ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
ĐỄ TÀI:
N G H IÊ N CỨU CÁC TÍN H CH ẤT Q U A N G CỦA
BÁ N DẪN VỪNG C Â M R Ộ N G
Mã số: QT- 06-12
Chủ trì đề tài : TS. Phạm Văn Bển
Các cán bộ tham gia : CN. Phan Thanh Chương
TS. Đàm Hiếu Chí
ThS. Hoàng Chí Hiếu
CN. Bùi Hồng Vân
CN. ifcnrKrarGht -I
■J*| H O C Q UO C GIA HA
I ~f?ụNG TÃ IV * — ~~' I(Z 'ự .Ị fHi' /1Ệ(•
I
____
^ /: ^
HÀ NỘI - 2006
BÁO CÁO TÓM TẮT
ĐỂ TẢI: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT QUANG CỦA
BÁN DẪN VÙNG CẤM RỘNG
MÃ SỐ : QT- 06 -12
CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI : TS. PHẠM VĂN BỂN
CÁC CÁN BỘ THAM GIA: CN. PHAN THANH CHƯƠNG
TS. ĐÀM HIẾU CHÍ
THS. HOÀNG CHÍ HIẾU
CN. BÙI HỔNG VÂN
CN. ĐÀO KIM CHI
1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
+ Xây dựng quy trình chế tạo bột phát quang ZnS bằng phương pháp gốm
+Nghiên cứu các tính chất quang của một số bán dẫn vùng cấm rộng: ZnS,
CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI
TS. Phạm Văn Bền
BRIEF REPORT
TITLE: INVESTIG ATION ON THE OPTICAL PROPETIES OF
SEM ICONDUCTORS W ITH THE WIDE FORBIDDEN BAND GAP
CODE: QT- 06-12
COOR DIMATOR : PHAM VAN BEN
KEY IMPLEMENTS: PHAN THANH CHUONG
DAM HIEU CHI
HOANG CHI HIEU
BUI HONG VAN
DAO KIM CHI
1. Objective and Matter of this study:
+ Construct the process of producing luminophor ZnS by ceramit method.
+ Investigate the optical properties of some wide forbidden band gap
semiconductors: ZnS, Zn] xFexSe (0 < X < 0.1727)
2. Main results:
We succeeded in:
+ Carrying out the theory of crystal, energy gap structure and optical properties of
wide forbidden band gap semiconductors.
+ Construct the process of producing luminophor ZnS by ceramit method.
+ Investigate luminescent spectrum of some wide forbidden band gap
semiconductors : ZnS, Znl xFexSe (0 < X < 0.1727)
+ Education results: 2 bachelor theses
Publications: 2 papers
1 paper on Fourth National Conference on Optics and Spectroscopy, Can Tho. 15-
19 August 2006.
1 paper on confference of physics fuculty, HUS, VNU, 11/10/2006
3
MỤC LỤC
I. MỞ ĐẨU
Các bán dẫn vùng cấm rộng loại A2B6, A3B5 với độ rộng vùng cấm khoảng
một vằi electron vôn như: ZnSe, ZnS, CdTe, CdS, ZnO.v.v. được ứng dụng rộng rãi
trong các dụng cụ quang điện tử. Chúng dùng để chế tạo các đi ốt phát quang, quang
trở, những cửa sổ trong suốt trong vùng khả kiến và hồng ngoại gần [1, 2, 3, 4],
Trong phổ phát quang của các bán dẫn này từ 4,2K đến 300K, ngoài những vạch đặc
trưng cho sự tái hợp bức xạ của các exciton tự do, exciton liên kết trên các donor,
acceptor, các electron tự do từ vùng đẫn xuống các mức tạp chất, còn xuất hiện các
đám rộng đặc trưng cho sự tái hợp bức xạ của các cặp donor - acceptor [5, 6, 7, 8, 9].
