Theo các nghiên cứu lý thuyết, độ rộng vùng cấm của các NC bán dẫn thay đổi theo nhiệt độ 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 3.9 trình bày sự thay đổi của năng lượng phát xạ theo nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng, độ rộng vùng cấm của lõi CdTe giảm theo quy luật thông thường trong khi với các mẫu CdTe/CdSe 2ML và CdTe/CdSe 4ML thì sự thay đổi độ rộng vùng cấm không đơn điệu như vậy. Hiện tượng năng lượng vùng cấm tăng khi nhiệt độ tăng với các mẫu CdTe/CdSe 2ML và CdTe/CdSe 4ML xảy ra tương ứng với khoảng nhiệt độ từ 210-300 K và 180-300 K. Chúng tôi tiến hành làm khớp các số liệu thực nghiệm của mẫu CdTe và CdTe/CdSe 2ML và CdTe/CdSe 4ML (trong khoảng năng lượng vùng cấm giảm khi nhiệt độ tăng) với các biểu thức Varshni để xác định các hệ số cần quan tâm. Từ kết quả trên Hình 3.9 có thể nhận thấy đường làm khớp giữa các số liệu thực nghiệm với mô hình lý thuyết khá trùng nhau. Giá trị của các thông số làm khớp: E0 -năng lượng vùng cấm tại 0 K, α - hệ số nhiệt độ, β - nhiệt độ Debye được cho bởi bảng 3.2. Các giá trị thu được từ bảng 3.2 cho thấy các kết quả thu được khá trùng khớp với các giá trị thu được từ các công bố trước đó [23-25], chứng tỏ trong khoảng năng lượng vùng cấm giảm khi nhiệt độ tăng thì sự thay đổi năng lượng phát xạ theo nhiệt độ của các mẫu liên quan đến sự dãn nở nhiệt của mạng tinh thể và tương tác exciton-phonon.
Bảng 3.2. Các thông số làm khớp hàm theo biểu thức Varshni. Mẫu Eg(0) (eV) α (meV.K-1) β (K)
CdTe 2,1 0,34 156
CdTe/CdSe 2ML 1,79 0,23 114
Hình 3.9: Sự thay đổi năng lượng phát xạ của các mẫu CdTe, CdTe/CdSe 2ML và CdTe/CdSe 4ML trong khoảng nhiệt độ từ 15-300 K. Đường liền nét
trong hình là đường làm khớp với biểu thức Varshni
Kết quả quan sát trên hình 3.9 cho thấy sự thay đổi năng lượng vùng cấm theo nhiệt độ lớn nhất với các NC lõi CdTe và giảm dần với các mẫu CdTe/CdSe 2ML và CdTe/CdSe 4ML thể hiện qua giá trị của hệ số nhiệt độ α. Kết quả trên chứng tỏ độ rộng vùng cấm của các NC lõi/vỏ loại II CdTe/CdSe không nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ như với lõi CdTe, kết quả này phù hợp với các kết quả đã được công bố bởi Chon về sự thay đổi năng lượng vùng cấm theo nhiệt độ của các NC CdTe và CdTe/ CdSe [22]. Tính chất rất ít phụ thuộc với sự thay đổi nhiệt độ của phổ PL của các NC CdTe/CdSe có thể mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng cho các thiết bị quang điện sử dụng cấu trúc này - các thiết bị có yêu cầu ổn định nhiệt cao trong phổ phát xạ của chúng.
Kết quả trên hình 3.9 cho thấy trong khoảng nhiệt độ từ 210-300 K với các NC CdTe/CdSe 2ML và từ 180-300 K với các NC CdTe/CdSe 4ML thì độ rộng vùng cấm của các NC này lại tăng khi nhiệt độ tăng, hiện tượng này khá thú vị và không tuân theo quy luật thông thường. Hiện tượng độ rộng vùng cấm
tăng khi nhiệt độ tăng cũng đã quan sát thấy trên một số cấu trúc dạng hợp kim, giếng lượng tử InAs/AlAsSb hay trên các NC loại II CdTe/CdSe [18, 24, 25]. Hiện tượng bất thường trên đã được giải thích dựa trên đóng góp của các trạng thái exciton định xứ được hình thành do thăng giáng thế hoặc do kích thích nhiệt. Tuy nhiên trong các công bố trên, không quan sát thấy hiện tượng cường độ huỳnh quang tăng theo nhiệt độ, xảy ra đồng thời với sự thay đổi bất thường của năng lượng vùng cấm như trong nghiên cứu của chúng tôi. Vì vậy nguyên nhân của hiện tượng này, theo chúng tôi có thể liên quan đến dung môi mà chúng tôi sử dụng, cũng như cách thức tiến hành làm sạch mẫu trong nghiên cứu này. Để giải thích rõ hơn hiện tượng này chúng tôi sẽ kết hợp với nghiên cứu sự thay đổi của cường độ phát xạ theo nhiệt độ, được trình bày dưới đây.