Luận văn thạc sỹ khoa học Hoàng Anh Tuấn
MỞ ĐẦU
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong suốt 10-15 năm gần đây, công nghệ nano được xem là một trong
những môn khoa học hàng đầu trong cả nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu công
nghệ cao và được phát triển trên toàn cầu. Thành tựu khoa học của các công trình
nghiên cứu vật liệu nano đang trở nên có ý nghĩa hơn bao giờ hết. Công nghệ nano
đang phát triển với một tốc độ bùng nổ và hứa hẹn đem lại nhiều thành tựu kỳ diệu
cho loài người.
Đối tượng của công nghệ nano là những vật liệu có kích cỡ nanomét
(10
-9
m). Với kích thước nhỏ như vậy vật liệu nano có những tính chất vô
cùng độc đáo mà những vật liệu có kích thước lớn hơn không thể có đuợc như độ
bền cơ học, hoạt tính xúc tác cao, tính siêu thuận từ, các tính chất điện quang nổi
trội...Mục tiêu ban đầu của việc nghiên cứu vật liệu nano để ứng dụng trong cụng
nghệ sinh học, chẳng hạn như các tác nhân phản ứng sinh học và hiện ảnh các tế
bào. Ứng dụng trong vật lý, các chấm lượng tử được hướng tới để sản xuất các
linh kiện điện tử như các diode phát quang (LEDs), laser chấm lượng tử có hiệu
suất cao hơn và dòng ngưỡng thấp. Trong viễn thông, chấm lượng tử được dùng
trong các linh kiện để khuếch đại quang và dẫn sóng. Khống chế và điều khiển tập
hợp các chấm lượng tử là một mục tiêu lớn để dùng các vật liệu này cho máy tính
lượng tử.
Chính những tính chất ưu việt này đã mở ra cho các vật liệu nano những
ứng dụng vô cùng to lớn đối với nhiều lĩnh vực từ công nghệ điện tử, viễn thông,
năng luợng đến các vấn đề về sức khỏe, y tế, môi trường; từ công nghệ thám hiểm
vũ trụ đến các vật liệu đơn giản nhất trong đời sống hàng ngày.... Với phạm vi ứng
dụng to lớn như vậy, công nghệ nano đã được các nhà khoa học dự đoán sẽ làm
thay đổi cơ bản thế giới trong thế kỷ XXI.. Nghiên cứu cơ bản tính chất quang học
là một trong những chuyên ngành quan trọng của quang phổ học của Vật lý chất
rắn. Vì vậy các hợp chất bán dẫn thuộc nhóm A

tử như cửa sổ hồng ngoại, laser phát quang, màn hình hiển thị….
Mặc khác ta có thể điều khiển độ rộng vùng cấm cũng như mong muốn thu
được dải phát xạ khác trong vùng ánh sáng nhìn thấy của tinh thể ZnS. Các hạt
nano có thể được pha thêm các kim loại chuyển tiếp và các kim loại đất hiếm như:
Ni
2+
,
Mn
2+
, Cu
2+
hoặc Eu
3+
…; thay đổi nồng độ pha tạp, thay đổi điều kiện chế tạo
mẫu nhằm cải thiện tính chất quang của chúng.
Do đó ZnS có rất nhiều ứng dụng rộng rãi trong khoa học kĩ thuật: Bột huỳnh
quang ZnS được sử dụng trong các tụ điện huỳnh quang, các màn Rơnghen, màn
của các ống phóng điện tử. Người ta chế tạo được nhiều loại photodiot trên cơ sở
lớp chuyển tiếp p – n của ZnS, suất quang điện động của lớp chuyển tiếp p – n trên
tinh thể ZnS thường đạt tới 2,5V. Điều này cho phép hy vọng có những bước phát
triển trong công nghệ chế tạo thiết bị ghi đọc quang học laser chẳng hạn như làm
tăng mật độ ghi thông tin trên đĩa, tăng tốc độ làm việc của các máy in laser, đĩa
compact, tạo khả năng sử dụng bảng màu trộn từ 3 laser phát màu cơ bản.
Ngoài ra, hợp chất ZnS pha với các kim loại chuyển tiếp (Ni
2+
, Cu
2+
,Mn
2+
,

