a-600KW /cm2 b - 7 0 0 K W / c m 2 a - 8 0 0 K W / c m 2 lũ 41 <1 410 4'i‘ữ W tfv d c n g th (rrn ) ỉ. 0 ~r~ 440
Hình 5.8. Phô bức x ụ lasưr cua các moclc gián đoạn cua m ùnv ZnO 6 lớp (u ): M ật độ kích thích ớ nqưữrĩỊỊ (600 k iv /c m ')
(b): M ật ĩìộ kích thích trẽn niỊirỮMỊ (700 k iv /c n r ) (c). M ật ĩíộ kích thích trên như ơng (800 klY c m ' )
Theo quan sát của chúnu tỏi. mặt độ dò nu nmrờnu vào khoárm 600 kVVVcm . Nmrờim phát cua mầu niànu ZnO thâp, điêu này dirợc íiiai thích là do kích thước hạt trưim bình cua mẫ u màim nho hơn nhiẻu so với mau Zn O khôi. Kích thirớc hạt trung bình cua ìnànu ZnO khoarm từ 30 - 40 nm. Với kích thước hạt nho, các buôim cộim hướnc hình thành troim mànu đa tinh thê càrm nhiều \ à dộ dài qua nu dưòim tán xạ tãim lẻn. Do đỏ cirờne dộ laser càim mạnh. Điêu nay thê hiện rỏ tmim plìò hức xạ laser cua màiiLi Z n O 6 lớp. Khi cỏim suât bơm tănu hơn nữa thi các đinh nhọn \ u à t hiện càim nhieu và họp hơn. Các niode laser uián đoạn thẻ hiện rỏ trontĩ hình 5.8 khi tiếp tục lăiìLi còim suàt bơm .
K h a o sát sụ p h ụ t hu ộ c v ào " ó c q u a n s át
Đê k h a o s á t s ự p h ụ t h u ộ c c u a p h ô b ứ c x ạ c ư ỡ n u bức v à o ÍZÓC q u a n s á t , c h ủ n g t ô i t i ê n h à n h t h u p h ò h ứ c x ạ cưòTm b ứ c t ừ m à i m Z n O t h e o c á c u ó c q u a n s á t k h á c nhau k h i Liiữ n m i y ẻ n ư m ậ t đ ộ
dòim bom 9 5 0k W cm . Phô bức xạ laser phụ thuộc ÌZỎC quan sát đirợc chi ra trên hình 5.9.
(a) 3TÍ J [ ị ^ J \ j { 1 r a M C Mểù U X j 4 1D 1 H j 1 w*tt MIin 1+1 tnm ] aSOJ ị 4 ú i i . , 4 ( M J l l ị ÌTỔJ J /V ì 1/ u (b) VI ) ICj m o X*Cj U Xi 4 1 Cj t x L " ấ j m J
Hình 5.9 Phô bức xạ laser với các hướng quan sút
khác nhau, ci) 0 "; b) 30 °; c) 45 “
Góc lới cua chùm lascr lù 45 ", mật. độ củng suủt
h<rm 950 kW/cm~ «0 -ÉTH -í Slũ . +033 B I . 4 ] Au, (c) ---- 1--- 1---1--- ----1--- 1--- 1---1--- ----1 SJÚ ÍTO Stìũ a c c « 0 4 ấ ) -Cũ 4Xì 4 4 0 maualangữi cn m]
Lý thuyêt và thục n gh iệ m cho thây, không giỏnu n hư bức xạ cua laser thưừnu, bức xạ cưỏim bức tù' mẫu niànu Z n O có thê quan sát theo mọi hưứnii. Sự khác nhau thè hiện ơ các điỏm nliir sau: thử nhát, là khác nhau vẻ sỏ mo đe gián đoạn, thú' hai là khác nhau vò eườnu, độ bức xạ, thứ ha là sự khác nhau vẻ sự dịch vị trí cua các cỉinli. Điêu này có thẻ iiiai thích do sự hình thành các buồng c ộng h ư ớ n g theo các h ư ớ n g khác n ha u thi khác nhau. C hí nh vì lý do do mà nglìiẻn cừu loại laser hoạt độnu d ự a trên c ơ só' các bức xạ c ưỡng bức này izọi là laser rmău nhiên.
C ÍÌC phép đo c ù nu đà đirợc tiên hành trên các máu màim Z nO chê tạo hăim p h ư ơ n g pháp Spullcriim trỏn hẹ thiêt bị L 'nivcx—150, Lcvbolcl. Kèt q ua cun LI thư đ ưọc phô bức xạ laser Lươim tự
VI- K É T LUẬN
Các kết quá do đạc thực imhiệm cho thay các má u Z n O đà chẻ tạo có kha nãim phát bức xạ laser imầu nhien. N h ữi m khao sát na> phù hợp với các kẻt qua nghiên c ứu quỏc tẻ đà c ô ng bố khi thực hiện ơ các đièu kiện khác nhau.
