Để khảo sát sự ảnh hưởng của điều kiện ăn mịn hĩa tới tính chất cấu trúc tinh thể của các mẫu GaP xốp chế tạo được, chúng tơi đã sử dụng phương pháp phổ tán xạ Raman. Phổ tán xạ Raman của các mẫu xốp được đo trên hệ phổ kế Labram 1-B (Jobin-Yvon) với ánh sáng kích thích cĩ bước sĩng 632,8 nm được phát ra từ hệ laser He-Ne. Hình 3.14 trình bày phổ tán xạ Raman của mẫu GaP khối và GaP xốp (được kí hiệu GaP11) được ăn mịn trong dung dịch HF/C2H5OH với nồng độ thể tích 25%, mật độ dịng 2,73 mA/cm2 trong 15 phút.
Trên cả hai mẫu ta đều quan sát thấy rõ đỉnh tán xạ Raman trên các dao động quang dọc LO ở ~404.2 cm-1 và quang ngang TO ở ~365 cm-1 [15, 19]. Khi chuẩn hĩa theo cường độ, đỉnh tán xạ Raman TO của GaP xốp và GaP khối hồn tồn trùng khớp với nhau cả về số sĩng và hình dạng nhưng cĩ một sự khác biệt là đỉnh LO của mẫu xốp so với mẫu khối cĩ cường độ tán xạ lớn hơn nhiều đồng thời vị trí đỉnh dịch ~2 cm-1 về phía số sĩng thấp và mở rộng với một vai phổ nhỏ ở phía số sĩng thấp. Sự dịch chuyển này được cho là do sự giảm kích thước của mẫu GaP đã được ăn mịn so với mẫu khối.
Việc khơng xuất hiện các đỉnh tán xạ liên quan đến trạng thái vơ định hình (khoảng 80-200 cm-1) trên phổ tán xạ Raman của các mẫu xốp trên Hình 3.14 chứng tỏ chỉ cĩ các nano tinh thể GaP trong các mẫu GaP xốp [15, 19].
Đỉnh tán xạ dao động quang dọc LO của mẫu xốp GaP11 được phân tích thành 2 thành phần cĩ dạng hàm Double Gauss với vị trí đỉnh tại 403,7 cm-1 và 397 cm-1 như đã được trình bày trên Hình 3.15. Thành phần thứ nhất được quy cho là vạch tán xạ Raman trên dao động quang dọc LO cịn thành phần thứ hai được cho là do các mode dao động bề mặt [15, 19]. Điểm nữa là do liên kết của dao động bề mặt (ưu tiên các dao động dọc) với LO phonon mạnh hơn, nên đã quan sát thấy tỉ lệ cường độ LO/TO tăng lên khi mẫu cĩ cấu trúc nano. Sự bất đối xứng của đỉnh TO cũng đã được quan sát ở một số tài liệu khác [8, 9, 19, 28]. Ở nhiệt độ thấp, đỉnh TO gần như đối xứng và chỉ khi cĩ
Hình 3.14. Phổ tán xạ Raman của mẫu GaP khối và mẫu GaP11 chế tạo trong dung dịch HF/C2H5OH với nồng độ thể
rối loạn do các khuyết tật trong tinh thể mới gây ra sự mở rộng bất đối xứng này. Ở nhiệt độ phịng, sự xuất hiện một vai nhỏ (bất đối xứng) ở phía tần số thấp được cho là do sự tương tác điều hịa giữa phonon quang ngang TO và một nhĩm các mode dao động âm gồm dao động âm ngang TA và dao động âm dọc LA [28].
Như vậy, trên cơ sở các nghiên cứu về phổ tán xạ Raman ta nhận thấy trên các mẫu GaP xốp ngồi các đỉnh tán xạ dao động quang dọc LO và quang ngang TO của tinh thể GaP cịn xuất hiện thêm đỉnh tán xạ liên quan đến các mode dao động bề mặt. Điều đĩ chứng tỏ vật liệu GaP xốp cĩ những tính chất khác biệt so với vật liệu khối.