mẫu có tính chất quang tốt nhất.
 Nghiên cứu tính chất quang của mẫu bột và màng ZnS:Ni.
III. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 Phương pháp nghiên cứu lý luận: Dựa trên cơ sở các kết quả tính toán lý
thuyết.
 Phương pháp thực nghiệm.
 Phương pháp trao đổi và tổng kết kinh nghiệm.
Luận văn được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm, các mẫu nghiên cứu trong
luận văn được chế tạo bằng phương pháp hoá ướt tại Phòng thí nghiệm hoá học hữu
cơ, Khoa hó học và Trung tâm khoa học và công nghệ nano trường Đại học sư phạm
Hà Nội.
IV. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
 Mở đầu
 Nội dung
 Chương 1: Tổng quan
 Chương 2: Thực nghiệm chế tạo và phương pháp khảo sát mẫu
3
Luận văn thạc sỹ khoa học Hoàng Anh Tuấn
 Chương 3: Kết quả và thảo luận
 Kết luận chung
 Phụ lục
 Tài liệu tham khảo
4
Luận văn thạc sỹ khoa học Hoàng Anh Tuấn
NỘI DUNG
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ZNS VÀ ZNS:NI
1.1. Vật liệu nano
1.1.1. Định nghĩa
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất 1 chiều có kích thước nanomet
(nm). Theo trạng thái, người ta chia vật liệu nano thành trạng thái rắn, lỏng và

vật liệu có
khoảng 10
12
nguyên tử), các hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa cho tất cả các
nguyên tử, vì thế mà ta có thể bỏ qua những khác biệt ngẫu nhiên của từng nguyên
tử mà chỉ xét các giá trị trung bình của chúng. Nhưng đối với cấu trúc nano, do
kích thước của vật liệu rất nhỏ, hệ có rất ít nguyên tử nên các tính chất lượng tử
thể hiện rõ hơn và không thể bỏ qua. Điều này làm xuất hiện ở vật liệu nano các
hiện tượng lượng tử kỳ thú như những thay đổi trong tính chất điện và tính chất
quang phi tuyến của vật liệu, hiệu ứng đường ngầm....
 Hiệu ứng bề mặt
Ở vật liệu nano, đa số các nguyên tử đều nằm trên bề mặt, nguyên tử bề
mặt có nhiều tính chất khác biệt so với các nguyên tử bên trong. Vì thế, các hiệu ứng có
liên quan đến bề mặt như: khả năng hấp phụ, độ hoạt động bề mặt...của vật liệu nano sẽ
lớn hơn nhiều so với các vật liệu dạng khối. Điều này đã mở ra những ứng dụng kỳ
diệu cho lĩnh vực xúc tác và nhiều lĩnh vực khác mà các nhà khoa học đang quan tâm
nghiên cứu.
 Hiệu ứng kích thước
Các vật liệu truyền thống thường được đặc trưng bởi một số các đại lượng
vật lý, hóa học không đổi như độ dẫn điện của kim loại, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt
độ sôi, tính axit....Tuy nhiên, các đại lượng vật lý và hóa học này chỉ là bất biến
nếu kích thước của vật liệu đủ lớn (thường là lớn hơn 100 nm). Khi giảm kích
thước của vật liệu xuống đến thang nano (nhỏ hơn 100 nm) thì các đại lượng lý,
hóa ở trên không còn là bất biến nữa, ngược lại chúng sẽ thay đổi theo kích thước.
Hiện tượng này gọi là hiệu ứng kích thước. Kích thước mà ở đó, vật liệu bắt đầu
có sự thay đổi tính chất được gọi là kích thước tới hạn. Ví dụ: Điện trở của một
kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích thước vĩ mô mà ta thấy hàng ngày. Nếu ta
giảm kích thước của kim loại xuống nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của
điện tử trong kim loại (thường là từ vài nanomet đến vài trăm nanomet) thì định
luật Ohm không còn đúng nữa. Lúc đó điện trở của vật liệu có kích thước nano sẽ

