Khi pha tạp Cu vào mạng nền CdS, do bán kính khác nhau của các ion Cu2+ và ion mạng nền Cd2+ sẽ làm xuất hiện các sai hỏng trong mạng tinh thể CdS, hoặc các ion Cu2+ dễ bị đẩy ra ngoài [38]. Để nghiên cứu sự pha tạp của Cu vào mạng tinh thể CdS, chúng tôi tiến hành thí nghiệm pha tạp với các nồng độ Cu khác nhau, phổ PL của các NC CdS pha tạp Cu với nồng độ thay đổi từ 0-20% được quan sát trong Hình 3.4a. Phổ PL của các NC CdS không pha tạp xuất hiện đỉnh phát xạ phía bước sóng ngắn 463nm, đây chính là phát xạ khi điện tử ở vùng dẫn tái hợp với lỗ trống ở vùng hóa trị của CdS phát ra. Quan sát thấy đỉnh phát xạ rất rộng và có cường độ thấp tại phía bước sóng dài, đây chính là phát xạ gây nên bởi các trạng thái bề mặt hoặc các sai hỏng mạng tinh thể. Khi pha tạp Cu vào các NC CdS, đỉnh phát xạ tại bước sóng 463 nm gần như không thay đổi chứng tỏ các ion Cu2+ thay thế các ion Cd2+ không làm thay đổi kích thước của các NC CdS, tuy nhiên đỉnh phát xạ phía bước sóng dài tăng lên đáng kể. Rõ ràng trong trường hợp pha tạp Cu, đỉnh phát xạ của các NC CdS phía bước sóng dài có cường độ lớn hơn rất nhiều so với trường hợp không pha tạp, nên đỉnh phát xạ này là phát xạ của tạp Cu chứ không thể là phát xạ bề mặt. Khi tỉ lệ pha tạp Cu tăng từ 0-10% thì cường độ phát xạ của đỉnh này tăng lên phù hợp với sự thay thế nhiều hơn của các ion Cd2+ bởi các ion Cu2+, Hình 3.4b. Tuy nhiên khi nồng độ Cu2+ quá lớn sẽ gây nên nhiều sai hỏng do lệch mạng, biến dạng mạng…, đây chính là các tâm bắt hạt tải, làm giảm cường độ huỳnh quang như đã thấy trên Hình 3.4b khi nồng độ ion Cu2+ là 20%. Với các NC CdS:Cu, thì có sự dập tắt hoàn toàn của phổ phát xạ khi nồng độ pha tạp Cu là 20%.
Sự phụ thuộc của đỉnh PL phía bước sóng dài của các NC CdS pha tạp Cu (có thể viết là Cd1-xCuxS) khi x thay đổi rất phức tạp, Hình 3.4b. Vấn đề ảnh hưởng của nồng độ pha tạp đến độ rộng vùng cấm quang của NC nền cho đến nay vẫn là một vấn đề gây tranh cãi và chưa giải quyết được thấu đáo như đã trình bày trong vấn đề thứ tư- phần 1.5.
Hình 3.4. Phổ PL của các NC CdS pha tạp Cu (a) và sự thay đổi của cường độ phát xạ và đỉnh huỳnh quang với các nồng độ Cu thay đổi từ 0-20% (b).
Thời gian chế tạo của tất cả các mẫu là 60 phút.