Để thực hiện các thí nghiệm trên sợi nano, trước tiên các sợi nano đã được tạo ra bằng phương pháp điện hĩa. Quá trình này được miêu tả trong Phụ lục Phụ lục B: .
• Phủ CuSCN lên các mẫu sợi nano
CuSCN được phủ lên các mẫu sợi nano bằng phương pháp điện hĩa với cùng các thơng số như đã dùng khi phủ lên các mẫu ZnO 2D.
Hình 52: Ảnh SEM các sợi nano được bọc bởi một lớp CuSCN.
Các quan sát bằng máy SEM (hình 53) cho thấy rằng các sợi nano được bọc bởi một lớp CuSCN từ chân đến đỉnh. Một lớp ITO cĩ thể được phủ lên trên để làm điện cực cho các bước đo sau đĩ. Phép đo với kính hiển vi đồng tiêu cự cĩ thể xác định các tính chất của từng sợi nano.
4.4. Mơ phỏng mối nối bằng phần mềm Silvaco
Cấu trúc sợi nano ZnO – CuSCN cũng được mơ phỏng bằng phần mềm Silvaco (hình 4.12). Chiều dài của sợi nano là 2 µm, đường kích là 1µm và bề dày của lớp phủ CuSCN là 0.5 µm. Bề dày của đế ZnO là 0.25 µm. Các thơng số của vật liệu bao gồm:
• Mật độ điện tử: 1018 cm-3 trong vùng ZnO.
• Mật độ lỗ trống: 1018 cm-3 trong vùng CuSCN.
• Thời gian sống của các điện tử và lỗ trống: 10-6 s.
• Mật độ tái tổ hợp trong ZnO và CuSCN: 10-8 cm3s-1.
• Mật độ trạng thái trong CuSCN là Nc = 2.2 × 1018 cm-3 và Nv = 1.8 × 1019 cm-3. Các thơng số trên chưa được cơng bố trong các báo cáo nên ở đây được lấy tương với các giá trị của GaN. Cấu trúc được mơ phỏng với ba điện thế khác nhau của anod (0 V, 5 V và 10 V). Điện thế của cathod luơn là 0 V. Mơ hình được sử dụng là mơ hình SRH (Shockley-Read-Hall).
Hình 53: Mơ phịng mặt cắt cấu trúc sợi nano ZnO-CuSCN.
Các đường bên dưới (hình 4.13) biểu diễn mật độ tái tổ hợp và cường độ dịng điện theo điện áp tại anod. Đặc tuyến I-V cĩ hiệu ứng chỉnh lưu, mật độ tái tổ hợp vào khoảng 1017 cm-3s-1. Quá trình tái tổ hợp được phân bố đều hơn so với trường hợp của PEDOT:PSS, diễn ra chủ yếu trong CuSCN và phát ra ánh sáng xanh (theo giá trị năng lượng vùng cấm của CuSCN). Điện thế ngưỡng của cấu trúc này khoảng 3 V.
Hình 54: Đường biểu diễn mật độ tái tổ hợp và đặc tuyến I-V. Quá trình tái tổ hợp trong CuSCN mạnh hơn trong ZnO.
Hình 55: Mơ phỏng mật độ tái tổ hợp trong cấu trúc và mật độ dịng. Mật độ dịng thường song song với mặt bên của sợi nano.
Để buộc các mật độ dịng phải đi qua liên diện, cĩ thể bổ sung thêm một lớp cách điện để ngăn các mật độ dịng đi thẳng đến đế. Một cấu trúc như vậy đã được mơ phỏng (hình 4.15) để so sánh.
Hình 56: Trong cấu trúc với lớp cách điện (hình bên phải), mật độ tái tổ hợp trong CuSCN giảm. Hình bên trái là kết quả mơ phỏng cấu trúc khơng cĩ lớp cách điện. Hình bên phải là kết quả mơ phỏng với một lớp SiO2 giữa đế ZnO và phần CuSCN. Mật độ tái tổ hợp tại liên diện hầu như giữ nguyên (từ mức 20 đến mức 25 theo thang logarithm) trong cả hai trường hợp, tuy nhiên với lớp cách điện, mật độ tái tổ hợp trong vùng CuSCN giảm mạnh hơn (hình 4.16). Do đĩ, lớp này cĩ thể được dùng để tăng hiệu quả của cấu trúc sợi nano ZnO – CuSCN. Tuy nhiên, kết quả mơ phỏng cũng cho thấy rằng các mật độ dịng vẫn hướng về phía đế (thay vì đi qua liên diện) trước khi chuyển hướng về phía chân của sợi nano và dù rằng cấu trúc với lớp cách điện cĩ mật độ tái tổ hợp cao hơn tại liên diện và thấp hơn trong vùng CuSCN so với cấu trúc khơng cĩ lớp cách điện, mật độ tái tổ hợp trong sợi nano ZnO lại thấp hơn so với trường hợp kia.
Hình 57: Mơ phỏng mật độ tái tổ hợp. Với lớp cách điện, mật độ tái tổ hợp giảm trong vùng CuSCN.