Trên tất cả các phổ huỳnh quang dừng của các mẫu GaP xốp đã chế tạo chúng tơi đều quan sát thấy vạch huỳnh quang gần bờ vùng tại 550 nm và dải huỳnh quang do tái hợp cặp đono-axépto sâu tại 770 nm. Tuy nhiên, trong chế độ ghi phổ huỳnh quang phân giải thời gian, ta chỉ quan sát được vạch huỳnh quang vùng xanh tại 550 nm mà khơng thấy xuất hiện dải huỳnh quang vùng đỏ tại 770 nm.
Hình 5.6 trình bày đường phân rã thời gian của đỉnh huỳnh quang tại bước sĩng 550 nm của mẫu GaP11 và laser ở 300 K trên hệ thiết bị đo gồm máy đơn sắc Jobin-Yvon HRD1, ống nhân quang điện H733 (thời gian đáp xung khoảng 0,7 ns), dao động ký LeCroy 9362 (tần số 1,5 GHz) với nguồn kích thích quang là laser xung Microchip 355 nm (bước sĩng 355 nm, tần số lặp lại 7 kHz) (khả năng phân giải của hệ thiết bị là một vài ns). Từ Hình 5.6 cĩ thể thấy thời gian phân rã huỳnh quang của mẫu rất ngắn (nhỏ hơn 1-2 ns), khơng phân biệt được với thời gian xung của laser. Chúng tơi chỉ quan sát thấy tín hiệu huỳnh quang tương ứng của vạch 550 nm mà khơng ghi nhận tín hiệu huỳnh quang phân giải thời gian của mẫu tại bước sĩng 770 nm với chế độ đo tương tự. Tuy nhiên, trên Hình 5.1 cường độ tích phân của dải phổ huỳnh quang tại 550 nm và 770 nm cĩ thể so sánh được với nhau, cho thấy số
photon phát ra trong một đơn vị thời gian tương ứng với 2 dải phổ này là tương đương nhau
Điều này cĩ nghĩa là giả sử cường độ huỳnh quang vạch 550 nm với thời gian sống huỳnh quang 1 ns thì đã cĩ thể lớn hơn cường độ huỳnh quang tức thời của dải 770 nm hàng trăm lần, vì thời gian sống huỳnh quang do tái hợp điện tử-lỗ trống ở trạng thái đơno-axepto thơng thường trong bán dẫn (cho dải huỳnh quang 770 nm) thường dài hàng trăm ns. Nĩi cách khác, việc chỉ quan sát thấy tín hiệu huỳnh quang của vạch 550 nm mà khơng quan sát thấy huỳnh quang tại 770 nm trong cùng điều kiện đo huỳnh quang phân giải thời gian là do hai dải huỳnh quang cĩ thời gian sống rất khác nhau, và tỉ lệ cường độ huỳnh quang tức thời (ngay sau thời điểm kích thích quang) của vạch 550 nm cĩ thể lớn hơn hàng trăm lần so với dải 770 nm.
Hình 5.6. Đường phân rã thời gian của đỉnh phát xạ tại bước sĩng 550 nm của mẫu GaP11 ăn mịn trong dung dịch HF/C2H5OH với nồng độ thể tích 25%, mật độ dịng 2,73 mA/cm2 trong 15 phút và laser ở 300 K
Để quan sát rõ hơn diễn biến cường độ huỳnh quang theo thời gian trễ của vạch 550 nm, chúng tơi biểu diễn phổ huỳnh quang phân giải thời gian của mẫu GaP11theo thời gian trễ trên Hình 5.7.
Hình 5.7 cho thấy tại thời gian trễ sau thời điểm kích thích 1 ns cường độ huỳnh quang giảm đi một nửa, sau 2 ns cường độ giảm xuống cịn một phần năm và sau 5 ns cường độ giảm xuống gần bằng khơng.
Do GaP là bán dẫn cĩ vùng cấm xiên nên các chuyển dời điện tử trong bán dẫn này đều cĩ sự tham gia dù ít hay nhiều của các các dao động mạng. Trong tinh thể khối nĩi chung và tinh thể GaP khối nĩi riêng, sựđĩng gĩp của các vi trường (microfield) hình thành do dao động mạng đã làm giảm năng lượng chuyển dời phát quang khi nhiệt độ tăng. Câu hỏi đặt ra là liệu tính chất
Hình 5.7. Phổ huỳnh quang phân giải thời gian của mẫu GaP11
ăn mịn trong dung dịch HF/C2H5OH với nồng độ thể tích 25%, mật độ dịng 2,73 mA/cm2 trong 15 phút theo thời gian trễ
quang liên quan đến các dao động mạng cĩ xảy ra trong cấu trúc của các nano tinh thể GaP xốp hay khơng? Để trả lời câu hỏi đĩ chúng tơi nghiên cứu tính chất quang của GaP xốp (kí hiệu GaP11) phụ thuộc vào nhiệt độ. Hình 5.8 trình bày phổ huỳnh quang của mẫu GaP11 dưới ánh sáng kích thích của laser 355 nm trong dải nhiệt độ từ 15 K đến 275K.
Cĩ thể thấy rất rõ ảnh hưởng của dao động mạng phonon lên tính chất quang của GaP xốp thơng qua sự hẹp dần độ rộng phổ huỳnh quang của dải huỳnh quang vùng xanh lá cây (với đỉnh phổ tại 2,25 eV ở nhiệt độ phịng) khi nhiệt độ giảm. Điều này được nghiên cứu chi tiết hơn qua việc thiết lập sự
Hình 5.8. Phổ huỳnh quang phân giải thời gian ghi ngay khi xuất hiện xung kích thích quang của mẫu GaP11 ăn mịn trong dung dịch HF/C2H5OH với nồng độ thể tích 25%, mật độ dịng 2,73 mA/cm2 trong 15 phút trong dải nhiệt độ từ 15 K đến 275K
phụ thuộc của cường độ huỳnh quang vào nhiệt độ, được trình bày trên Hình 5.9.
Hình 5.9 chỉ ra rằng trong khoảng nhiệt độ từ 25 K đến 210 K, cường độ huỳnh quang vùng xanh của GaP xốp giảm khi nhiệt độ tăng. Hiện tượng này cĩ nguyên nhân là khi nhiệt độ tăng làm cho số lượng các phonon tăng, gĩp phần tạo nên các kênh hồi phục khơng phát quang của các điện tử kích thích mà kết quả là làm giảm cường độ huỳnh quang.
Như vậy, tính chất quang của các nano tinh thể GaP xốp cũng bị ảnh hưởng của các vi trường tinh thể gây ra bởi các dao động mạng giống như trong tinh thể khối.
Hình 5.9. Sự phụ thuộc của cường độ huỳnh quang của mẫu GaP11 ăn mịn trong dung dịch HF/C2H5OH với nồng độ thể tích 25%, mật độ