Độ thẩm thấu Meiner 1 - 100
Tính chất quang
Giếng lượng tử 1 - 100
Độ dài suy giảm 10 - 100
Độ sâu bề mặt kim loại 10 - 100
1.1.3. Vài nét về màng mỏng và ứng dụng [4]
Công nghiệp màng mỏng là một nghành nghệ thuật cổ xưa nhất nhưng
đồng thời cũng là nghành khoa học mới mẻ. Trong lịch sử nghệ thuật dát vàng đã
được phát triển từ 4000 năm trước bắt nguồn từ người Ai Cập với độ dày khoảng
0,3
m
µ
. Ngày nay công nghệ dát vàng đã đạt tới chiều dày 1
m
µ
, 0,05
m
µ
.
Kĩ thuật chế tạo màng mỏng hiện nay được chia thành hai nhóm phương
pháp là phương pháp hoá học và phương pháp vật lý. Các phương pháp hóa học
thông dụng là phun điện thủy phân, lắng đọng điện hóa, oxy hoá anot, lắng đọng
hơi hoá học, quay phủ (spin costing)... Các phương pháp vật lý thường được tiến
hành trong môi trường áp suất thấp, do đó kéo theo việc ứng dụng công nghệ chân
không trong việc chế tạo màng mỏng. Các phương pháp vật lý chế tạo màng mỏng
như: phún xạ catốt (do W.R.Grove tìm ra năm 1852), phương pháp bốc bay nhiệt
(do M.Faraday tìm ra vào năm 1857), phương pháp phún xạ catốt trong từ
trường ...
Do đặc tính của màng mỏng là có kích thước một chiều bị giới hạn có thể dưới
kích thước giới hạn của vật liệu tạo điều kiện cho việc chế tạo các vật dụng có kích

Trong ơ cơ sở có 4 phân tử ZnS có tọa độ như sau:
)0,
2
1
,
2
1
();
2
1
,0,
2
1
();
2
1
,
2
1
,0();0,0,0(:4S
)
4
1
,
4
3
,
4
3
();

4
3
, với
)(410,5
o
Aa
=
là hằng số mạng [phụ lục III]. Mỗi
ngun tử S (Zn) còn được bao bọc bởi 12 ngun tử còn lại, chúng ở lân cận bậc
hai nằm trên khoảng cách
a
2
2
. Trong đó có 6 ngun tử nằm ở đỉnh của lục
giác trên cùng mặt phẳng ban đầu, 6 ngun tử còn lại tạo thành hình lăng trụ gồm
3 ngun tử ở mặt cao hơn, 3 ngun tử ở mặt phẳng thấp hơn mặt phẳng kể trên.
Các lớp ZnS định hướng theo trục [111] . Do đó tinh thể có cấu trúc lập phương
giả kẽm có tính dị hướng. Các hợp chất sau đây có cấu trúc tinh thể theo kiểu lập
phương giả kẽm: CuF, CdS, InSb…
1.2.2 .Cấu trúc Wurtzite:
Nhóm đối xứng khơng gian của mạng tinh thể này là C
4
6v
-P6
3
mc là cấu trúc bền
ở nhiệt độ cao. Mỗi ơ cơ sở chứa hai phân tử ZnS với các vị trí lần lượt là:
)
2
1

+
với
8
3
≅
u
Mỗi nguyên tử Zn liên kết với 4 nguyên tử S nằm trên 4 đỉnh của tứ diện gần
đều. Khoảng cách từ nguyên tử Zn đến nguyên tử S là (u.c) còn 3 khoảng cách kia
bằng
2
2
2 2
1 1
3 2
a c u
 
 
+ −
 
 ÷
 
 
 
(trong đó a và c là các hằng số mạng, với
0 0
6,2565 , 3,823a A c A= =
).
Ta có thể coi mạng Wurtzite được cấu tạo từ hai mạng lục giác lồng vào
nhau: một mạng chứa các nguyên tử S và mạng kia chứa các nguyên tử Zn. Mạng
lục giác thứ hai trượt so với mạng lục giác thứ nhất một đoạn là

