ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHÙNG VIỆT TIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI BỨC XẠ
NĂNG LƯỢNG CAO ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA
CHẤM LƯỢNG TỬ CdTe ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG
TRONG MÔI TRƯỜNG VŨ TRỤ

LUẬN VĂN THẠC SĨ


NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC LOẠI BỨC XẠ
NĂNG LƯỢNG CAO ĐẾN CÁC TÍNH CHẤT CỦA
CHẤM LƯỢNG TỬ CdTe ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG
TRONG MÔI TRƯỜNG VŨ TRỤ

Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô
Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THANH BÌNH Hà Nội - 2011
i

MỤC LỤC


3.3 ng ca bc x t 38
3.3.1 Ph hp th 38
3.3.2 Ph hunh quang 39
3.4 ng ca bc x photon hãm 40
3.4.1 Ph hp th 40
3.4.2 Ph hunh quang 41
3.4.3 Thi gian sng 42
KẾT LUẬN 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO 46
iii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1.Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano cấu tạo từ
nguyên tử giống nhau

Hình 1.6. Phổ hấp thụ (trái) và phổ phát xạ (phải) của chấm lượng tử CdTe
bọc TGA (thiolglycolic acid) trong dung môi H
2
O. Màu sắc của chấm lượng tử thay
đổi từ đỏ đến xanh ứng với sự giảm dần kích thước trung bình của chấm lượng tử
Hình 1.7. Phổ huỳnh quang của chấm lượng tử keo CdTe các kích cỡ khác
nhau, tăng khoảng 2-20 nm
Hình 1.8.Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của QDs trong quá tình tổng hợp.
Hình 1.9. Phổ hấp thụ (a) và vị trí đỉnh phổ (b) của mầm và chấm lượng tử
CdTe sau khi xử lí nhiệt độ ở các công suất khác nhau của lò vi sóng.
Hình 1.10. Phổ huỳnh quang (a) và độ bán rộng đỉnh huỳnh quang (b)của
mầm và chấm lượng tử CdTe sau khi xử lý nhiệt ở các công suất khác nhau của lò
vi sóng.
Hình 1.11. Phổ hấp thụ (a) và vị trí các đỉnh phổ (b) của chấm lượng tử
CdTe khảo sát theo thời gian xử lý nhiệt trong lò vi sóng.
Hình 1.12. Phổ huỳnh quang (a) và độ bán rộng đỉnh phổ (b) của chấm
lượng tử CdTe khảo sát theo thời gian xử lý nhiệt trong lò vi sóng.
Hình 1.13. Mặt cắt ngang của một tế bào năng lượng mặt trời mỏng CdTe.
Hình 1.14.MW CdTe PV Array, Waldpolenz, Đức.
Hình 2.1. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu CdTe QDs tổng hợp ở 120
o
sau 5
phút. Trên góc là ảnh TEM phân giải cao
v

Hình 2.2. Các mẫu CdTe được chiếu xạ với các điều kiện khác nhau: Chiếu
bức xạ photon hãm, chiếu xạ Nơtron nhiệt, không chiếu xạ, chiếu xạ Gamma, chiếu
xạ tia X (từ trái qua phải) với cùng tỉ lệ nồng độ 100µl:1600µl
Hình 2.3. Hệ đo phổ hấp thụ Cary 5000 (Viện Khoa học Vật liệu)
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý của hệ đo hấp thụ quang học UV-VIS-NIR.


