SnO2 khụng những là chất bỏn dẫn vựng cấm rộng (Eg = 3,62 eV ở 300 K) mà cũn là vật liệu cú năng lượng liờn kết exciton lớn (130 meV) [28]. Với những tớnh chất trờn nờn nú được ứng dụng trong chế tạo cảm biến ỏnh sỏng tia cực tớm, diode phỏt quang, chất dẫn trong suốt,… Mondal và cộng sự đó tiến hành nghiờn cứu tớnh chất quang của dõy nano SnO2 tổng hợp bằng phương phỏp bốc bay nhiệt ở cỏc nhiệt độ khỏc nhau từ 750-1000 oC [120]. Độ rộng vựng cấm quang học của dõy nano SnO2 khoảng 3,6 eV, giỏ trị này xấp xỉ so với vật liệu khối. Tuy nhiờn, đường kớnh dõy (khoảng 80 nm) lớn hơn nhiều so với bỏn kớnh Bohr của SnO2 (2,6 nm) [148]. Hỡnh 1.13 thể hiện phổ huỳnh quang ở nhiệt độ phũng của dõy nano SnO2 tại cỏc nhiệt độ mọc khỏc nhau.
Hỡnh 1.13. Phổ huỳnh quang của dõy nano SnO2 mọc ở 750-950 oC (a) và sơ đồ vựng năng lượng của dõy nano SnO2 (b) [120].
Vật liệu SnO2 ở dạng khối khụng phỏt quang nhưng với cấu trỳc nano nú thể hiện tớnh chất phỏt quang mạnh. Điều này cú thể giải thớch là do cỏc khuyết tật trờn bề mặt và cỏc nỳt khuyết oxy ở vựng gần bề mặt [68]. Dõy nano SnO2 mọc ở 750 oC và 850 oC cú cỏc đỉnh phỏt xạ tương ứng tại 588 nm và 573 nm, trong khi dõy nano mọc ở 950 oC và 1000 o
C thể hiện đỉnh phỏt xạ lần lượt tại 558 nm và 582 nm. Trong hầu hết cỏc trường hợp thỡ vựng phỏt xạ huỳnh quang là do dịch chuyển Stocks và khụng cú vựng phỏt xạ gần bờ. Theo cụng bố của Zhou thỡ sai hỏng chủ yếu trong cấu trỳc nano của SnO2 là nỳt khuyết oxy ở vựng bề mặt [144]. Trạng thỏi bề mặt này là khoảng 2,7 eV bờn dưới đỏy vựng dẫn và 0,9 eV bờn trờn đỉnh vựng húa trị. Ngoài ra, cỏc nỳt khuyết oxy cũng cú độ õm điện cao nờn sẽ hỳt cỏc điện tử xung quanh tạo thành cỏc trạng thỏi liờn quan với nỳt khuyết oxy gần đỏy vựng dẫn. Vị trớ của những trạng thỏi cú liờn quan đến bản chất của lỗ trống. Với
19
dõy nano mọc ở nhiệt độ 750-1000 oC thỡ năng lượng phỏt xạ khoảng 2,1-2,2 eV là thấp hơn chờnh lệch năng lượng giữa đỏy vựng dẫn với trạng thỏi bề mặt (2,7 eV). Do đú, cú thể khẳng định rằng, cỏc điện tử trong dõy nano từ vựng dẫn bị giam giữ bởi cỏc mức năng lượng bẫy gần bề mặt bờn dưới vựng dẫn sau đú tỏi hợp với lỗ trống ở trờn bề mặt.