Hình 1.4. Cấu trúc vùng Brillouin
của tinh thể ZnS dạng lập phương
giả kẽm
V
2
V
3
V
1
Hình 1.5. Cấu trúc vùng năng
lượng của tinh thể ZnS dạng lập
phương giả kẽm
Luận văn thạc sỹ khoa học Hoàng Anh Tuấn
1 2 3
2 2 2
(1,1, 1); (1, 1,1); ( 1,1,1);b b b
a a a
π π π
= − = − = −
ur uur ur

Vùng Brillouin là một khối bát diện cụt như trong hình 1.3
Sử dụng một số phương pháp như phương pháp giả thế, phương pháp sóng
phẳng trực giao người ta đã tính toán được cấu trúc vùng năng lượng của ZnS.
Đây là hợp chất có vùng cấm thẳng. Đối với cấu trúc lập phương giả kẽm thì trạng
thái
25
Γ
chuyển thành trạng thái
15

Mạng lục giác Wurtzite có các vectơ tịnh tiến cơ sở là:
( ) ( )
( )
1 2 3
1 1
1, 3,0 ; 1, 3,0 ; 0,1,1
2 2
a a a a a c
= − = =
ur uur uur
Và các vectơ trong không gian mạng đảo là:
1 2 3
2 1 2 1 2
(1, ,0); (1, ,0); (0,0,1);
3 3
b b b
a a c
π π π
= − = =
ur uur ur
Vùng Brillouin là một khối bát diện như trong hình 1.5
11
Luận văn thạc sỹ khoa học Hoàng Anh Tuấn
Hình 1.8. Cấu trúc vùng năng lượng của ZnS dạng Wurtzite
Do cấu trúc tinh thể của mạng lập phương và mạng lục giác khác nhau nên
thế năng tác dụng lên điện tử trong hai mạng tinh thể khác nhau. Tuy nhiên đối với
cùng một chất, khoảng cách giữa các nguyên tử trong cùng loại mạng bằng nhau.
Liên kết hoá học của các nguyên tử trong hai loại mạng tinh thể cũng như nhau,
chỉ có sự khác nhau trong trường tinh thể và vùng Brillouin gây ra sự khác biệt
trong thế năng tác dụng lên điện tử. So với sơ đồ vùng năng lượng của mạng lập

8
Γ
(A),
7
Γ
(B),
7
Γ
(C) trong mạng lục giác (hình 1.8).
1.4. Tính chất quang
1.4.1. Tương tác của ánh sáng với vật chất [7]
Về nguyên tắc, các phép đo quang đều được xây dựng trên cơ sở của một
trong số các hiệu ứng xảy ra khi chiếu một bức xạ điện từ vào vật liệu (hình 1.9 )
1.4.2. Các đặc trưng quang [4]
Các hiện tượng quang học bao gồm các quá trình vật lý xảy ra do sự tương
tác giữa tinh thể và sóng điện từ có bước sóng nằm trong vùng từ hồng ngoại đến
tử ngoại. Nếu chiếu vào tinh thể bán dẫn một chùm ánh sáng, nghĩa là một chùm
bức xạ sóng điện từ, có bước sóng λ, có cường độ ban đầu là I
0
(λ), đo cường độ
ánh sáng phản xạ I
R
(λ), cường độ ánh sáng truyền qua mẫu I
T
(λ), chúng ta có thể
nghiên cứu các quá trình xảy ra trong tinh thể dưới tác dụng của ánh sáng đó. Để
đặc trưng cho các quá trình đó người ta đưa ra các hệ số sau:
+ Hệ số phản xạ R(λ) được xác định bằng tỉ số giữa cường độ ánh sáng
phản xạ I
R

0
I
I
T
T
=
Sự phụ thuộc T = f(
λ
) gọi là phổ truyền qua của mẫu. Hệ số truyền qua
cũng là một đại lượng không thứ nguyên thường tính theo %.
+ Hệ số hấp thụ
α
(
λ
) được xác định từ định luật hấp thụ ánh sáng Buger-
Lamber:
( ) ( ) ( ) ( )
xIRI
αλλ
−−=
exp1
0
( )
( )( )
( )
λ
λ
λα
I
RI

