự đoỏn huỳnh quang của chấm lượng tử bỏn dẫn CIS xuất phỏt từ tỏi hợp điện tử và lỗ trống ở trạng thỏi bẫy (tỏi hợp donor–acceptor, tỏi hợp D–A). Bằng cỏch làm khớp cỏc phổ huỳnh quang phõn giải thời gian với hai hàm Gauss, cỏc đỉnh phỏt xạ của hai thành phần phổ theo thời gian trễ khỏc nhau được thể hiện trờn Hỡnh 5.11. Thời gian sống của cả hai thành phần phổ này đều rất dài, điều này làm loại trừ khả năng huỳnh quang của hai vựng này liờn quan đến chuyển dời exciton. Mặt khỏc, theo thời gian trễ, đỉnh của cả hai thành phần phổ đều dịch về vựng năng lượng thấp hơn. Đõy là một trong những đặc trưng của tỏi hợp cặp donor– acceptor (D–A). Bởi vỡ, khi cả donor và acceptor đồng thời tồn tại trong tinh thể thỡ tỏi hợp D–A cú thể xảy rạ Cỏc cặp D–A gần nhau cú năng lượng liờn kết lớn hơn, khi đú tương tỏc tĩnh điện giữa điện tử của D và lỗ trống của A lớn hơn. Mặt khỏc, đối với cỏc cặp D–A gần nhau, xỏc suất tỏi hợp giữa điện tử của D và lỗ trống của A sẽ lớn hơn do sự xen phủ quỹđạo điện tử của D và quỹđạo lỗ trống của A nhiều hơn. Vỡ vậy, ngay sau xung laser kớch thớch, tỏi
hợp giữa điện tử và lỗ trống của cỏc cặp D–A gần nhau, tương ứng với phỏt xạ năng lượng cao sẽ xảy ra nhanh hơn ở thời gian trễ sớm so với xung kớch thớch. Ngược lại, tỏi hợp của điện tử và lỗ trống của cỏc cặp D–A cỏch xa nhau, tương ứng với phỏt xạở vựng năng lượng thấp sẽ xảy ra ở thời gian trễ
dài hơn. Do đú, khả năng xảy ra chuyển dời giữa cỏc cặp gần cao hơn khả
năng chuyển dời giữa cỏc cặp xạ Vỡ vậy, tốc độ tỏi hợp ứng với chuyển dời năng lượng cao hơn trở nờn cao hơn khi so sỏnh với chuyển dời vựng năng lượng thấp. Kết quả là cú sự dịch đỉnh về phớa súng đỏ theo thời gian trễ.
Hỡnh 5.11. Vị trớ đỉnh năng lượng của hai thành phần phổ của
mẫu CIS 40 tại cỏc thời gian trễ nhau
0 100 200 3001.82 1.82 1.84 1.86 1.88 1.90 năng l−ợng cao Thời gian trễ (ns) Đỉnh nă ng l − ợn g (eV ) 1.705 1.710 1.715 1.720 1.725 năng l−ợng thấp
Hỡnh 5.12. Phổ huỳnh quang phõn giải thời gian của chấm lượng tử CIS 40 tại 300 K, theo mật độ cụng suất kớch thớch.
Hỡnh 5.12 biểu diễn phổ huỳnh quang của chấm lượng tử CIS 40 theo mật độ cụng suất kớch thớch. Ta biết rằng, với cỏc chuyển dời liờn quan đến exiton tự do, exiton liờn kết hay tỏi hợp giữa cỏc mức điện tử ở mức donor với lỗ trống trong vựng hoỏ trị, năng lượng phỏt xạ khụng phụ thuộc vào mật
độ cụng suất kớch thớch. Trong trường hợp của chấm lượng tử bỏn dẫn CIS 40, chỳng tụi quan sỏt thấy sự dịch về phớa súng ngắn (hay năng lượng cao) của
780 720 660 600 540
1.6 1.8 2.0 2.2 2.4
Năng l−ợng photon (eV)