Khi pha các kim loại chuyển tiếp như Mn, Fe, Ni, Co với vỏ điện tử 3d
chưa lấp đầy vào các bán dẫn vùng cấm rộng sẽ tạo thành các bán dẫn bán từ. Các
iôn của các kim loại trên (gọi là các iôn từ) sẽ tạo nên trong vùng cấm của các bán
dẫn này những mức năng lượng xác định. Vì thế trong phổ phát quang của các bán
dẫn vùng cấm rộng còn xuất hiện những vạch đặc trưng cho sự tái hợp bức xạ của
các pôlarôn từ liên kết, các đám phát quang đặc trưng cho các iôn từ và phổ phát
quang của chúng được chuyển sang vùng hồng ngoại gần [10, 11, 12, 13, 14].
Nhằm làm sáng tỏ một vài cơ chế tái hợp bức xạ và khả năng ứng dụng của
các bán dẫn vùng cấm rộng, chúng tôi thực hiện đề tài: Nghiên cứu các tính chất
quang của bán dẫn vùng cấm rộng
II. NỘI DUNG
l.Cấu trúc tinh thể, cấu trúc vùng năng lượng và các tính chất quang của bán
dẫn vùng cấm rộng
a. Cấu trúc tinh thể của bán dẫn vùng cấm rộng
Các tinh thể A2B6 A3B5 được tạo thành từ các kim tử nhóm 2 hoặc 3 (A) và các
nguyên tử á kim nhóm 6 hoặc 5 (B) liên kết với nhau theo dạng hỗn hợp iổn và cộng
hóa trị (ví dụ như ZnS :77% là liên kết iôn và 23% là liên kết cộng hóa trị). Trong
liên kết iôn các nguyên tử kim loại A cho hai điện tử hóa trị để trở thành iôn hóa trị
dương hai A2+ có cấu hình điện tử ở lớp ngoài cùng 3d2p6d10, các nguyên tử á kim B
nhận hai điện tử trở thành iôn hóa trị âm hai B2' có cấu hình lớp điện tử ngoài cùng
3s2p6. Trong liên kết cộng hóa trị mỗi nguyên tử A hay B đều đóng góp vào liên kết
Nhóm đối xứng không gian của Sphalerite là: T2d F'43m. Ở cấu trúc Sphalerit
mỗi ô mạng nguyên tố có 4 phân tử A2B6 (ZnS). Mỗi nguyên tử A (Zn) đươc bao
quanh bởi 4 nguyên tử B (S) được đặt trên các đỉnh của tứ diện ở cùng khoảng cách
V3 —, trong đó a là hằng số mạng. Ngoài ra bất kỳ một nguyên tố nào thuộc cùng
4 ■ -
6
một loại cùng được bao quanh bởi 12 nguyên tử cùng loại đó ở khoảng cách V2 —,
trong đó 6 nguyên tử đặt ở đỉnh của lục giác nằm trên cùng một mặt phẳng, 6
nguyên tử còn lại tạo thành một phản lăng kính tam giác. Nếu đặt các nguyên tử của
một nguyên tố B (S) ở các nút mạng lập phương, tâm mạng có tọa độ cầu là (0, 0, 0)
thì các nguyên tử của nguyên tố kia tại các nút mạng của tinh thể Sphalerite này,
nhưng với nút mạng đầu có tọa độ (1/4, 1/4, 1/4). Khi đó 4 nguyên tử B (S) ở các vị
trí (0, 0, 0); (1, 1/2, 1/2); (1/2, 0, 1/2); (1/2, 1/2, 0) và 4 nguyên tử A (Zn) ở các vị trí
(1/4, 1/4, 1/4); (1/4, 3/4, 3/4); (3/4, 1/4, 3/4); (3/4, 3/4, 1/4). [3]
* Cấu trúc dạng lục giác (hay wurtzite)
+ Cấu trúc dạng lục giác (hay Wurtzite) được xây dựng dựa trên cơ sở quy
luật xếp cầu theo hình 6 cạnh của các nguyên tử B (S) được ký hiệu là trong đó
một nửa số hỗng bốn mặt chứa nguyên tử A được ký hiệu là định hướng song song
với nhau ( hình lb ) .