( )
i
α ω
, thì xác suất tổng cộng của
quá trình hấp thụ là:

∑
=
i
i
)()(
ωαωα
(1.1)
Như vậy, trong một vùng phổ cho trước cần phải tính đến các cơ chế hấp
thụ chủ yếu, cho đóng góp lớn nhất vào phổ hấp thụ. Quá trình hấp thụ ánh sáng
14
)
Luận văn thạc sỹ khoa học Hoàng Anh Tuấn
liên quan đến sự chuyển đổi năng lượng của photon sang các dạng năng lượng
khác của tinh thể nên có thể phân loại các cơ chế hấp thụ như sau:
a. Hấp thụ cơ bản (hấp thụ riêng)
Hấp thụ cơ bản liên quan đến chuyển mức của điện tử giữa các vùng cho
phép ứng với chuyển mức 1 và 1a như trên hình 1.3 và 1.4. Chuyển mức 1 không
kèm theo sự thay đổi vectơ sóng
k
r
nên gọi là mức chuyển dời thẳng. Chuyển mức
1a kèm theo sự thay đổi vectơ sóng
k
r

h
là không thể vì các mức
năng lượng tương ứng trong vùng dẫn đã bị điền đầy. Chính vì vậy bờ hấp thụ cơ
bản bị dịch chuyển về phía năng lượng photon cao hơn
b. Hấp thụ Exciton
Hấp thụ exciton liên quan đến sự hình thành hoặc phân hủy trạng thái kích
thích được gọi là exiton.
Exciton là trạng thái liên kết giữa một electron được kích thích lên dải dẫn
và một lỗ trống trong dải hóa trị thông qua tương tác Coulomb giữa hai hạt này.
Người ta phân biệt hai loại exciton Frenkel và exciton Wannier - Mott. Exciton
Frenkel (hay còn gọi là exiton phân tử) vì trạng thái ràng buộc này giữa electron và
lỗ trống chỉ ở trong phạm vi một phân tử (nguyên tử). Exciton Frenkel còn gọi là
exciton bán kính nhỏ có thể chuyển từ phân tử này sang phân tử khác và (bằng
cách đó) chuyển động trong tinh thể nhưng không tham gia dẫn điện. Exciton
Frenkel thường xảy ra trong các tinh thể phân tử với liên kết hóa học Van der
Waals. Khi điện tử và lỗ trống ở trạng thái liên kết với bán kính gấp nhiều lần chu
kỳ mạng tinh thể như trong các chất bán dẫn thì ta có exciton Wannier. Exciton
loại này thường xảy ra trong các tinh thể có sự phủ hàm sóng lớn như trong tinh
thể đồng hóa trị.
Cách mô tả đơn giản nhất cho trạng thái exciton Wannier là dùng mô hình
nguyên tử Hydro. Trong đó lỗ trống có khối lượng hiệu dụng
*
p
m
đóng vai trò hạt
nhân nguyên tử, còn electron có khối lượng hiệu dụng
*
n
m
. Nếu không để ý đến

* *
.
n p
n p
m m
m
m m
=
+
là khối lượng hiệu dụng exciton.
Trong công thức (1.2) năng lượng được tính bằng eV và tính từ mốc là đáy
vùng dẫn. Chúng ta nhận thấy rằng năng lượng liên kết exciton gồm một phổ gián
đoạn, với mức cơ bản
( )
1
exc
E
∆
khi n=1 và bằng không khi n=
∞
. Về bản chất vật lý ta
có thể quan niệm rằng mức cơ bản exciton nằm thấp hơn đáy của vùng dẫn E
c
một
khoảng năng lượng là
( )
1
exc
E
∆

