Tại 300K, năng lượng vùng cấm của zinc blende là 3,68eV và với wurtzite là 3,91eV [1]. Ở nhiệt độ này, cả hai cấu trúc có đợ bền được đánh giá là tương đương nhau. Ở nhiệt độ cao (10200C), cấu trúc wurtzite bền hơn. Cả hai cấu trúc đều có khoảng cách tới nguyên tử kế cạnh là như nhau, bằng 0,234 nm tại 300K. Ở áp suất cao (trên 15GPa), tinh thể ZnS hình thành cấu trúc rocksalt và bền hơn so với 2 dạng cịn lại [35,36,37,38,39,40].
Do có năng lượng vùng cấm lớn, ZnS là mợt vật liệu phát quang quan trọng trong các thiết bị điện phát quang. Cùng nhóm với ZnS, ta cũng có vật liệu ZnO cũng được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng về quang, nhưng so với ZnS, ZnO có năng lượng vùng cấm nhỏ hơn Eg= 3,4eV, nên ZnS bền hơn với ánh sáng nhìn thấy và tia tử ngoại [35,36,37,38,39,40].
Ngồi ra, hầu hết các hợp chất bán dẫn kết hợp từ kim loại nhóm II và phi kim nhóm VI ở dạng zinc blende và wurtzite sáu mặt đều tạo thành từ 1 cation liên kết tứ diện đều với 4 anion, và ngược lại. Trong trường hợp ZnS thì 1 cation Zn2+ liên kết tứ diện đều với 4 anion S2- tứ diện đều là một loại liên kết cợng hóa trị sp3, nhưng giữa Zn – S lại có liên kết ion rất mạnh vì vậy ZnS là mợt hợp chất ion, cợng hóa trị nên dẫn tới việc có đợ rợng vùng cấm lớn hơn nếu so với các chất có liên kết cợng hóa trị khác [35,36,37,38,39,40].
Về bản chất, ZnS có đợ rợng vùng cấm phụ thuộc vào kích thước hạt. Để phát triển hơn về mặt khoa học và kỹ thuật, cải tiến hơn, các nhà nghiên cứu đã pha tạp
23
ZnS với các chất khác nhau. Việc pha tạp chất khác vào ZnS sẽ làm bản chất của ZnS thay đổi, có thể ảnh hưởng đến cấu trúc và đợ rợng vùng cấm, cũng như được dải phát xạ khác trong vùng nhìn thấy vì khi pha tạp sẽ thay đổi được kích thước hạt, tính chất hóa học và dẫn đến đợ rợng vùng cấm thay đổi. Vì thế sẽ ứng dụng được nhiều trong khoa học và thực tiễn hơn [37].
Vật liệu ZnS pha tạp Đồng (Cu)
1.3.2.1. Cấu trúc
Trong phần này ta sẽ tìm hiểu cấu trúc ZnS pha tạp Cu, sẽ có rất nhiều yếu tố tác đợng để hình thành cấu trúc ZnS khi pha tạp vào, Cu sẽ thay thế và chen vào những vị trí khác nhau như: thay thế Zn, thay thế S hay chen vào các vị trí kẽ và cho ra các mức năng lượng hay tính chất khác nhau. Nhưng trong luận văn báo cáo này, chúng tơi sẽ tập trung tìm hiểu cấu trúc và tính chất quang về vị trí Cu thay thế Zn khi chúng được pha tạp vào hợp chất ZnS [41,42,43,44,45,46].
Dựa vào hình 1.6, bài báo41, tác giả kết luận rằng so với mạng ZnS nguyên thủy thì sau khi pha tạp Cu vào thì tham số mạng cũng khơng thay đổi nhiều [41]. Có thể nói chỉ xảy ra mợt chút xíu biến dạng mạng tinh thể nhỏ do bán kính nguyên tử của Cu và Zn có kích thước khác nhau nhưng khơng khác biệt q lớn. Hình 1.6 mơ tả cấu trúc của tinh thể ZnS khi pha tạp Cu [41,42,43,44,45,46].