Nhóm đối xứng không gian của cấu trúc lục giác là: (J*6ự - P63mc.
ở cấu trúc Wurtzite, mỗi mạng nguyên tố cũng chứa 4 phân tử A2B6 (ZnS). Tọa độ
của mỗi nguyên tử A được bao quanh bởi 4 nguyên tử B (Z) đặt trên các đỉnh tứ diện
ở cùng khoảng cách [a2/3 + c2(u - 1/2)2]1/2, trong đó a là hằng số mạng, u là hằng số
mạng dọc theo trục z. Ngoài ra bất kỳ một nguyên tố nào thuộc cùng một loại cũng
được bao quanh bởi 12 nguyên tử cùng loại đó, trong đó có 6 nguyên tử ở đỉnh của
một lục giác nằm trong cùng mặt phẳng với nguyên tử đầu và cách nó một khoảng là
a, 6 nguyên tử kia ở đỉnh mặt lăng trụ có đáy là một tam diện ở khoảng cách bằng
2
2
[— + — ] 1 2 . Các tọa độ của các nguyên tử A (Zn) là (0, 0, 0); (1/3, 2/3, 1/2); và
Trong đó Ịfi là khối lượng hiệu dung của electron
Tương tự ở gần giá trị năng lượng cực đại trong vùng Brillouin với k = 0 ta có
nãng lượng.
E(k) = E’o -A k ỉ-B k Ị - C k ỉ (4)
Với tinh thể có cấu trúc lập phương A = B = c ta có
E M = É .~ 7 T —- k \ + k \ + * ’ )= É t - Ẩ k 1 (5)
2 mh lnìh
Trong đó m* là khối lượng hiệu dụng của lỗ trống.
Đổ thị của E(k) theo k ứng với vùng hoá trị và vùng dẫn đều có dạng parabol. Khi
cực tiểu của năng lượng vùng dẫn và cực đại của năng lượng của vùng hoá trị đều
nằm ở k = 0 ta có chuyển dời điện tử thẳng hay chuyển mức thẳng(hình 2a).
Khi cực tiểu của năng lượng vùng dẫn và cực đại của nãng lượng của vùng hoá trị
nằm ở k khác nhau ta có chuyển mức điện tử nghiêng hay chuyển mức nghiêng (hình
2b).
Khoảng cách về mặt nãng lượng giữa đáy vùng dẫn và đỉnh vùng hoá trị gọi là
độ rộng vùng cấm.
Eg = E0- E 0’ = EC- E V (6)
Hiy = E(k)iịí (1)
8
Ạ E(k) A E ík)
Ec
Ev
Hình 2: Chuyển mức thẳng (a) và chuyển mức nghiêng (b)
trong bán dẫn vùng cấm rộng
c. Ảnh hưởng của tạp chất lên cấu trúc mạng tinh thể, hàng sô mạng và pha từ
của bán đẫn vùng cấm rộng
Khi đưa các nguyên tử tạp chất vào trong các bán dẫn đơn hay bán dẫn họp
chất thì các nguyên tử tạp chất đã thay thế các nguyên tử chính của mạng tinh thể.
Khi đó, tính chất tuần hoàn của mạng tinh thể bị vi phạm, vì thể mà cấu trúc tinh
thể, cấu trúc vùng năng lượng, tính chất điện, tính chất từ và tính chất quang của bán
phản xạ exciton tự do.
Eị(x) là năng lượng liên kết của exciton tự do.
10
Eg
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8
Hình 4: phụ thuộc độ rộng vùng cấm Eg của tinh thể
Cd^M n xTe vào nồng độ X của Mn ở 300 K
X
Hình 5 : Sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm Eg của ZnSxSe,.x
vào nồng độ X của s ở 78 K
+ Sự có mặt của các iôn từ Fe2/3+ và Mn2+ vẫn giữ cho các bán dẫn bán từ
Cd|.xFexTe, C d ^ M n J e có cấu trúc Zinc -blende trong khoảng nồng độ (0 < x< 0,7
) chỉ khi có tác dụng của từ trường ngoài mới thay đổi đáng kể cấu trúc của chúng.