Hình 3.15. Phổ tán xạ Raman của vạch LO và hai thành phần cấu thành vạch LO của mẫu GaP11chế tạo trong dung dịch HF/C2H5OH với nồng độ thể tích 25%, mật độ dịng 2,73 mA/cm2 trong 15 phút
Kết luận Chương 3:
Chương này trình bày các kết quả nghiên cứu về cơng nghệ chế tạo, vi hình thái và cấu trúc của chấm lượng tử InP, InP/ZnS; In(Zn)P, In(Zn)P/ZnS và GaP xốp:
- Chúng tơi đã chế tạo thành cơng các chấm lượng tử InP và InP/ZnS bằng phương pháp phun nĩng trong dung mơi cĩ nhiệt độ sơi cao ODE với tiền chất của phốt pho là PH3.
Các chấm lượng tử InP, InP/ZnS cĩ cấu trúc lập phương, dạng cầu, đồng đều với kích thước trung bình tính theo độ mở rộng của vạch nhiễu xạ tia X là 1,4 nm, 1,7 nm và theo đánh giá bằng phương pháp ghi ảnh TEM là 1,0 nm, 2,0 nm.
- Trình bày đặc điểm của các chấm lượng tử bán dẫn hợp kim In(Zn)P và In(Zn)P/ZnS thơng qua quy trình chế tạo, ảnh vi hình thái và giản đồ nhiễu xạ. Các mẫu In(Zn)P và In(Zn)P/ZnS được chế tạo bằng phương pháp gia nhiệt trong dung mơi ODE dùng P(TMS)3 làm tiền chất của P và Znđược bổ sung thêm vào tiền chất ban đầu trong quá trình tạo lõi.
Các chấm lượng tử cấu trúc In(Zn)P/ZnS cĩ dạng cầu, đồng đều với kích thước trung bình tính theo độ mở rộng của vạch nhiễu xạ tia X là 2,3 nm và theo đánh giá bằng phương pháp ghi ảnh TEM là 2,0 nm.
- Bằng phương pháp ăn mịn điện hĩa phiến GaP loại n với định hướng tinh thể (111) chúng tơi đã chế tạo được GaP xốp cĩ kích thước vi tinh thể từ vài chục tới vài trăm nm. Nghiên cứu cấu trúc của GaP xốp bằng phương pháp phổ Raman cho thấy trong lớp xốp chỉ tồn tại các vi tinh thể GaP.
CHƯƠNG 4
TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ InP VÀ In(Zn)P
Tính chất quang của vật liệu được xác định từ tương tác của hệ điện tử hĩa trị với ánh sáng kích thích từ bên ngồi. Do đĩ, thơng thường người ta nghiên cứu tính chất quang của vật liệu thơng qua phổ hấp thụ, phổ huỳnh quang và các quá trình động học của hệ hạt tải điện sau khi vật liệu thu nhận năng lượng kích thích. Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang được thực hiện tại phịng Vật liệu quang điện tử-Viện Khoa học vật liệu. Cĩ thể sử dụng các nguồn kích thích cĩ bước sĩng khác nhau trong vùng hấp thụ của vật liệu để kích thích huỳnh quang. Đi-ốt phát quang vùng phổ 370 nm, 360 nm, 460 nm được sử dụng để đo huỳnh quang dừng, laser ni-tơ (337,1 nm), laser xung (355 nm) hoặc laser Nd :YAG (355 nm và 532 nm) được sử dụng để làm nguồn kích trong phép đo huỳnh quang phân giải thời gian. Tín hiệu huỳnh quang được ghi nhận bằng CCD làm lạnh hoặc ống nhân quang điện nhanh H733 (cĩ thời gian đáp xung khoảng 0,7 ns). Chương này sẽ trình bày tính chất quang liên quan đến hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng giam hãm lượng tử, bản chất của các quá trình chuyển dời/tái hợp phát quang, sự truyền năng lượng/điện tích trực tiếp giữa các chấm lượng tử và huỳnh quang phụ thuộc nhiệt độ của các chấm