T ỔNG QUAN VỀ VẬ LIỆU NANễ
2.3.2.1.Phương phỏp phổ huỳnh quang dừng
Phổ huỳnh quang của vật liệu là đường đồ thị mụ tả sự phụ thuộc của cường độ huỳnh quang vào năng lượng bức xạ. Phổ huỳnh quang của cỏc chấm lượng tử CIS, CIS/ZnS trong luận ỏn được tiến hành trờn hệ đo iHR550 tại Phũng Vật liệu quang điện tử và phổ kế Acton SpetraPro-2300i tại Phũng Cooperman thuộc Viện Khoa học Vật liệu. Hỡnh 2.7 trỡnh bày sơ đồ khối của hệ đo phổ huỳnh quang dừng sử dụng đầu thu quang CCD Synapse của phũng Vật liệu quang điện tử.
Tớn hiệu kớch thớch từ nguồn sỏng được chiếu trực tiếp lờn mẫu để kớch thớch cỏc điện tử từ trạng thỏi năng lượng thấp lờn trạng thỏi bị kớch thớch, tớn hiệu huỳnh quang phỏt ra do quỏ trỡnh hồi phục của điện tử được phõn tớch qua mỏy đơn sắc và thu nhận qua đầu thu CCD để biến đổi thành tớn hiệu điện đưa vào mỏy tớnh. Mỏy đơn sắc cú độ phõn giải khoảng 40 nm/1 mm khe mỏy đơn sắc. Đầu thu quang CCD được làm lạnh cho phộp ghi nhanh toàn bộ giải phổ, giảm thiểu được ảnh hưởng của sự thăng giỏng cường độ kớch thớch trong suốt quỏ trỡnh đo phổ và cũng loại trừ nhiễu nhiệt khỏ tốt.
Hỡnh 2.7. Sơ đồ khối một hệ đo huỳnh quang dừng 2.3.2.2. Phương phỏp phổ huỳnh quang phõn giải thời gian
Việc xỏc định thời gian sống của vật liệu ở trạng thỏi kớch thớch cú ý nghĩa quan trọng. Khi một vật liệu bị kớch thớch sẽ chuyển từ trạng thỏi cơ bản lờn trạng thỏi kớch thớch. Hệ điện tử kớch thớch cú thời gian sống xỏc định, phụ thuộc vào bản chất của vật liệu và trạng thỏi mà ở đú điện tử/ lỗ trống bị kớch thớch tới. Ghi nhận thời gian sống huỳnh quang ở một vựng phổ nào đú cho phộp đoỏn nhận về bản chất của chuyển dời phỏt quang, hay quỏ trỡnh tỏi hợp điện tử-lỗ trống phỏt quang. Phương phỏp phổ biến nhất để đo thời gian sống của vật liệu là phương phỏp huỳnh quang phõn giải thời gian. Hơn nữa, tập hợp những phổ huỳnh quang phõn giải thời gian cho thấy diễn biến cường độ của từng thành phần phổ theo những khoảng thời gian trễ sau thời điểm kớch thớch mẫu khỏc nhau. Từ đú, cú thể phõn định được cỏc thành phần phổ riờng đặc trưng cho cỏc chuyển dời điện tử khỏc nhau nhưng che phủ nhau về vựng năng lượng phỏt xạ.
Cỏc phộp đo phõn giải thời gian trong luận ỏn được thực hiện trờn hệ thiết bị đo gồm mỏy đơn sắc Jobin-Yvon HRD1 (độ phõn giải 13 Ao
/ 1 mm khe mỏy đơn sắc), ống nhõn quang điện H733 (thời gian đỏp xung khoảng 0,7 ns), dao động ký LeCroy 9362 (tần số 1,5 GHz). Hỡnh 2.8 trỡnh bày sơ đồ khối của một hệ đo phõn giải thời gian tại Phũng Vật liệu quang điện tử.
