6. Bố cục của luận văn
3.3.TÍNH CHẤT HẤP THỤ CỦA VẬT LIỆU NANO MoS2
Để xác định tính chất hấp thụ của vật liệu cũng như tính toán độ rộng vùng cấm quang học của các mẫu chế tạo được, chúng tôi thực hiện phép đo
phổ hấp thụ UV-Vis. Phổ hấp thụ UV-Vis của các mẫu MoS2 được thể hiện trong hình 3.6. Từ hình 3.6(a) cho thấy, phổ UV-Vis của mẫu M10 và M30 có hai đỉnh hấp thụ trong vùng bước sóng khoảng 600 đến 700 nm. Hai đỉnh hấp thụ trên được biết đến là sự chuyển dời excition trực tiếp của vật liệu MoS2 có cấu trúc lớp [26].
Để tính toán độ rộng vùng cấm quang học của các mẫu, chúng tôi sử dụng công thức hàm Tauc:
αhν = A(hν – Eg)n (3.1)
Trong đó: h là hằng số Planck, ν là tần số của ánh sáng chiếu tới mẫu, Eg là độ rộng vùng cấm, A là hệ số tỉ lệ, n = 1/2 với bán dẫn vùng cấm thẳng, n = 2 với bán dẫn vùng cấm xiên.
Vì MoS2 ở dạng cấu trúc lớp có vùng cấm thẳng nên n = 1/2, do đó Eg
là một hàm của (αhν)2. Như vậy, nếu vẽ đồ thị phụ thuộc của (αhν)2 theo năng lượng hν của ánh sáng tới, sau đó ngoại suy phần dốc của đồ thị thì ta thu được giá trị độ rộng vùng cấm của vật liệu. Kết quả này cho phép xác định bề rộng vùng cấm của vật liệu MoS2 từ phổ hấp thụ thực nghiệm.
Hình 3.6. (a) Phổ hấp thụ UV-Vis và (b) Đồ thị Tauc biểu diễn sự phụ thuộc (h)2 vào năng lượng photon của mẫu M10.
Hình 3.6(b) thể hiện sự phụ thuộc của giá trị (h)2 vào năng lượng (h), độ rộng vùng cấm của vật liệu được ước tính bằng cách ngoại suy phần tuyến tính của đồ thị với trục năng lượng. Giá trị độ rộng vùng cấm quang học của mẫu M10 được xác định cỡ 1,77 eV, trong khi đó độ rộng vùng cấm của mẫu M30 được xác định cỡ 1,74 eV, giảm đi một ít so với mẫu M10. Từ kết quả nghiên cứu phổ hấp thụ của các mẫu M10 và M30 có thể thấy rằng, mẫu
M30 có giá trị độ hấp thụ lớn hơn mẫu M10 (hình 3.6(a)), điều này có thể là do chiều dày của mẫu M30 lớn hơn so với mẫu M10, như được quan sát trong ảnh SEM ở hình 3.3. Tuy nhiên, độ rộng vùng cấm quang học của mẫu M30 lại nhỏ hơn một ít so với mẫu M10 như được ước lượng từ công thức (3.1) ở trên (hình 3.6(b)). Mặc khác, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, số lớp (number of layer) trong tấm mỏng nano MoS2 càng ít thì độ rộng vùng cấm càng mở rộng [5]. Do đó, độ rộng vùng cấm quang học của mẫu M10 lớn hơn so với mẫu M30 có thể là do số lớp trong các tấm mỏng nano trong mẫu M10 ít hơn so với mẫu M30.