Do các iôn từ có mômen spin định xứ tổng cộng khác không mà xảy ra tươne tác
spin - spin giữa các điện từ 3d của các iôn từ với các điện tử dẫn (hay còn £ỌÌ là
tươns tác trao đôi s-d). Độ lớn của năng lượng tương tác này tùy thuộc vào sự trật tự
11
hóa của các iôn từ Fe2/3+, Mn2+ trong tinh thể CdTe. Nếu các tinh thể Cd].xFexTe.
Cd).xMnxTe ở pha thuận từ thì tương tác giữa các iôn từ với nhau yếu, còn tương tác
trao đổi s-d biểu hiện mạnh, khiến độ rộng vùng cấm của tinh thể giảm. Hiện tượng
này đã được quan sát thấy trong phổ hấp thụ của Cdi.xFexTe và phổ phát quang của
Zri|.xMnxSe. Ngược lại khi các tinh thể ở pha spin- glass và đặc biệt là pha phản sất
từ, tương tác trao đổi s-d nhỏ hơn tương tác của các iôn từ với nhau, do đó dẫn đến
sự tăng dị thường độ rộng vùng cấm. Hiện tượng này được quan sát thấy trong phô
hấp thụ của Cd]_xMnxTe (0,4<x< 0,70) và phổ phát quang của Zni_xMnxSe (hình 6).
Bảng 1 : Vị trí các vạch phản xạ exciton cơ bản EA(x) và sự phụ thuộc độ rộng vùng
cấm của tinh thể ZnSxSe,_x vào nồng độ X của s ở 77 K.
Nồng độ X
Ea(x)
Eg(x) (eV)
R.B.Bylsma, W.M.Becker và J.Diouri, J.P.Lascaray đã dùng Hamilton tương tác:
Hu = -/ỉữx .ỵ j(r ~ R J)s.SJ
(9)
Trong đó: X - nồng độ của các iôn từ
J30 - hệ số tỷ lệ đặc trưng cho bản chất của các iôn từ.
s - Spin của điện tử đẫn ở vị trí r
Sj _ Spin của iôn từ thứ J ở vị trí Rj
J (r-Rj) - tích phân trao đổi
+ Sau khi lấy trung bình Hamiltơn tương tác này theo tất cả các momen từ
định xứ và tính đến sự phân bố ngẫu nhiên của các iôn từ trong tinh thể, phép tính
gần đúng của R.B.Bylsma, W.M.Becker áp dụng cho pha thuận từ của Zni_xMnxTe
đã tiên đoán sự giảm độ rộng vùng cấm. Ngược lại, phép tính gần đúng của
J.Diouri, J.P.Lascaray áp dụng cho pha phản sắt từ của Cd!.xMnxTe ở vùng nhiệt độ
thấp và T « TNeei đã tiên đoán sự tăng độ rộng vùng cấm .Vùng dẫn và vùng hóa trị
ở K = 0 đều bị dịch chuyển với số gia năng lượng tương ứng :
AE c =
AE
ỊC_ nỵ
4 2
4 2
eqc
s
ỉ \ eqv
c <7 2
(10)
(11)
Trong đó : me\ mp* là các khối lượng hiệu dụng của điện tử và lỗ trống trong vùng
dẫn và vùng hóa tr ị.
q là véc tơ đặc trưng cho sự phản sắt từ.
Sự dịch chuyển năng lượng toàn phần của vùng cấm được xác đinh bàng
với nhiệt độ thấp và cao.
+ Như vậy độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn vừa phụ thuộc vào nồng độ X
của tạp chât vừa phụ thuộc vào nhiệt độ T của mẫu. Trong trường hgfp tổng
quát sự phụ thuộc này được xác định băng công thức sau:
a T 2 „
Eg (X,T)= Ek (0) + ax - ệ L — -b XT (14)
Trong đó: a, b là các hệ số tỉ lê được xác đinh bằng thực nghiệm.
