6. Cấu trúc luận văn
3.1.2.4. Phương pháp phổ phản xạ khuếch tán tử ngoại-khả kiến (UV-Vis
trạng thái rắn)
Để xác định vùng hấp thụ ánh sáng và năng lƣợng vùng cấm của mẫu GZ-850, vật liệu đƣợc đặc trƣng bằng phƣơng pháp bằng phƣơng pháp UV– vis DRS. Kết quả đƣợc trình bày ở Hình 3.6.
Hình 3.6. Phổ UV–Vis trạng thái rắn (A) và năng lƣợng vùng cấm (B) của mẫu GZ-850
Từ Hình 3.6, vùng hấp thụ ánh sáng của mẫu GZ-850 trải dài từ số sóng khoảng 390 nm kéo dài đến 550 nm (chủ yếu hấp thụ ánh sáng ở vùng khả kiến). Cũng theo phƣơng pháp này, giá trị năng lƣợng vùng cấm của mẫu GZ- 850 đƣợc tính bằng khoảng 2,45 eV. Giá trị này nhỏ hơn nhiều so với. Giá trị năng lƣợng vùng cấm của GaN (3,37 eV) và ZnO (3,2 eV) [5].
Để giải thích cho hiện tƣợng vùng cấm của dung dịch rắn giảm so với các cấu tử GaN và ZnO, tính toán lý thuyết cho dung dịch rắn GaN–ZnO cũng đƣợc thực hiện [28]. Năng lƣợng vùng dẫn của GaN, ZnO và dung dịch rắn chủ yếu bao gồm năng lƣợng của obitan 4s và 4p của Ga hoặc Zn, trong khi
41
với dung dịch rắn, vùng hóa trị có xuất hiện obitan Zn3d. Chính sự xuất hiện obitan 3d của Zn đã sinh ra lực đẩy obitan p-d, dẫn đến tăng bờ năng lƣợng vùng hóa trị. Điều này đồng nghĩa giảm khoảng cách giữa hai bờ vùng hóa trị và vùng dẫn trong dung dịch rắn. Kết quả là có sự thu hẹp khoảng cách năng lƣợng vùng cấm. Giải thích này có thể đƣợc minh họa ở sơ đồ (Hình 3.7).
3,40 eV 2,45 eV Ga4s,4p Ga4s,4p N2p GaN GaN-ZnO C.B. V.B. N2p Zn3d, O2p+ 3,20 eV Zn4s,4p O2p ZnO
Hình 3.7. Sơ đồ minh họa giải thích năng lƣợng vùng cấm của GaN, ZnO và GaN–ZnO [27]
Tóm lại, các kết quả trên cùng chỉ ra rằng vật liệu dung dịch rắn đã đƣợc tổng hợp thành công. Điều kiện nhiệt độ tối ƣu để tổng hợp vật liệu này ở 850 o
C, thời gian lƣu mẫu 4 giờ, tỉ lệ nguyên tử Zn:Ga = 1:1.