3. Nội dung nghiên cứu
3.2.2. Thời gian sống huỳnh quang
Đặc trưng loại II của các NC có thể nhận biết dựa vào thời gian sống PL của chúng. Theo nghiên cứu lý thuyết, với các NC loại II, khi lớp vỏ phát triển trên lõi càng dày thì sự phủ hàm sóng của điện tử và lỗ trống càng giảm làm tăng thời gian sống của exciton đáng kể so với lõi. Hình 3.9 là đường cong suy giảm huỳnh quang của các NC lõi CdTe và các NC loại II CdTe/CdSe 1-5ML. Để xác định thời gian sống đối với các NC, đường cong suy giảm huỳnh quang được làm khớp với ba hàm e mũ, biểu diễn bởi phương trình [40]:
= − = 3 1 / ) ( i t i i e A t I (3.1)
thời gian sống PL có thể được tính từ biểu thức:
= = = 3 1 3 1 2 i i i i i i A A (3.2)
Kết quả làm khớp đường cong suy giảm huỳnh quang của các NC với phương trình (3.1) thu được các giá trị của thời gian phân rã 1, 2, 3. Thời
gian sống huỳnh quang được xác định theo phương trình (3.2), các giá trị làm khớp và tính toán được cho trong bảng 3.2. Thành phần thời gian phân rã ngắn 1 được quy cho việc kích hoạt quang trạng thái exciton 1S(e)-1S3/2(h), còn các thành phần dài hơn 2, 3 tương ứng được gán cho việc các hạt tải điện
bị bẫy bởi các trạng thái bề mặt và trạng thái exciton tối trong các NC. Thời gian sống PL của các mẫu được cho trong bảng 3.2. Khi lớp vỏ CdSe càng dày thì thời gian phân rã exciton tăng lên, sự tăng lên của thời gian phân rã exciton
được quy cho sự hình thành của cấu trúc loại II do sự tách không gian điện tích trong các cấu trúc này.
Hình 3.9. Đường cong suy giảm huỳnh quang của các NC CdTe và
CdTe/CdSe. Đường liền nét là kết quả làm khớp giữa số liệu thựcnghiệmvà phương trình 3.1.
Bảng 3.2. Các hằng số thu được bằng việc làm khớp đường cong suy giảm huỳnh quang của các NC lõi CdTe và lõi/vỏ CdTe/CdSe1-5ML
Sample 〈τ1〉(ns) 〈τ2〉(ns) 〈τ3〉(ns) 〈τ〉(ns) CdTe 2.2 (53.6%) 6.67 (27.2%) 17.92(19.2%) 11.86 1ML 4.45 (47.7%) 14.17 (26.5%) 30.3 (25.8%) 21.87 2ML 6.98 (42.3%) 17.51 (24.1%) 34.22(33.6%) 26.14 3ML 11.72(38.8%) 24.83 (23.6%) 44.74(37.6%) 34.94 4ML 20.5 (32.9%) 30.52(21.4%) 80.3 (45.7%) 65.72 5ML 28.24(23.1%) 36.8 (20.2%) 112.9(56.7%) 99.6
Quan sát đường cong suy giảm huỳnh quang của các NC lõi/vỏ loại II CdTe/CdSe có chiều dày lớp vỏ tăng dần ta nhận thấy thời gian sống trung bình tăng. Thời gian sống huỳnh quang trung bình của mẫu CdTe/CdSe5ML là 99,6
ns lớn hơn 9 lần thời gian sống của exciton trong lõi CdTe. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu lý thuyết và các quan sát thực nghiệm khác cho rằng trong các NC loại II, khi lớp vỏ dày lên thì sự che phủ hàm sóng của điện tử và lỗ trống giảm và làm tăng thời gian sống. Việc tăng thời gian sống đối với các NC lõi/vỏ loại II CdTe/CdSe có chiều dày lớp vỏ tăng dần do hai nguyên nhân: i) Do sự sai lệch hằng số mạng giữa lõi và vỏ tạo nên ứng suất lõi/vỏ làm hình thành các bẫy hạt tải; ii) Tăng cường đặc trưng loại II do tách không gian giữa điện tử và lỗ trống. Tuy nhiên các NC lõi/vỏ loại II CdTe/CdSe có sự sai lệch hằng số mạng giữa lõi và vỏ là nhỏ (7,1 %) nên việc tăng thời gian sống huỳnh quang chủ yếu là do tăng cường đặc trưng loại II.