Birờc đau ìmhièn c ửu hiệu ứim R a n d o m mi cr oỉ as er c ua chímII tôi cho thày :
kích thích và thu p hổ đ ã đ ư ợ c xâ y dựng trên cơ sở m á y q ua n g phô G D M - 1 0 0 0 và laser Ni tơ j độ nhạy và năng suất p hâ n giải đề khảo sát phô microlas er n gẫ u nhiên .
ic thu dược phổ bức x ạ r a n d o m microlaser từ các m ẫ u Z n O chê tạo được là thành c ô n g bươc . mơ ra khá năng tiếp tục ng hi ên c ứu đê đ ư a vào ứng d ụ n g thực tiễn,
c chí tiêu đặt ra trong 2 n ă m triên khai đê tài đă được h oà n th ành tôt.
c nghiên cứu đầy đủ c ơ chê hoạt động c ủa R an do m Mi cr ol as er là m ộ t bài toán phức tạp. Vân *ất mới mé và hấp d ẫ n nên có nhiêu quan điêm khác nha u vê lý thuyê t và nhiêu điêu đaim còn ìh luận, đòi hỏi nhiêu thời gian hơn. Vì đó là laser n gẫ u nhiên trong môi trường bàt trật tự. / nhiên các kết q u á thực n g h i ệ m là rõ ràng và khả năng ứ ng d ụ n g là hiện thực,
úng tôi vẫn tiếp tục m ớ r ộng nghiên c ứu trong thời eian tới đê hoà n thiện hướim n gh iê n cứu /. Cụ thê là:
ang nghiên cứu p h ư ơ n g p háp chẻ tạo bột Z n O kích thước nano bcìng p h ư ơ n g pháp hóa - v i
)ang xây dựn g một hệ kích thích và thu phô R an do m laser dừn g Laser N d : Y A G ( Q u a nt a Ray 0. USA) và máy q u a n g phố M S - 2 5 7 C C D detector ( Oriel - U S A )
I nghiên cứu sinh đ a n g tiêp tục triên khai h ướ n g nghiên cửu này.
') thẻ nói là đỗ tài dã và đ a n g đ ó n g góp rât hiệu qua vào việc t ãng c ư ờ n g nãim lực dào tạo và 'liiôn cứu cua đơn vị .
- T à i liệu t h a m k h a o t i ê n g Việt:
Ng uyễ n Thế Bình (2002). K y th uật la se r, N X B Đại học Quốc uia Mà nội. . Nguyễn Thế Bình (2006), O u c m ạ p h ô học thực n g h iệ m, N X B Đ H O G H N .
. l .è I hị T ha nh Bình ( 1 9 % ) , C hẽ tạo và nghiên cứu m ột sô tính chúi cua m à n g m o n g hán diiìì
IIIÌÌỊ dịch ran . ị" Bl Luậ n an Tiến sĩ Vật lý, Đại học Qu ốc gia Hà Nội, Hà nội.
. Phạm Vãn Bcn (2006). B ù i vicm g l ạ/ /ý bán c/cìiL Hà nội.
. Vu Đình Cự, Ngu yễ n X u a n C h á n h (1998), Vụt ran vô định hình vù cô n g nghệ cao. N X B Lao lộim. I là nội.
). Ngu\ cn Văn Hiẹu (chu biên) (2004), Bài vicinv C ác nguyên lý CO' ban cua Q u a n g Đ iện lic học
'à I icn Ihòn[Ị Ọ iiíinx h ọ c, Lớp học c h uv ẻn đề Pháp - Việt. Đồ Sơn
1. Dinh Vãn Hoàng - Trịnh Dinh C hiên (2000), Vậl Lý ìiiscr vù ihỉ}ỉ dụng. N X B Đại học Ouốc
ị\i\ I là nội.
s. Phùng I lồ. Phan Q u ố c Phô (2001), G iáo trình l ật lý b ún dan, N X B Kh oa học va K ỹ thuật. H à
' uyễn Duy P h ư ư n g (2006), “N gh iên cứ u ché tạo và khcio s á t m ột sô tính chúi cua m àng
' trẽn c ơ s ớ Z n O và kh a n ú n g ứ n g d ụ n g của c h ú n g "- Luận án Tiên sĩ Vậ t Lý. Trướng Đại
Choa học tự nhiên - H à nội. f à i liệu t h a m k h a o t i ế n g A n h :
\ h u j a R., Lars Fast, E r iks son o . , w i 11 s J. M. and J o h a n s s o n B. (1998). "Elastic and hiyh ỉure properties o f Z n O ” , J o u rn a l o f A p p lie d P h y s ic s, 83 (12). pp. 8065-8067.