X là độ cảm ứng từ.
X là nồng độ tạp chất.
T là nhiệt độ của mẫu.
14
► T
Hình 8 : Sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm Eg của bán
dẫn vào nhiệt độ
Bảng 2 : Giá trị độ rộng vùng cấm của một số hợp chất bán dẫn vùng cấm rộng
Các hợp chất
bán dẫn
Độ rộng vùng cấm Ee (v)
Ở 4.2 K
Ở 300 K
ZnSe 2.817
2.670
ZnS
3.700
3.640
ZnO
3.370
3.200
CdSe 1.850
f. Các cơ chê hấp thụ trong bán dẫn vùng cấm rộng
Khi chiếu một bức xạ điện từ với tần số V vào một hợp chất bán dẫn thì xảy ra
sự hấp thụ các phôtồn của bức xạ điện tử đó. Hệ số hấp thụ a của hợp chất bán dẫn
có thể xem là xác suất hấp thụ phôtôn. Nếu trong hợp chất bán dẫn tồn tại một sô' cơ
chế hấp thụ độc lập nhau, đặc trưng bằng các xác suất (ỵ (v) thì xác suất tổng cộng
của các quá trình hấp thụ là:
a = x , a (v) (16)
Quá trình hấp thụ bức xạ liên quan đến sự chuyển đổi nãng lượng của phôtôn
sang dạng năng lượng khác của tinh thể, nên trong bán dẫn vùng cấm rộng có một số
cơ chế hấp thụ sau (hình 10)
16
Hình 10 : Một số cơ chế hấp thụ trong bán dẫn vùng cấm rộng
+ Hấp thụ cơ bản (hay hấp thụ riêng) liên quan đến chuyển mức của các điện tử giữa
vùng năng lượng cho phép: từ vùng hoá trị lên vùng dẫn (chuyển mức 1). Hấp thụ
này có đặc điểm.
- Nãng lượng hấp thụ hv > Eg
- Phổ hấp thụ có một vùng mà hệ số hấp thụ giảm nhanh ứng với bờ hấp thụ.
- Đối với chuyển mức nghiêng nhất thiết phải có sự tham gia của phônôn.
+ Hấp thụ của các hạt tử điện tự do liên quan đến chuyển mức của điện tử e
hoặc lỗ trống h trong các vùng năng lượng cho phép (điện tử trong vùng dẫn hoặc lỗ
trống trong vùng hoá trị) hoặc giữa các vùng con cho phép. Hấp thụ này có dang
đường cong đơn điệu, không có cực đại vì hấp thụ này không có tính lọc lựa (các
chuyển mức 2 và 2 a). Với hấp thụ ứng với chuyển mức giữa các vùng con cho phép
trong vùng năng lượng cho phép thì có cực đại, cực tiểu xen kẽ vì hấp thụ này có tính
lọc lựa (các chuyển mức 2b, 2c, 2d).
17
+ Hấp thụ ứng với chuyển mức của các hạt tải điện làm cho nguyên tử tạp
chất từ trung hòa chuyển sang iôn (chuyển mức 3 và 3a). Chuyển mức này nằm trong
vùng hồng ngoại xa.
+ Hấp thụ ứng với chuyển mức của các hạt tải điện làm cho nguyên tử tạp
1
E (cm-1)
18000 19000 20000 21000 22000
Hình 11 : Phổ hấp thụ dặc trưng cho các ion Mn2+ trong
tinh thể Cd]_xMnxTe ( x=0.7) ở nhiệt độ T= 5 K
g. Các cơ chê tái hợp bức xạ trong bán dẫn vùng cấm rộng
Khi hấp thụ năng lượng kích thích, trong các bán dẫn vùng cấm rộng, có thể
xảy ra các cơ chế tái hợp bức xạ chủ yếu sau (hình 11).
h
Hình 12: một số loại chuyển dời bức xạ trong bán dẫn vùng cấm rộng
+Tái hợp của các điện tử và lỗ trống tự do: tái hợp bức xạ vùng -vùng(đường 1).
