1.4. GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÀNG
1.4.3. Phƣơng pháp phổ phát quang
Phƣơng pháp quang huỳnh quang cho phép nghiên cứu các chuyển dời điện tử xảy ra trong chất bán dẫn và các tâm phát quang. Các phổ tƣơng ứng ghi nhận đƣợc phân giải càng cao càng giúp xác định chính xác các q trình vật lý liên quan tới hệ hạt tải. Để đạt đƣợc mục đích trên, một số kỹ thuật ghi phổ khác nhau đã đƣợc xây dựng nhƣ: huỳnh quang dừng phân giải phổ cao, huỳnh quang kích thích xung/phân giải thời gian, huỳnh quang phụ thuộc nhiệt độ và mật độ kích thích…
Hình 1.7: Sơ đồ khối một hệ đo huỳnh quang thông thường
Hình 1.7 trình bày sơ đồ khối một hệ đo huỳnh quang thơng thƣờng. Tín hiệu kích thích từ nguồn sáng đƣợc chiếu trực tiếp lên mẫu để kích thích các điện tử từ trạng thái năng lƣợng thấp lên trạng thái bị kích thích, tín hiệu huỳnh quang phát ra do quá trình hồi phục của điện tử đƣợc phân tích qua máy đơn sắc và thu nhận qua đầu thu (thƣờng là CCD hoặc ống nhân quang điện) để biến đổi thành tín hiệu điện đƣa vào máy tính. Tuỳ thuộc vào cƣờng độ kích thích mà huỳnh quang đƣợc chia thành hai quá trình: huỳnh quang tuyến tính và phi tuyến. Trong q trình quang huỳnh quang tuyến tính, cƣờng độ huỳnh quang tỷ lệ với cƣờng độ kích thích. Cịn các q trình phi tuyến cho thấy cƣờng độ huỳnh quang tỷ lệ bậc hai hoặc lớn hơn cƣờng độ kích thích. Sau khi nhận đƣợc năng lƣợng kích thích, vật liệu phát quang, phổ phát quang đƣợc phân tích qua máy đơn sắc. Yêu cầu phân giải của máy đơn sắc dựa trên thực tế đối tƣợng phát huỳnh quang dải rộng hay hẹp. Tín hiệu quang sau đó đƣợc biến đổi thành tín hiệu điện nhờ vào đầu thu và đƣợc xử lý điện tử, tính tốn theo những phƣơng pháp vật lý khác nhau. Có thể đo huỳnh quang dừng hay xung bằng việc sử dụng nguồn kích thích là dừng hay xung, phần xử lý tín hiệu điện tất nhiên cũng phải phù hợp để đạt hiệu quả đáp ứng yêu cầu nghiên cứu vật lý. Khi đo dừng, kỹ thuật tách sóng đồng bộ đƣợc áp dụng để loại bỏ nhiễu. Phổ đƣợc ghi trong q trình này là tích phân các q trình dừng. Kết quả đầu tiên có thể nhận đƣợc từ huỳnh quang là cƣờng độ (tỷ lệ với mật độ tâm phát quang và xác suất chuyển dời) của các chuyển dời điện tử tƣơng ứng với các mức khác nhau. Các mức năng lƣợng này có thể thuộc về một số loại tâm phát quang riêng. Trong vật liệu thực bao giờ cũng xảy ra q trình phát quang sau khi kích thích, các q trình này
có thể phân biệt với nhau theo phổ riêng phần nằm ở các mức năng lƣợng tƣơng ứng khác nhau. Tuy nhiên, nếu các phổ này nằm chồng chập với nhau thì cần đo phổ phân giải thời gian để nghiên cứu riêng từng thành phần phổ, tƣơng ứng từng loại tâm phát quang.