3. Các phương pháp phân tích
3.4. Quang phổ huỳnh quang (Photoluminescenc e– PL)
Một số chất có khả năng phát huỳnh quang sau khi được chiếu xạ. Phương pháp huỳnh quang là phương pháp xác định bản chất và nồng độ của một chất nhờ phân tích bước sóng cường độ của bức xạ huỳnh quang. Ưu điểm của phương pháp huỳnh quang là độ nhạy rất cao, có khả năng nhận biết dấu hiệu của các giếng hoặc rào thế ở mặt phân cách (lớp tiếp xúc) giữa 2 hay nhiều loại vật liệu (Bán dẫn - bán dẫn, bán dẫn - kim loại. Một cách hình dung đơn giản, cho thấy sự khác biệt giữa phương pháp phân tích quang phổ huỳnh quang (PL) và quang phổ hấp thụ (UV-Vis) là việc ngắm nhìn các vì sao vào ban đêm và dưới ánh sáng chói chang của ban ngày. Mô hình cơ chế phát xạ ánh sáng trong tinh thể vật liệu bán dẫn (hình 2.13) có thể được mô tả lại một cách đơn giản bắt đầu từ các điện tử ở trạng thái cơ bản sau khi hấp thụ năng lượng của phôtôn chiếu tới sẽ chuyển dời từ vùng hóa trị (trạng thái cơ bản) lên vùng dẫn (trạng thái kích thích). Sau đó điện tử này có thể bị nhiệt hóa và mất bớt năng lượng do va chạm với các dao động mạng và rơi xuống trạng thái thấp nhất trong vùng dẫn. Nó di chuyển tự do trong vùng dẫn cho đến khi nó bị bắt giữ tại một mức bẫy. Các tâm phát quang thường là những trạng thái kích thích của các nguyên tử tạp chất tồn tại bên trong vật liệu hoặc là những khuyết tật của mạng tinh thể.
Hình 2.13. a) Cơ chế phát xạ ánh sáng trong vật liệu bán dẫn b) Phổ huỳnh quang ghi nhận lại toàn bộ quá trình phát xạ
Quá trình hồi phục của điện tử từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản thông qua sự tái hợp của một lỗ trống trong vùng hóa trị, giải phóng năng lượng dưới dạng photon được gọi là quá trình tái hợp bức xạ.
Hình 2.14. Hệ đo phổ phát quang (PL) và sơ đồ nguyên lý làm việc