CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC NANO DỊ THỂ MỘT CHIỀU ZnS/ZnO
1.2. Các cấu trúc nano dị thể một chiều ZnS/ZnO
1.2.3. Tính chất quang của các cấu trúc nano dị thể một chiều ZnS/ZnO
Chế tạo thành công cấu trúc dị thể ZnS/ZnO cũng như nghiên cứu một số tính chất quang mới của vật liệu này tạo một bước đệm cho các nhà nghiên cứu khoa học trong nước và trên Thế Giới. Phổ huỳnh quang của ZnS/ZnO được thể hiện trên hình 1.10 có 3 đỉnh phát xạ với cường độ khác nhau ở các bước sóng 367, 375 và 515 nm. J.Li và các cộng sự cho rằng phát xạ cực đại tại các bước sóng 367 nm. Tháng 8/2008, Jian Yan và các cộng sự đã công bố chế tạo thành công cấu trúc dị thể ZnS/ZnO phát quang ở bước sóng tử ngoại 355 nm, kết quả này thu hút sự chú ý của nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới, nó hứa hẹn mang lại nhiều ứng dụng mới trong công nghệ chẳng hạn như pin mặt trời tử ngoại, laser tử ngoại….
Hình 1.10. Phổ huỳnh quang của cấu trúc dị thể ZnS/ZnO
Hình 1.11. Phổ huỳnh quang của cấu trúc dị thể ZnS/ZnO đo ở nhiệt độ thấp (30 K)
Hình 1.11 là phổ huỳnh quang của cấu trúc dị thể ZnS/ZnO đo ở nhiệt độ thấp do Jian Yan và các cộng sự công bố. Có 4 cực đại trong vùng tử ngoại tại các bước sóng 330, 355, 376 và 386 nm, các cực đại tại 330 nm và 376 - 386 nm liên quan đến bức xạ vùng – vùng của ZnS và ZnO, cấu trúc dị thể ZnS/ZnO cho phát xạ bước sóng hoàn toàn mới 355 nm mà theo Jian Yan cần phải được nghiên cứu rõ ràng hơn.
THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Việc nghiên cứu nuôi các cấu trúc nano dị thể (nano lai) trên cơ sở các oxit kim loại bán dẫn và bán dẫn vùng cấm rộng một chiều tuy được bắt đầu khá sớm (khoảng năm 2002) nhưng chủ yếu tập trung vào các chuyển tiếp trên cơ sở vật liệu Ge/SiOx, Si/SiGe. Đối với các cấu trúc nano dị thể một chiều ZnS/ZnO, có rất nhiều các nghiên cứu tập trung chủ yếu vào dây nano, đai nano dị thể do việc chế tạo các cấu trúc này dễ dàng hơn. Các phát hiện và nghiên cứu cơ chế hình thành cấu trúc dị thể ZnS/ZnO và khả năng ứng dụng trong chế tạo pin mặt trời đã được công bố trên tạp chí Nano Letter năm 2007.
ZnO có vùng cấm thẳng, độ rộng vùng cấm cỡ 3,37 eV và năng lượng liên kết exciton lớn ~ 60 meV tại nhiệt độ phòng, do đó nó là vật liệu hấp dẫn cho các ứng dụng như chế tạo điốt phát xạ tử ngoại, điện cực trong suốt và vật liệu áp điện. ZnO cũng đã được chứng minh như là vật liệu được hứa hẹn cho chế tạo pin mặt trời quang điện hoá. ZnS cũng có các tính chất vật lý cơ bản gần giống ZnO. Độ rộng vùng cấm của ZnS cỡ 3.7 eV (cho pha lập phương- wurtzite) tại nhiệt độ phòng và đây là loại vật liệu được ứng dụng nhiều trong quang điện tử, các thiết bị quang phi tuyến, và điốt phát quang…vv. Các nghiên cứu trên các cấu trúc nano một chiều ZnO, ZnS khác nhau như dây, đai, ống và thanh nano gần đây đã nhận được rất nhiều các kết quả cho thấy không chỉ tiềm năng ứng dụng của các cấu trúc thấp chiều này mà còn có thể cho nhiều thông tin giúp nâng cao sự hiểu biết của con người về các tính chất vật lý cơ bản và trong thiết kế các thiết bị nano quang điện tử cho tương lai. ZnS, ZnO và các cấu trúc dạng hợp chất hoặc lai giữa chúng là ứng cử viên tiềm năng nhất cho laser tử ngoại (UV) và thiết bị thu nhận tín hiệu quang làm việc trong dải bước sóng 320 - 400 nm.
Trong hai loại bán dẫn ZnS và ZnO thì vật liệu ZnO bền hơn và ít bị ảnh hưởng của môi trường hơn ZnS. Một số công trình nghiên cứu đã công bố khi chế tạo các cấu trúc nano một chiều như dây nano, đai nano hoặc thanh nano ZnS thì