\ n d e r s o n p. w . (1958), Phys. Rev. 109. 1492
Bagnall D. M., C h e n Y. F., Z h u z . , Yao T., K o y a m a s . . Shell M. Y., an d Goto T., (1997). tically p u mp e d lasing o f Z n O at ro o m t empe rat ur e" Appl. Phvs. Lett. 70. 2 23 0- 22 32 .
Bagnall D. M., C h e n Y. F., S he n M. Y., Zhu z . . Goto T.. Ya o T. (1998) , Crvst J. Grovvth 4-185, 605
Bagnall D. M., C h e n Y. F., Z h u z . . Yao T., Shen M. Y., an d G ot o T. (1998) . Appl. Lett. 73, .8
Bagnall D. M., C h e n Y. F., Z h u z . , Yao T., K o y a m a s ., S he n M Y., and Go to T. (1997), pl. Phys. Ltítl. 70, 2 2 3 0
Bales c . 11.. VVhitc w . B.. and Roy R. (1962), Science 137. 993
. Benđer M., G a u a o u d a k i s E.. D o ul ou tầ k is E.. N a t sa k o u E., Katsarakis N., Ci ma l la V., riakidis G., Porturnato E., N u n e s p., M ar qnes A., Mar ti ns R., (2002). “ Pr oducti on and aracterization o f z i n c o xi de thin tìlms for room te mp e ra t ur e o z o n e s e n s i n u ” , Thin s o lid F ilm s, 8, pp. 45-50.
!. Birmun J. L (1959), Phys. Rov. Lett. 2. 157
>. Bocmarc c . , M ont ei r o I .. S oa re s M. J.. G u il he r mc .1. G.. and Al ve s E. (2001). Pliysica lỉ 30(S 3 1 0 . 9 8 5
.). Bonđ w . L (1965). J. Appl. Phys. 36, 1674
1. C a o H . , Z h a o Y . G . , O n g H . c . , H ơ s . T . , D a i J . Y . . \ V ' u J . Y . , a n d C h a n g R . p . M . ( 1 9 9 8 ) ,
Vpp 1. Phvs. Lett. 73. 3656
2 . C a o I I . . Z h a o Y . G . . H o s . T . . S e e l i g E . w . , W a n t ỉ Q . H . . a n d C h a n tỉ R . p . I I . ( 1 9 ^ 9 ) , A p p l .
’hys. I.elt. <S2. 2278
:.v Cao 11., /.hao \ O n g H. c . . Ho T.... (1998), Appi. Phys. Lett. Vol. 73. N.25. p. 3656 - 3658. -4. Cao II.. Zh a o (ì. (1999). "Runclom lctser actioii in scm ico iu /iicto r p m vdư r". Phys. K e \ .
.cu. Vol. 82, N . 1 1, p. 2 27 8 - 2 2 8 1 .
25. Cao II., Xu J. Y. (2000) . " M ic ro lu sc r mctcle u ị 'd iso rd c rc d meclia". Appl. Phvs. Lett. Voi. 76, N 21. p. 2997 - 2999.
26. Cao 11. (2003), " L a sin ạ in ru n d o n i nieclia” , W a v e s r a n d o m m e d i a 13 R 1 - R 3 9 . 27. Cao I !.. Xu .1. Y.. Liim Buri n A l e x a n d e r L ...(2003). vol. 9. N . l .
29. Chen Y., Tuan N. T., S e g a wa Y., Ko H. J., Hong s. K.. and Yao T. (2001). Appl. Phys. Lett. 78, 1469
30. Chen Y., Bagnall D. M., koh H. J., Park K. T., Hirraga K., Z hu z . , and Yao T. (1998). “ Plasma assisted molecular beam epitaxy o f ZnO on c-plane sapphire: urovvth and characterization” , Jo u n a l o f A p p lie d P hysics 84 (7), pp. 3912-3918.
31. Chichibu s. F., S o t a T . , Cantvvell G., Eason D. B., and Litton c . w . (2003), J. Appl. Phys. 93.
32. Chichibu s. F.,Tsukazaki A., Kavvasaki M., Tamura K., Sevvaga Y., Sota T.. Koinuma H. (2002), Appl. Phys. Lett. 80, 2860
33. Cho Sunglae, ma Jing, Kim Yunki, Sun Yi, Wong George K. L. and Ketterson John B. (1999), cwPhotoluminescence and ultraviolet lasing o f polycystalline Zn O thin tìlms prepared by the oxidation o f the metallic Z r f \ Appl. Phys. Lett., 75 (18), pp. 2761-2763.
