Huỳnh quang là bức xạ phát ra khi có các chuyển dời giữa các mức năng lượng của điện tử trong vật liệu từ trạng thái kích thích có năng lượng cao về các trạng thái có năng lượng thấp hơn. Trong trường hợp vật liệu được kích thích bằng ánh sáng, huỳnh quang được gọi là quang huỳnh quang (PL).
Đối với vật liệu bán dẫn, cơ chế của PL như sau: Khi hấp thụ photon, điện tử sẽ chuyển từ vùng hóa trị lên các mức kích thích của vùng dẫn. Sau đó là một quá trình hồi phục dao động không bức xạ xảy ra rất nhanh (bậc ps), đưa điện tử trở về trạng thái kích thích có năng lượng thấp nhất. Tiếp theo là quá trình hồi phục của điện tử về trạng thái cơ bản trong vùng hóa trị và bức xạ photon (với thời gian sống bậc ns). Sự hồi phục của điện tử có thể theo một hướng khác do điện tử (hoặc) lỗ trống bị bắt bởi các trạng thái bẫy hạt tải trong vùng cấm, gây ra sự dịch đỏ của huỳnh quang hoặc sự hồi phục không bức xạ. Sự hồi phục này liên quan đến vùng phát xạ ở phía bước sóng dài, thường quan sát thấy đối với các NC do các trạng thái bề mặt (Hình 2.8).
PL là một phương pháp phân tích mạnh và không phá hủy mẫu. Phổ PL cung cấp các thông tin về các đặc trưng phát xạ của NC như tần số phát xạ (màu huỳnh quang), độ đơn sắc của ánh sáng phát xạ, PLQY. PL là phương pháp rất tốt để đánh giá các tạp chất và sai hỏng trong NC bán dẫn.
Phổ PL của các NC được thực hiện chủ yếu trên máy quang phổ LABRAM- 1B có bước sóng kích thích 488 nm (laser Ar) của hãng Jobin - Yvon (Pháp) đặt tại Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam.
Hình 2.9. Sơ đồ hệ đo quang phổ LABRAM-1B.
Các mẫu đo PL nhiệt độ phòng thường được chuẩn bị là mẫu lỏng, mẫu được phân tán trong toluene sau khi đã li tâm làm sạch.
Các phép đo phổ PL theo công suất kích thích quang của laser liên tục Ar, bước sóng 488 nm được thực hiện bằng cách kết hợp thay đổi công suất lối ra của laser và kính lọc cường độ trung tính. Vật kính có tiêu cự 40 mm được sử dụng trong các phép đo này. Đường kính vết laser tại điểm hội tụ là ~ 1 mm.
Ngoài các phép đo phổ PL theo công suất kích thích liên tục của laser Ar, các mẫu nghiên cứu còn được đo trên thiết bị huỳnh quang Laser Photonics LN 1000, sử dụng công suất kích thích xung của nguồn laser N2 tại bước sóng 453 nm. Công suất kích thích lớn nhất của laser xung N2 là 2 MW/cm2. Chiều rộng xung và năng lượng tương ứng của laser N2 là 0.6 ns và 1.4 mJ.
Các mẫu đo PL theo công suất kích thích của laser liên tục Ar bước sóng kích thích 488 nm và laser xung N2 bước sóng kích thích 453 nm được đo dưới dạng lỏng, phổ PL được đo tại nhiệt độ phòng. Phép đo phân giải thời gian được phân tích trên thiết bị PM Hamamatsu R5600U và Tektronix TDS 784A có hằng số phân giải thời gian bậc 1 ns.
CCD Mẫu Kính hiển vi Gương Kính lọc Notch Kính lọc cường độ Laser He- Ne (Laser Ar+) Thấu kính Xử lý tín hiệu Cách tử Gương