+ Tái hợp bức xạ của excitôn tự do và excitồn liên kết (đường 2),
+ Tái hợp bức xạ của các hạt điện tự do với các hạt tải điện định xứ trên các tâm tap
chất: tái hợp vùng - tạp chất (đường 3).
+ Tái hợp bức xạ của các hạt tải điện đinh xứ trên các tâm tạp chất: tái hợp bức xạ
của cặp donor - acceptor (đường 4).
19
+ Tái hợp bức xạ nội trong một tâm tạp
* Tái hợp bức xạ vùng - vùng.
Xét một bán dẫn vùng cấm thẳng bị kích thích bởi bức xạ (ánh sáng). Sau quá
trình hấp thụ phôtốn, các hạt tải điện tử do (e\ h) sẽ bị tán xạ, sau một thời gian hổi
phục, điện tử sẽ chiếm vị trí đáy vùng dẫn, còn lỗ trống sẽ chiếm vị trí đỉnh vùng hoá
trị. Trạng thái này được hình thành trong khoảng từ 10 10 - 10 12s. Cường độ của đám
bức xạ đặc trưng cho tái hợp vùng - vùng được xác định bằng công thức (10) [13]:
I = B (h v - E g) e x p ( - ^ 9 ^ ) (17)
Kí
Trong đó: B : là một hằng số
Eg : là độ rộng vùng cấm
có khối lượng hiệu dụng fj = ^ coi như tập trung tại trọng tám G và chuyển
m, * m h
động tịnh tiến tự do trong tinh thể. Năng lượng toàn phần của exciton tự do gổm có :
20
- Năng lượng tương tác của điện tử lỗ trống trong exciton được xác định bằng hệ
- Động năng chuyển động tự do của exciton trong tinh thể
p 2
Eđ= f - (23)
2//
Trong đó : p = tik là xung lượng chuyển động khối tâm của exciton
Nếu chọn gốc nãng lượng là đỉnh vùng hoá trị thì ta có năng lượng toàn phần
của exciton là :
Exciton không tồn tại ở nãng lượng cao, chúng sẽ bị phân huỷ thành electron
và lỗ trống tự do, vì thế có thể coi như năng lượng iôn hoá hay năng lượng liên
kết của exciton .
Với chuyển mức thẳng năng lượng của exciton tự do tính từ đỉnh vùng hoá trị
được xác định bằng công thức :
Từ công thức (25) ta thấy rằng phổ hấp thụ và bức xạ của exciton gồm những
vạch hẹp ứng với n= 1, 2, 3 Các vạch này sẽ xít lại và lẫn vào vùng phổ hấp thụ
biên của hợp chất bán dẫn.Thường ta chỉ quan sát được những vạch ứng VỚI n =1, 2
vì các vạch tiếp theo có cường độ giảm rất nhanh.
Trong chuyển mức thẳng của exciton tự do cũng có thể có sự tham gia của
phonôn. Khi đó, trong phổ bức xạ ta quan sát thấy vạch exciton tự do và những vạch
lặp lại phonôn của nó dịch về phía sóng dài.
* Tái hợp bức xạ của exciton liên kết:
Exciton liên kết là cặp điện tử - lỗ trống được liên kết với nhau và liên kết trên
một tâm tạp nào đó. Tâm tạp có thể là donor, acceptor trung hòa hoặc donor,
acceptor đã bị ion hóa. Như vậy exciton liên kết không chuyển động tự do trong tinh
thể bán dẫn. Phổ bức xạ của exciton liên kết gồm những vạch hẹp với năng lượng
nhỏ hơn nãng lượng tái hợp của exciton tự do vì nó không chuyển động được trong
năng lượng iôn hóa Ei nhỏ, nên bước sóng của photôn phát ra là lớn, rơi vào vùng
hồng ngoại.
+ Chuyển mức sâu: Các chuyển mức của các điện tử từ mức donor xuống
vùng hóa trị và từ vùng dẫn xuống mức acceptor gọi là các chuyển mức sâu.
