2. Phương phỏp nghiờn cứu
1.2.1. Chấm lượng tử bỏn dẫn hai thành phần CdSe/ZnS và CdSe/ZnSe/ZnS
Những loại QD được nghiờn cứu rộng rói hiện nay phần lớn là những hợp chất thuộc nhúm AIIBVI như: CdSe, ZnS, CdTe, CdS… do chỳng cú phổ hấp thụ, phổ kớch thớch huỳnh quang rộng, phổ phỏt xạ hẹp, hiệu suất huỳnh quang cao và cú tớnh bền dưới sự chiếu sỏng liờn tục và dài [14]. Dưới dạng tinh thờ̉ khối, ở nhiệt độ 300 K, CdSe cú độ rộng vựng cấm Eg 1, 74 eV (tương ứng với bước súng phỏt xạ cỡ ~ 712 nm), bỏn kớnh Bohr exciton của CdSe (aB) là 5,6 nm. Đối với CdTe, ta cú cỏc giỏ trị sau: Eg 1, 44eV, tương ứng với bước súng phỏt xạ ~ 861 nm, bỏn kớnh Bohr exciton của CdTe là 7,3 nm [5, 86]. Khi giảm kích thước hạt tới kớch cỡ nano một, cỏc mức
năng lượng của điện tử và lỗ trống trở nờn giỏn đoạn, năng lượng của photon phỏt xạ tăng lờn, bước súng phỏt xạ sẽ dịch chuyờ̉n về phía cỏc bước súng ngắn hơn so với bỏn dẫn khối, phổ phỏt xạ của chỳng nằm trong vựng ỏnh sỏng nhỡn thấy [5, 86].
Cỏc liờn kết treo trờn bề mặt của nano tinh thờ̉ tạo thành cỏc trạng thỏi bẫy, làm ảnh hưởng tới sự huỳnh quang và ảnh hưởng tới hiệu suất lượng tử của nú [59]. Do đú, khi cỏc trạng thỏi bề mặt được thụ động húa trở nờn ổn định thỡ khả năng phỏt xạ của QD cũng trở nờn tốt hơn [29, 46]. Một phương phỏp đờ̉ ổn định bề mặt của QD là bọc thờm vào một hoặc hai lớp chất bỏn dẫn khỏc cú độ rộng vựng cấm lớn hơn [46, 143]. Cỏc chất bỏn dẫn được chọn đờ̉ làm vỏ bọc phải thỏa món cỏc điều kiện sau: Độ rộng vựng cấm lớn hơn độ rộng vựng cấm của lừi đờ̉ cỏc hạt tải bị giam giữ ở lại trong lừi của nano tinh thờ̉ và hằng số mạng phải gần với hằng số mạng của lừi đờ̉ cho lớp vỏ được nuụi trờn lừi khụng bị quỏ thay đổi tại lớp tiếp giỏp giữa hai chất.
Khi bọc QD bằng một lớp vỏ ngoài thỡ nếu kỹ thuật bọc khụng tốt, ta cú thờ̉ gõy ra cỏc khuyết tật tại mặt biờn tiếp giỏp của hai pha tinh thờ̉, cỏc khuyết tật cũng cú thờ̉ được gõy ra khi cấu trỳc tinh thờ̉ và hằng số mạng khỏc nhau quỏ lớn. Vớ dụ như giữa hằng số mạng giữa CdSe và ZnS: hằng số mạng của CdSe và ZnS chờnh lệch nhau cỡ 12% ở nhiệt độ 300K, aCdSe4,302Å,aZnS 3,823Å [29]. Như vậy, tại mặt phõn cỏch giữa lừi CdSe và vỏ ZnS cú thờ̉ xuất hiện một ứng suất nào đú. Ứng suất này ảnh hưởng tới cỏc tớnh chất hấp thụ và phỏt xạ của cỏc chấm lượng tử CdSe. Tỏc dụng của lớp đệm ZnSe là làm giảm sự chờnh lệch hằng số mạng giữa lớp lừi và lớp vỏ, từ đú làm giảm ứng suất tại cỏc vựng tiếp giỏp giữa lớp lừi và lớp vỏ, kết quả là làm giảm được cỏc khuyết tật bề mặt chấm lượng tử do ứng suất gõy nờn, và sẽ làm tăng đỏng kờ̉ hiệu suất huỳnh quang [28]. Cỏc nghiờn cứu cho thấy, đờ̉ đạt được mục tiờu trờn, chỉ cần lớp đệm 1,5 – 2 đơn lớp (ML) với độ dày khoảng 0,6 nm – 0,8 nm là đủ. Việc nuụi cỏc lớp vỏ dày lờn cỏc nano tinh thờ̉ cú thờ̉ làm giảm một cỏch đỏng kờ̉ hiệu ứng nhấp nhỏy huỳnh quang và làm giảm hiện tượng bạc màu, mất màu của cỏc QD [107, 134]. Hơn nữa, hiện tượng ion hoỏ QD sẽ khụng xảy ra, hàng rào lớp vỏ dày bao quanh lừi nano tinh thờ̉ sẽ giới hạn cỏc hạt tải bị bẫy bắt trờn bề mặt và việc thờm một lớp vỏ của chất bỏn dẫn cú độ rộng vựng cấm lớn hơn (như ZnS bọc lờn trờn CdSe) cú thờ̉ làm tăng hiệu suất lượng tử và cải thiện độ bền của chỳng [28, 29].
Cỏc tinh thờ̉ kích thước nm được chế tạo ra ban đầu cú QY phỏt quang tương đối thấp (CdSe≤ 10%). Sai hỏng bề mặt nhiều sẽ ảnh hưởng đến tớnh chất phỏt xạ và khụng đỏp ứng được cỏc yờu cầu ứng dụng. Dự rằng cú thờ̉ chế tạo cỏc tinh thờ̉ kớch thước nm được phủ bờn ngoài bằng cỏc phõn tử chất hữu cơ xung quanh cú QY đạt được giỏ trị đến 85% [71], nhưng tớnh bền quang của chỳng dưới tỏc động của chiếu sỏng liờn tục và của mụi trường xung quanh là khụng tốt, do cỏc lớp hữu cơ linh động húa học, hấp phụ nước và oxi lờn bề mặt tinh thờ̉.
Độ bền quang và QY cú thờ̉ được cải thiện bằng việc bọc QD bằng một hay nhiều lớp vỏ là chất bỏn dẫn cú độ rộng vựng cấm lớn hơn, tạo ra cỏc tinh thờ̉ cú cấu trỳc lừi/vỏ hoặc thay đổi ligand của cỏc lừi sau khi chế tạo [73].