Hỡnh 2.8. Sơ đồ khối hệ huỳnh quang phõn giải thời gian
Trờn nguyờn tắc cơ bản, hệ đo huỳnh quang phõn giải thời gian cú cấu trỳc gần giống hệ đo huỳnh quang dừng. Tuy nhiờn, để cú khả năng phõn giải thời gian thỡ hệ thiết bị cú một số đặc điểm riờng như sau:
+ Nguồn kớch thớch: laser xung phỏt vựng bước súng phự hợp với hấp thụ của mẫu cần nghiờn cứu, thời gian xung ngắn so với thời gian sống huỳnh quang ở trạng thỏi kớch thớch và độ lặp lại xung sao cho thời gian giữa hai xung liờn tiếp dài hơn nhiều thời gian sống huỳnh quang.
+ Phần thu nhận quang-điện tử đảm bảo nhanh hơn, khụng gõy mộo dạng tớn hiệu. Kỹ thuật trung bỡnh nhiều xung cho một điểm phổ được sử dụng để nõng cao tỉ số tớn hiệu trờn nhiễu.
Kết luận Chương 2:
Chương này đó trỡnh bày cỏc phương phỏp thực nghiệm sử dụng trong luận ỏn:
- Phương phỏp phun núng, phương phỏp gia nhiệt sử dụng dung mụi hữu cơ cú nhiệt độ sụi cao và phương phỏp thủy nhiệt sử dụng nước làm mụi trường phản ứng để chế tạo vật liệu nanụ CuInS2, CuInS2/ZnS, CuIn(Zn)S2 và CuIn(Al)S2 đó được lựa chọn và trỡnh bày do cú những ưu điểm nổi trội là: cú
thể chế tạo được vật liệu cú kớch thước đồng nhất, hiệu suất phỏt quang cao và cú thể điều khiển kớch thước.
- Cỏc phương phỏp nghiờn cứu vi hỡnh thỏi và cấu trỳc của vật liệu bao gồm phương phỏp ghi ảnh bằng kớnh hiển vi điờn tử quột (SEM), kớnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phương phỏp nhiễu xạ tia X và phổ tỏn xạ Raman đó được trỡnh bày.
- Cỏc cụng cụ cho việc nghiờn cứu cỏc tớnh chất quang của vật liệu bao gồm cỏc phộp đo phổ hấp thụ, phổ huỳnh quang dừng và phổ huỳnh quang phõn giải thời gian đó được trỡnh bày chi tiết về nguyờn lý và sơ đồ khối của từng phộp đo.
CHƯƠNG 3
CễNG NGHỆ CHẾ TẠO, VI HèNH THÁI VÀ CẤU TRÚC CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CuInS2, CuIn(Zn)S2 VÀ CuInS2/ZnS
Chương này trỡnh bày cỏc cụng nghệ chế tạo ba loại mẫu: (i) cỏc chấm lượng tử bỏn dẫn CuInS2 (CIS), lừi CIS/vỏ ZnS; (ii) chấm lượng tử bỏn dẫn hợp chất CuIn(Zn)S2 (CIZS), lừi CIZS/vỏ ZnS; (iii) chấm lượng tử hợp chất CuIn(Al)S2. Vi hỡnh thỏi của mẫu được quan sỏt, phõn tớch bằng kớnh hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscopy – TEM) và kớnh hiển vi điện tử truyền qua phõn giải cao (High-resolution Transmission Electron
Microscopy – HR-TEM). Cấu trỳc của vật liệu được xỏc định bằng phương phỏp ghi giản đồ nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction – XRD) và phổ tỏn xạ Raman (Raman Spectroscopy – RS).
3.1. Chấm lượng tử CuInS2 và CuInS2/ZnS cấu trỳc lừi/vỏ 3.1.1. Chế tạo chấm lượng tử CuInS2 và lừi CuInS2/vỏ ZnS 3.1.1. Chế tạo chấm lượng tử CuInS2 và lừi CuInS2/vỏ ZnS