Nếu chuyển mức là thẳng thì : hv = Eg - Ej
Nếu chuyển mức là nghiêng th ì: hv = Eg - E; - Ep
Trong đó: E; là năng lượng ion hóa donor hoặc acceptor tương ứng.
Ep là năng lượng của phonôn tham gia vào tái hợp. Thực nghiệm cho thấy các
chuyển mức sâu chỉ xảy ra đối với các bán dẫn pha tạp ít. Khi tăng nồng độ tạp chất,
có thể hình thành vùng tạp chất làm nhòe ranh giới các vùng cơ bản.
Đối với bán dẫn vùng cấm thẳng jỵìe < YYI nên năng lượng iôn hóa donor
Ed nhỏ hơn năng lượng iốn hóa acceptor EA. Khi đó dễ dàng phân biệt đựoc hai loại
chuyển mức sâu.
- Chuyển mức của các điện tử từ vùng dần xuống mức acceptor, bức xạ ra các
photôn với năng lượng: hv! = Eg - EA
- Chuyển mức của các điện tử mức donor xuống vùng hóa trị, bức xạ các
photôn với nãng lượng: hv2 = Eg - ED
Đối với bán dẫn có ED = EA, muốn xác định bản chất của các chuyển mức
phải xét sự thay đổi của cường độ bức xạ theo nồng độ tâm tạp.
Nếu bán dẫn có vùng cấm không thẳng thì chuyển mức donor - vùng hóa trị
và chuyển mức vùng dẫn - mức acceptor cần có sự tham gia của phonỏn.
22
* Tái hợp bức xạ cặp donor - acceptor
+ Trong các bán dẫn tạp chất, các nguyên tử tạp chất thay thế các nguyên tử
của mạng tinh thể, khi bị iôn hóa làm xuất hiện các mức năng lượng trong vùng cấm
của bán dẫn. Có hai loại tạp chất donor và acceptor. Trong một số chất bán dẫn chỉ
tổn tại tạp donor hoặc acceptor, nhưng có nhiều chất bán dẫn đồng thời có cả tạp
donor và acceptor. Khi đó trong bán dẫn này tạo thành cặp donor - acceptor VỚI nãng
lượng tương tác Culông
Tương tác culông giữa donor và acceptor làm giảm năng lượng liên kết đi AE, vì thế
pháp và điều kiện chế tạo bột phát quang chúng tôi đã chế tạo các mẫu bột phát
quang ZnS dưới dạng bột và nghiên cứu phổ phát quang của chúng trong vùng
khả kiến.
b. Quy trình chê tạo bột phát quang ZnS bằng phương pháp gốm
Các mẫu bột bột phátquang ZnS được chế tạo bằng phương pháp gôrn từ
bột nguyên liệu ZnS đạt độ sạch tiêu chuẩn PA. Bột nguyên liệu ZnS này được
xấy sơ bộ ở 100°c trong 2h và được nghiền nhỏ trong thời gian 8h, sau đó nó
đuỢc chứa trong các ống thạch anh có nắp đậy và được nung trong lò nung có
nhiệt độ tối đa 1100°c vối độ ổn định ±3°c ở các nhiệt độ và thòi gian xác định
trong không khí và khí trơ argon. Với quy trình này chúng tôi đã chế tạo được
ba loạt mẫu QLl, QL2, QL3.
+ QLl: được tạo ra bằng cách nung bột nguyên liệu ZnS trong không khí
ở các nhiệt độ từ 850 °c đến 1100 °c và thời gian nung 15 phút.
+ QL2: được tạo ra bằng cách nung bột nguyên liệu ZnS trong không khí
ở 920°c với những khoảng thời gian từ 15 phút đến 180 phút.
+ QL3: được tạo ra bằng cách nung bột nguyên liệu ZnS ở 900 °c và thòi
gian nung là 90 phút trong khí argon với vận tốc thổi khí qua lò
V = 0,93 cm/phút.
24
Copyright: Tài liệu đại học ©