ω
= ∆ − ∆
h
với n=1, 2, 3…. (1.3)
Vì vậy phổ hấp thụ exiton phải là phổ gián đoạn, gồm một dãy vạch như
phổ hấp thụ của hyđro, nằm gần bờ hấp thụ cơ bản và tiếp giáp với phổ hấp thụ cơ
bản tại
g
E
ω
= ∆
h
. Tuy nhiên do ảnh hưởng của dao động nhiệt của mạng tinh thể
và các sai hỏng khác mà các vạch phổ thường bị rộng (nhòe) ra, trong nhiều
trường hợp thậm chí bị lẫn vào phổ hấp thụ cơ bản.
c. Hấp thụ do tạp chất
17
Hình 1.12. Phổ năng lượng exiton
Luận văn thạc sỹ khoa học Hoàng Anh Tuấn
Các tạp chất donor, acceptor được xét theo mô hình nguyên tử hyđro
thường cho các mức năng lượng gần đáy vùng dẫn (mức donor) và gần đỉnh vùng
hóa trị (mức acceptor) nên gọi là các mức nông. Bên cạnh những mức tạp chất
nông trong vùng cấm của chất bán dẫn còn gặp nhiều trạng thái định xứ có mức
năng lượng cách xa hai bờ vùng, nghĩa là nằm khoảng giữa hai vùng cấm, đó là
các tâm sâu. Để giải thích sự tồn tại của các mức năng lượng sâu, người ta sử dụng
một trường thế bị chặn với giả thiết rằng điện tử trong các nguyên tử tạp chất đó
tương tác rất yếu với các nguyên tử cơ bản, quỹ đạo của điện tử có bán kính rất
nhỏ. Ngoài ra, các dạng khuyết tật khác của tinh thể như nút khuyết, lệch mạng…
cũng có thể gây nên những nhiễu loạn trường tinh thể và vì thế sinh ra các trạng
thái định xứ trong tinh thể. Các trạng thái đó cũng có thể là nguồn cung cấp các


=∆
ε
với n=1, 2, 3…. (1.4)
Năng lượng photon hấp thụ với chuyển mức acceptor – donor có dạng:

r
e
EEE
adg
0
2
4
πεε
ω
+∆−∆−∆=

(1.5)
Trong đó số hạng cuối cùng trong (1.5) mô tả năng lượng tương tác
Coulomb giữa ion donor và ion acceptor định vị cách nhau một khoảng r.
d. Hấp thụ do hạt dẫn tự do
18
Luận văn thạc sỹ khoa học Hoàng Anh Tuấn
Các mức chuyển 2, 2a, 2b, 2c, 2d ở hình 1.4 là các chuyển mức của hạt dẫn
tự do trong vùng năng lượng cho phép (2, 2a) và giữa các vùng con cho phép (2b,
2c, 2d). Phổ hấp thụ với chuyển mức của hạt dẫn tự do trong vùng cho phép có
dạng một đường cong thay đổi đơn điệu chứ không có dạng một cực đại, đó là hấp
thụ không chọn lọc do các hạt dẫn tự do. Ngược lại phổ hấp thụ với chuyển mức
giữa các vùng con cho phép trong vùng năng lượng cho phép thay đổi có quy luật
tán sắc, bao gồm các cực đại và các cực tiểu xen kẽ nhau, đó là hấp thụ có chọn

