T ỔNG QUAN VỀ VẬ LIỆU NANễ
1.2.2.1.Một số cơ chế phỏt quang
Nếu chỉ vẽ giản đồ năng lượng, bỏ qua giỏ trị tương ứng của vector súng 𝑘𝑘�⃗, cú thể minh họa quỏ trỡnh hấp thụ và cỏc khả năng phỏt quang trong tinh thể như Hỡnh 1.5 [3].
Sự kớch thớch mẫu được thực hiện qua hấp thụ vựng-vựng. Sau quỏ trỡnh (1) này đó tạo ra những điện tử tự do ở vựng dẫn và lỗ trống tự do ở vựng húa trị. Cỏc quỏ trỡnh tỏi hợp cú bức xạ của cặp điện tử-lỗ trống xảy ra tiếp theo là:
- Tỏi hợp vựng-vựng
Tỏi hợp vựng-vựng (2), điện tử tự do ở vựng dẫn và lỗ trống tự do ở vựng húa trị. Quỏ trỡnh này cú thể ghi nhận được ở nhiệt độ mẫu khỏ cao, khi khụng tồn tại trạng thỏi exciton trong tinh thể.
- Tỏi hợp bức xạ exciton
Sự phõn ró exciton (3) chỉ quan sỏt được ở những vật liệu hoàn hảo (sạch, cấu trỳc tinh thể tốt), và ở nhiệt độ thấp sao cho năng lượng nhiệt kT khụng vượt quỏ năng lượng liờn kết của exciton.
- Tỏi hợp cặp đụno-axộpto
Khi trong chất bỏn dẫn cú cả tạp chất đụno và axộpto với nồng độ đủ cao, thỡ tương tỏc Coulomb giữa đụno và axộpto sẽ làm thay đổi năng lượng liờn kết của chỳng (so với khi tạp chất đứng cụ lập). Khoảng cỏch năng lượng giữa cỏc trạng thỏi đụno và axộpto trong cặp là:
ℎν = 𝐸𝐸𝑔𝑔 − 𝐸𝐸𝐷𝐷 − 𝐸𝐸𝐴𝐴 +𝑒𝑒𝜀𝜀𝜀𝜀2 (1.5) trong đú r là khoảng cỏch giữa đụno và axộpto trong cặp, e là điện tớch của trong đú r là khoảng cỏch giữa đụno và axộpto trong cặp, e là điện tớch của electron, ε là hằng số điện mụi của chất bỏn dẫn. Khi electron trờn đụno tỏi hợp với lỗ trống trờn axộpto, năng lượng của photon phỏt ra được tớnh bằng biểu thức (1.5).
- Tỏi hợp bức xạ trong nội bộ tõm
Quỏ trỡnh chuyển dời (6) xảy ra trong nội bộ tõm. Cỏc tõm phỏt quang này mang tớnh định xứ địa phương rất cao, sự tương tỏc của cỏc chuyển dời
điện tử với trường tinh thể xung quanh thường rất yếu. Năng lượng của cỏc chuyển dời điện tử hoàn toàn do cấu trỳc của tõm quy định. Cỏc ion loại 4f (đất hiếm, phúng xạ), 3d (kim loại chuyển tiếp), tõm F trong Halogen kiềm, hay cỏc gốc phỏt quang phõn tử cú dạng phức (complex) cú thể hoạt động trong tinh thể dưới dạng những tõm giả cụ lập như vậy.
- Tỏi hợp bức xạ tõm sõu
Cỏc tỏi hợp (7), (8) tương tự như (4), (5) nhưng với cỏc mức năng lượng đụno và axộpto nằm sõu trong vựng cấm. Trong cỏc trường hợp này, ảnh hưởng của trường tinh thể tới cỏc tỏi hợp cũng yếu hơn.