34. Decremps F., Pellicer-Porres J., Saitta A. M., Chervin J. c . , and Polian A. (2002), "HÌLih- pressure Raman spectroscopy study o f wurtzite Z n O ” , Phys. Rev. B, 65, pp. 092101.1-4.
35. Dimova-Mali novska D., tzenov N., Tzolo M., Vassilev L. (1998), “optical and electrical
properties o f r.f ma gnet ron spưttered ZnO:Al thin M aterials Sicence a n d Engineering B.
5 2 , pp. 5 9 - 6 2 .
36. Hatỉles D. M. (1960). "Optical absorption and recombination radiation in scmiconductors due to transitions bctvvccn hydrogen-like acceptor impurity levels and thc conduction ba nd ” , ./. Phys.
Chem. Solids, 16, pp. 76.
37. ( ) / g u r 1 . , T c k e A-, Liu c C h o S-J., ... (2004), Appl. lMìys. Lett. \ ol. 84, N.17, p. 3223- 3225.
38. O z g u r e t al. (2005), J. Appl. Phys 98.
39. Ozi»ur u . , Teke A., Liu c . . Cho s. J., Morkoc H., and Everitt H. o . (2004). Appl. Phys. Lett. 8 4, 3223
40. Tckc A., Ozmir u . , Douan s .. Gu X., Morkoc H., Ne met h B., nause J., and Everitt H. o . (2004), Phys. Rov. B 70. 195207
41. 1D S- 20 1 4 scrics Diuital Oscilloscope Use Manual (2004).
' 7 0
PHỤ LỤC
1- Bán copy các bài báo đã công bỏ
2- Vãn bán liên quan đến đào tạo thạc sỹ, tiến sỹ 3- Copv bìa sách đã xuât bàn
Advances ỉn Optỉcs Photonỉcs Spectroscopy and Applications
Editorial Board: NGƯYEN VAN HIEU (Chairm an)
TR AN BA CHU, PHAM VAN HOI, N G U Y E N DAI HUNG,
NGƯYEN NGOC LONG, vu X U A N Q U A N G
Nhũng tiên bộ trong Q uang học, Q uang iừy O u an gp h ô và ừ n g dụng. 8/2006, cầ n Thơ, Việt Nam
B U I L D I N G A L A S E R P U M P E D - F L U O R E S C E i N C E S P E C T R O M E T R Y S Y S T E M B A S E D O N
S P E C T R O G R A P H G D M - 1 0 0 0
Nguyên T h e Binh, Nguyên Anh Tuan, Nguyên Van Hao, Duo ng Vu Truong
H anoi University o f Science, VNƯ
334 N guyên Trai Roaci, Thanh X u a n , Hanoi
A b s tra c t: A íluorescence spectrometry system pumped by Argon laser and
Nitrogen laser vvas d evelop ed su ccessíu lly. U sing a digital signal processor (D S P ) lock-in amplitìer (M odel S R 8 3 0 , Stantbrd) vve obtained íluorescence spectra
excited by the 488nm wavelength radiation from c w ion Argon laser. To obtain
íluorescence spectra in shorter vvavelength region vve studied to use Nitrogen laser as a pump source. W e succeeded to set up a Auorescence spectrum measurement system pum ped by 337nm vvavelength radiation from Nitrogen laser in pulscs vvith duration o f 6ns and repetition rate o f 10 Hz using an o s c illo s c o p e coupling
vvit h C o m p u t e r .
This spectrometry system is very useful for studying tluorescence spectra o f sem icond u ctor materials such as ZnO, Z n S ...
1. Introduction
We studied to transíòrm successíully an old Double Grating Spectrograph G DM- 1000 (Carl Zeiss, Jena, Germanv) into a spectrometry system coupling vvith
Computer using Lock-in a m p l i t ì c a t i o n t e c h n i q u e . A stepper motor vvith sui t abl e
design and construction vvas connected. The old photomultiplier M12FC vvas replaced by a side-on R-928 PiVIT (Hamamatsu) and P M T signals vvere detected by a digital signal processor (DSP) lock-in amplitìer (Model SR830, Staníòrd). A compatible control and data- acquisition program was vvritten for the nevv spectrometry svstem. We succeeded in obtainin^ Raman spectra by 3 0mW He-Ne laser excitation and tluorescence spectra pumpe d by Ar gon laser and Hií lamps. Hovvever, ma ny s emiconductors need light pump sources vvith shorter vvavelengths and stronger povver for tluorescence studies. Nitrogen laser is a suitable one but it operates in short pulse (6-Sns) and repetition rate o f about 6-10 Hz. [n this paper,
vve repoil onr studies to construct a N ị laser- p umpe d Auorescence spectrometrv
system.