Trong mọi trường hợp, khi điều kiện cân bằng bị vi phạm đều xảy ra quá
trình hồi phục nhằm đưa trạng thái không cân bằng về trạng thái cân bằng. Quá
trình tái hợp trong bán dẫn có bản chất ngược lại so với quá trình hấp thụ. Nó làm
giảm nồng độ hạt tải trong bán dẫn. Quá trình tái hợp được phân loại theo nhiều
phương diện khác nhau.
 Theo cách giải phóng năng lượng của quá trình ta có thể kể một số
dạng tái hợp sau:
Tái hợp bức xạ (hay tái hợp photon):là quá trình tái hợp mà năng lượng giải
phóng ra dưới dạng các photon. Quá trình tái hợp bức xạ gọi là huỳnh quang.
Tái hợp không bức xạ (hay tái hợp phonon): là quá trình tái hợp mà năng
lượng giải phóng ra được truyền cho dao động mạng tinh thể, nghĩa là làm phát
sinh các phonon.
Tái hợp Auger ( là dạng tái hợp không bức xạ): khi năng lượng được
truyền cho hạt thứ ba làm cho hạt dẫn này "nóng" lên. Hạt dẫn "nóng" này qua số lần
tán xạ trên các ion nút mạng truyền hết năng lượng cho mạng tinh thể. Xác suất của tái
hợp Auger thường không lớn vì đòi hỏi của sự "gặp gỡ" cùng một lúc ba hạt dẫn.
 Theo cơ chế vật lý của quá trình có thể chia thành các dạng sau:
a. Tái hợp vùng - vùng (tái hợp cơ bản hay tái hợp trực tiếp)
Một điện tử tự do trực tiếp "gặp" một lỗ trống và tái hợp với nhau. Thực
chất là một điện tử ở trên vùng dẫn chuyển mức xuống một trạng thái trống trong
vùng hóa trị.
20
Luận văn thạc sỹ khoa học Hoàng Anh Tuấn
Nếu bán dẫn có vùng cấm thẳng (cực tiểu của vùng dẫn và cực đại của
vùng hóa trị ở cùng một giá trị của vectơ sóng) thì quá trình tái hợp không đòi hỏi
có sự tham gia của phonon. Xác suất của sự chuyển mức thẳng này thường lớn.
Tái hợp thẳng vùng-vùng đặc trưng bởi sự mở rộng phổ về phía năng lượng thấp
khi nhiệt độ tăng, trong khi đó phía năng lượng thấp phổ bị chặn bởi
g
E

1.5. Một số kết quả nghiên cứu về cấu trúc và tính chất quang của tinh
thể ZnS và ZnS:Ni
1.5.1. Tính chất về cấu trúc vật liệu
Khi pha tạp các kim loại chuyển tiếp với nồng độ pha tạp nhất định thì sự
thay thế vị trí của Zn
2+
bằng các ion này không làm thay đổi đến cấu trúc lập
phương giả kẽm của ZnS.
Theo tác giả [14] thì khi pha tạp Ni vào ZnS thì với nồng độ pha tạp từ
0,1%; 0,3%; 0,5%; 1%; 1,5%; 2% các mẫu đều kết tinh đơn pha và không thấy
xuất hiện pha lạ
Hình 1.15: Phổ X-Ray của tinh thể nano ZnS không pha tạp và pha tạp Ni
2+
với
nồng độ 0,3% [14]
{a}
E
c
E
v
E
t
{b} {c} {d} {e} {f}
22
Luận văn thạc sỹ khoa học Hoàng Anh Tuấn
Hình 1.16: Phổ X-Ray của tinh thể nano ZnS pha tạp Mn
2+
và pha tạp Ni
2+
với

2+
(Ni
2+
0.3%) là khoảng gấp 2 lần so với mẫu ZnS không chứa tap chất.
Hình 1.19: Phổ PL tinh thể nano ZnS không pha tạp tại bước song kích thích
308nm và pha tạp Ni
2+
với nồng độ 0,3% ở bước song kích thích 310nm [16]
24
Luận văn thạc sỹ khoa học Hoàng Anh Tuấn
Hình vẽ 1.19 biểu thị quang phổ hấp thụ của tinh thể ZnS có pha tạp chất và
không pha tạp chất với đỉnh hấp thụ ở 308 nm.
Cũng theo nghiên cứu của nhóm tác giả [18] hình vẽ 1.18 cho thấy đỉnh
phát xạ huỳnh quang của tinh thể nguyên chất ZnS là 450 nm. Nhưng đỉnh phát xạ
của tinh thể có chứa tạp chất Ni
2+
là 520 nm (màu xanh). Những hiệu ứng huỳnh
quang của mẫu có chứa tạp chất đã giảm xuống trong khi tỷ lệ phân tử gam của Ni
2+
tăng lên.
Hình 1.20: Phổ hấp thụ của ZnS và ZnS:Ni với các nồng độ khác nhau [14]
-----E&F-----
25