Theo lí thuyết thì độ rộng vùng cấm của các NC bán dẫn thay đổi theo nhiệt độ cũng diễn ra giống như đối với bán dẫn khối. Sự thay đổi độ rộng vùng cấm theo nhiệt độ của bán dẫn khối thường được giải thích liên quan đến sự dãn nở nhiệt của mạng tinh thể và tương tác exciton-phonon.Tuy nhiên, mức độ đóng góp của hai nguyên nhân này là khác nhau trong các khoảng nhiệt độ cụ thể, phụ thuộc vào chất lượng và các đặc trưng khác nhau của mẫu. Hình 3.8 trình bày sự thay đổi của năng lượng phát xạ theo nhiệt độ của các NC CdS và CdS:Cu 1%. Có thể nhận thấy quy luật thay đổi của năng lượng phát xạ theo nhiệt độ đối với các mẫu CdS và CdS:Cu 1% là khá giống nhau, tuy nhiên độ dốc của chúng thì khác nhau. Khi nhiệt độ tăng, độ rộng vùng cấm của các NC CdS và mẫu CdS:Cu 1% giảm theo quy luật thông thường. Để xác định hệ số dãn nở nhiệt và nhiệt độ Debye, chúng tôi tiến hành làm khớp các số liệu thực nghiệm của các mẫu CdS và CdS:Cu 1% với biểu thức Varshni.
Hình 3.8. (a) Sự phụ thuộc của năng lượng phát xạ huỳnh quang và (b) cường độ phát xạ tích phân của các mẫu CdS và CdS:Cu 1% khi nhiệt độ thay đổi từ 15-300K. Đường số 1 (màu đen) là của mẫu CdS. Đường số 2 (màu đỏ) là phát xạ phía bước sóng ngắn của mẫu CdS:Cu 1%. Đường số 3 (màu xanh) là phát xạ phía bước sóng dài của mẫu CdS:Cu 1%. Đường liền nét được làm
khớp với biểu thức Varshni.
Từ kết quả trên Hình 3.8 có thể nhận thấy đường làm khớp giữa các số liệu thực nghiệm với mô hình lý thuyết khá trùng nhau. Các giá trị làm khớp thu được với các NC CdS là năng lượng Eo, hệ số dãn nở nhiệt α và nhiệt độ Debye β lần lượt là 2,75 eV, 0,5 (meV.K-1) và 214 K. Các kết quả này khá phù hợp với các kết quả đã công bố [35, 40] đối với các NC CdS, chứng tỏ sự thay đổi năng lượng vùng cấm của các NC CdS là do sự dãn nở nhiệt của mạng tinh thể và tương tác exciton-phonon [40]. Các giá trị Eo và α của các NC CdS:Cu 1% lần lượt là 2,67 eV và 0,24 (meV.K-1), còn nhiệt độ Debye thu được là rất lớn nên không có ý nghĩa vật lý. Hệ số dãn nở nhiệt α của các NC CdS:Cu 1% nhỏ hơn khá nhiều so với hệ số dãn nở nhiệt của các NC CdS chứng tỏ chứng tỏ độ rộng vùng cấm của các NC CdS:Cu không nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ. Nguồn gốc của điều này và giá trị nhiệt độ Debyequá lớn có thể là do quá trình truyền
năng lượng của phát xạ nền cho phát xạ tạp Cu, nên quy luật thay đổi độ rộng vùng cấm của các NC CdS:Cu không còn tuân theo biểu thức Varshni. Giả thiết về sự truyền năng lượng của phát xạ nền cho phát xạ tạp là hoàn toàn có cơ sở nếu quan sát sự phụ thuộc của cường độ phát xạ theo nhiệt độ, Hình 3.8b. Có thể nhận thấy khi nhiệt độ tăng cường độ huỳnh quang của các NC CdS giảm theo quy luật thông thường, phù hợp với việc kích hoạt các trạng thái bắt hạt tải bởi nhiệt độ, đường số 1 (màu đen), trong khi đường số 2 (màu đỏ) có quy luật thay đổi phức tạp hơn. Tính chất không nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ của phổ PL của các NC CdS:Cu có thể mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng cho các thiết bị quang điện có yêu cầu ổn định nhiệt cao trong phổ phát xạ của chúng.