d. Các polaron từ liên kết:
1.3.3. Tính chất quang của TiO
Như chúng ta đã biết năng lượng vùng cấm của anatase và rutile tương
ứng là 3,2 và 3,0 eV tại nhiệt độ phòng. Chúng có thể được xác định từ
nhiều kết quả thực nghiệm khác nhau như đo đặc trưng I/V hay C/V của tiếp giáp p/n hay tiếp giáp Schottky bán dẫn kim loại, hoặc đo phổ hấp thụ,
đo độ dẫn phụ thuộc nhiệt độ hay quang dẫn của vật liệu. Hình 1.10 trình bày phổ quang dẫn của màng anatase và rutile. Kết quả trên hình 1.10 cho thấy năng lượng ngưỡng quang dẫn của màng anatase cao hơn màng rutile.
Đây là quang dẫn do kích thích vùng vùng và kết quả là năng lượng ngưỡng gần như phù hợp với năng lượng vùng cấm quang học. Cấu trúc vùng năng lượng của pha rutile được nghiên cứu rộng rãi. TiO2 rutile có vùng cấm thẳng (3,0 eV). Còn bờ hấp thụ của tinh thể anatase được xác
Hình 1.10. Phổ quang dẫn của màng anatase và rutile [124].
Phổ quang huỳnh quang của vật liệu TiO2 được đặc biệt quan tâm vì tính phức tạp của cấu trúc vùng năng lượng và các chuyển dời cho phép của các trạng thái ở tâm vùng Brilloun (điểm Γ) và điểm X ở biên vùng [27]. Theo các tác giả [43], [128] huỳnh quang của vật liệu khối TiO2 là kết quả các chuyển dời của các bẫy exiton nằm trong vùng cấm, là một dải phát quang rộng có đỉnh vùng sóng xanh khoảng 520 nm. Với các vật liệu ống và thanh TiO2 kích thước nano bên cạnh vùng phát quang ở vùng sóng xanh, các tác giả [25] còn quan sát thấy một dải hẹp ở vùng bước sóng tương ứng năng lượng lớn hơn hoặc bằng vùng cấm năng lượng. Tương tự, Nadica và cộng sự
quan sát thấy một dải phát quang rộng từ vùng 2,2 eV đến 3,6 và 3,8 eV lần lượt cho TiO2 rutile và anatase [96]. Họ cho rằng huỳnh quang ở vùng năng lượng cao liên quan với các chuyển mức vùng vùng rất phức tạp giữa các mức tại điểm Γ ở tâm vùng và điểm X tại biên vùng còn huỳnh quang ở dải năng lượng thấp liên quan với các bẫy sinh ra do thiếu khuyết ôxy trong cấu trúc TiO2. Về cơ bản các kết quả phổ huỳnh quang thu được là giống nhau. Tuy nhiên, có nhiều khác nhau về chi tiết mà theo tác giả Nadica sự sai khác là hệ
kiện công nghệ chế tạo. Kích thước hạt và nồng độ tạp pha vào có ảnh hưởng
đáng kể lên phổ huỳnh quang của vật liệu TiO2, đặc biệt TiO2 anatase. Kết quả này sẽ trình bày và bàn luận chi tiết ở trong chương 4.