2. Experimental set up
[n the tìrst step, we used a c w vvater-cooled ion- Argon laser as pump source for tluorescence and Raman spectra excitation. An Double Grating Spectrograph G D M - 1 0 0 0 (Carl Zeiss, Jena, Germany) vvas improved to construct a fluorescence
Advíinces in Optics, Photo nics, Spectroscopy and Applications. Aug. 2006, Can tho, Vỉetnam
spectrometry system coupling vvith Computer using Lock-in amplitìcation
technique. ỉn order to get high sensitivity in wider range o f vvavelengths vve replaced the M12FC PMT by a side-on R-928 P M T (Hamamatsu) and detected PMT signals by a digital signal processor (DSP) lock-in ampliíìer (Model SR830, Stanford). A stepper motor vvith suitable design and construction vvas connected. A compatible control and data- acquisition program was vvritten for the nevv spectrometry system. The experimental arrangement vvas showọ in Fig.l
Fig.l: Theỷluorescence spectrometrv system using Lock-in ampli/ìcation technique for
cletection and cw ion- Ảrgưn laser as a pump source
We obtained Auorescence spectra and Raman spectra excited bv the 488rưm vvavelength radiation from c w ion Argon laser. To obtain íluorescence spectra in shorter vvavelen^th region we studied to use a Nitrogen laser (337mn vvavelength) in pulses with duration o f 6ns, repetition rate o f 10Hz and peak povver o f 500kVV as the pump source for Auorescence emission. The experimental set up was shovvn in Fig.2. The Auorescence spectra vvere analyzed by the monochromator GDM 1000 and detected by a photomultiplier R-928 .A thin slice o f quartz has been used as a beam splitter. A little amount o f incident laser light spitted goes into a Silicon photodiode and becomes the trigger siynal. The trigger deteiinines the moment
Fig. 2: Experiment Setup forýluorescence measurement using Nitrogen laser as an excitcition source.
N hững tiếỉì bộ trong O uang học, Quanq tứ, Q uang ph ô và ư n g dụng. 8/2006, Càn Thư, Việt Nam
vvhen the oscilloscope starts to acquire data and display a vvaveíbrm. When a trigger is set up properly, the oscilloscope converts unstable displays or blank screens into meaningíul waveforms.
The mon oc h ro ma t or G D M- 1 00 0 consisting o f t\vo 6501ines/mm gratings can operate in spectrum region o f 7500 - 16675 c m' 1 (for the first order o f the grating) and in the region o f 16675 - 28700 cm~' (for the second order o f grating). We moditled this mo no chr oma tor vvith a step motor and coupled it vvith a Computer to control and monitor vvave-number. PMT Ha ma ma t su R928 (Extended red, high sensitivity, d iameter o f 28mm, 9 stages and side-on) has been used as an optical detector. The spectral response range o f R928 P M T is 185 - 900 rưn. Anode luminous sensitivity and gain characteristic o f P M T R928 are shovvn in Fig.3a. The high voltage supply for R928 PMT is provided by a DP-type Socket (C6270) incorporating a regulated high voltage povver supply and an active voltage divider. It enables simple yet stable PMT operations vvith extended DC output linearity bv only supplying + 15Vdc and connecting to a potentiometer or a 0 to +5V for high voltage adjưstments. In this experiment, high voltage supply has been adjusted at - 1000V by tuning control voltage o f 4V (Fig.3b). At high voltage supply o f -1000V,
PMT' s corresponding gain is 107 and corresponding anode luminous sensitivity is
about 103 A/lm .
(a) (b)
Fig. 3: Ci-Anode Luminous Sensitivity and Gain Characteristic o f PMT R92S
b-Hỉgh Voltage Controlling Characterừtics o f Socket C6270
We useđ a T D S 2 0 1 4 oscilloscope (Tektronix -USA) for electrical signal acquisition and time-based spectral regeneration. T he TDS201 4 is a digital storage oscilloscope vvith 4 chaanels, 100 MHz, 1.0 Giga-sample per second and LCD color display. Tlìis digital storage oscilloscope has tiiree acquisition modes: Sample, Peak Detect and Average and can capture a single-shot signal. When measuring the Huorescence s pec trum excited by Nitrogen laser in pulses with duration o f 6ns and