CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.6. CHẾ TẠO MÀNG MỎNG ĐỒNG (I) OXIT BẰNG PHƯƠNG PHÁP
3.6.4. Nghiên cứu tính chất quang của màng
Để khảo sát tính chất quang của màng chúng tôi ghi phổ truyền qua trong khoảng UV – Vis của màng ở các nhiệt độ 240oC, 260oC, 280oC và 300oC. Kết quả đƣợc cho trong hình 3.20.
Hình 3.20 cho thấy độ truyền qua của các màng đồng (I) oxit là khác nhau.
Màng Cu2O được chế tạo ở 240oC có độ truyền qua lớn nhất trong vùng bước sóng 200 – 675nm. Tuy nhiên, thì vùng hấp thụ và đỉnh hấp thụ cực đại của màng lại không phụ thuộc vào nhiệt độ chế tạo màng.
Vùng hấp thụ của các màng nằm trong khoảng 300 đến 500nm, vùng biên giữa vùng khả kiến và vùng tử ngoại.
200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
4 3
2 1
T(%)
Wavelength (nm)
1: 240oC(d=198 nm) 2: 260oC(d=207 nm) 3: 280oC(d=120 nm) 4: 300oC
Absortion range: 300-550nm
Hình 3.20: Phổ truyền qua của màng Cu2O ở các nhiệt độ khảo sát Phổ truyền qua của các mẫu màng đều cho ánh sáng truyền qua đến 80% ở các bước sóng lớn hơn 500 nm. Ánh sáng trong vùng từ 325 đến 475 nm bị màng hấp thụ mạnh. Điều đáng chú ý trên hình 3.20 là đỉnh truyền qua tại 315 nm của hầu hết các mẫu sản phẩm. Sự hấp thụ ánh sáng của màng đƣợc giải thích là do sự cộng hưởng phonon trên mạng tinh thể đồng (I) oxit trong vùng 325 đến 475. Đỉnh
ngoại được giải thích do sự phát xạ exciton ở bước sóng nhỏ hơn vùng 330nm. Sự phát xạ exciton là nguyên nhân của sự phát xạ dưới dạng huỳnh quang hoặc lân quang [38].
Xác định độ rộng vùng cấm:
Năng lƣợng vùng cấm của vật liệu đƣợc xác định qua giản đồ Tauc:
αEp = (Ep – Eg)n
Trong đú Ep là năng lƣợng của photon, n là hệ số mũ cú giỏ trị là ẵ hoặc 2 tùy thuộc vào quá trình truyền qua là trực tiếp hay gián tiếp, α là hệ số hấp thụ, Eg là năng lƣợng vùng cấm của chất bán dẫn [31].
Giản đồ Tauc của các màng đƣợc chế tạo ở 240oC – 280oC đƣợc đƣa ra trong phần phụ lục. Hình 3.21 là giản đồ Tauc chồng của các màng này.
Vật liệu nghiờn cứu cho ỏnh sỏng truyền qua trực tiếp nờn n = ẵ. Từ đú ta cú biểu thức quan hệ: αEp = (Ep – Eg)1/2. Giản đồ Tauc biểu diễn sự phụ thuộc của α2 vào Ep cho phép xác định năng lƣợng vùng cấm tại giao điểm giữa tiếp tuyến của đường cong với trục hoành có α = 0 (Ep = Eg). Kết quả cho thấy năng lượng vùng cấm tương ứng của các màng ở các nhiệt độ 240oC, 260oC, 280oC lần lượt là:
2.48eV, 2.51eV và 2.56eV. Theo các bài báo đã đƣợc công bố [31, 35] thì độ rộng vùng cấm của màng đồng (I) oxit thay đổi từ 2.1 đến 2.6 eV tùy vào phương pháp chế tạo màng mỏng.
2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 0.00E+000
1.00E+009 2.00E+009 3.00E+009 4.00E+009 5.00E+009 6.00E+009 7.00E+009 8.00E+009 9.00E+009 1.00E+010 1.10E+010
3 2
2-2 (cm) 1
Photon Energy (Ev) 1: Cu2O_240oC
2: Cu2O_260oC 3: Cu
2O_280oC
Hình 3.21: Giản đồ Tauc của màng Cu2O ở các nhiệt độ khác nhau Để nghiên cứu kĩ hơn về tính phát quang của màng thu đƣợc, chúng tôi chọn màng Cu2O đƣợc chế tạo ở 2400C, 2600C và 2800C để ghi phổ huỳnh quang.
Hình 3.22 là phổ huỳnh quang của màng Cu2O ở các nhiệt độ khảo sát, đƣợc kích thích bởi laze nitơ ở bước sóng 337.1 nm, tần số lặp lại: 1-20Hz, độ rộng xung:
1ns, mật độ kích thích cao nhất đạt 1MW/cm2, phân giải phổ tốt hơn 0.5 nm nhờ máy đơn sắc cách tử kép Jobin – Yvon HRD 1, đầu thu CCD làm lạnh bằng pin nhiệt điện (đều là sản phẩm của Hamamatsu). Trên phổ huỳnh quang của các màng Cu2O được nghiên cứu chỉ xuất hiện một đỉnh phát xạ duy nhất ở bước sóng
~500nm, nằm ở biên của vùng “green”.
350 400 450 500 550 600 650 3
2 1
PL intensity (a.u.)
Wavelength (nm) 1: Cu
2O (240oC) 2: Cu
2O (260oC) 3: Cu2O (280oC)
Hình 3.22: Phổ huỳnh quang của màng Cu2O ở các nhiệt độ khác nhau
Phổ huỳnh quang của các màng chỉ có 1 pic duy nhất chứng tỏ các màng có chất lƣợng tốt, cấu trúc đồng nhất và có ít khuyết tật về mặt cấu trúc. Phổ phát quang của các màng Cu2O đã đƣợc chế tạo cho thấy vật liệu này có thể ứng dụng vào việc chế tạo các thiết bị quang tử nhƣ là chế tạo đèn LED phát quang ở vùng
“green”.
Từ giá trị các đỉnh phát xạ tương ứng với các màng và mối quan hệ:
Eg hc
ta thu được giá trị năng lượng vùng cấm tương ứng với màng Cu2O ở 240oC là 2.5eV, ở 260oC là 2.53eV và ở 280oC là 2.56eV. Kết quả này khá phù hợp với kết quả thu đƣợc từ giản đồ Tauc.