); các trạng thái
exciton tối (
0
L
,
2
) và trạng thái bề mặt trap (
Trap
). Sự phát xạ của các
exciton sáng ứng với các quá trình 1, 3, 6.
Hình 3.8. Phổ hấp thụ của CdTe chiếu xạ Nơtron nhiệt
Hình 3.9. Phổ huỳnh quang của CdTe chiếu xạ Nơtron nhiệt
Hình 3.10. Phổ hấp thụ của CdTe chiếu bức xạ photon hãm
Hình 3.11. Phổ huỳnh quang của CdTe chiếu bức xạ photon hãm
Hình 3.12. Đường cong suy giảm huỳnh quang của mẫu CdTe khi chiếu bức
xạ photon hãm
Hình 3.13. Đường cong suy giảm huỳnh quang của mẫu CdTe - P sau chiếu
1 tuần và sau chiếu 8 tuần.
1

LỜI NÓI ĐẦU
Nhu ch to và ng dng chng t QDs là
 tài thu hút s quan tâm ca nhiu nhà khoa hc trên th gii. Trong các h chm
ng t thì các chng t da trên hp cht A
2
B
6
c nghiên cu nhi
c. Các vt liu bán dn này có vùng cm thng, ph hp th nm trong vùng nhìn

hiu ph [10].
Mt trong nhng ng dng ca chng t c các nhà nghiên
cu, công ngh c bit quan tâm là s dng làm các linh kin quang - n t. Các
linh kin t s dng chng t c nh, hiu sut
cao thích hp s du kiu ki, linh
kin, vt liu chu kin rt khc nghii nhi ln, nh
ng trc titr , tia ,  
2

dng vt liu ki chúng tôi chn “Nghiên cứu ảnh
hưởng của các loại bức xạ năng lượng cao đến các tính chất của chấm lượng tử
CdTe định hướng ứng dụng trong môi trường vũ trụ”  tài lu
Lui m u và phn kt lun, lu
Chương 1: Tổng quan: Gii thiu chung v CdTe, các tính cht chung ca
CdTe và nhng ng dng ci vi sng.
Chương 2: Kỹ thuật thực nghiệm: Trình  to mu và
x lý mu. K thu hp th. K thu hunh quang. K thuthi
gian sng hunh quang.
Chương 3: Kết quả và thảo luận: Trình bày kt qu nghiên cu ng
ca các bc x: bc x tia X, bc x gamma, bc x tron nhit và bc x photon
hãm lên tính cht quang hc ca chng t ph
hp th, ph hunh quang, thi gian sng hunh quang ca CdTe.
Phần kết luận: Tng hp các kt qu mà luc.

3

CHƢƠNG 1

tính cht. Vt liu nano nm gia tính chng t ca nguyên t và tính cht khi
ca vt lii vi vt liu kh dài ti hn ca các tính cht rt nh so v
ln ca vt lii vi vt li
cht khác l bu t nguyên nhân này.
4

Chúng ta hãy ly mt ví d: Vt liu st t c hình thành t nh 
men, trong lòng m có t tính sp xp song song vi nhau
i không nht thit phi song song vi mô men t ca nguyên t  m
men khác. Git vùng chuyn tic g
dày c thuc vào bn cht ca vt liu mà có th dày t 10-100
nm. Nu vt liu to thành t các ht ch c b 
s có các tính cht khác hn vi tính cht ca vt liu khi vì ng ca các
nguyên t  áng lên nguyên t  
Chính vn vng ng dng to ln nên
các nghiên cu khoa hccông ngh, nghiên cu ng dng vt liu có cu trúc nano
c thc hin ti nhiu phòng thí nghim tiên tin trên th gii. Vt liu có
c cc hiu theo nc các ht vt liu
nm trong vùng mn nh 

Hình 1.1. Một số thực thể từ nhỏ như nguyên tử (kích thước khoảng
angstron) đến lớn như tế bào động vật (khoảng một vài chục micron) [2]
 có th hình dung, so sánh v vt lic nano mét, Hình 1.1
trình bày mt s thc th t nh  c khong angstron)
n l ng vt (animal cell, khong vài chc micron), và vùng kích
c ca vt liu có cu trúc nano/chm ng t c quan tâm (NCs/QDs,
vùng mn mt vài ch c ca các protein).
Vc nh y, s nguyên t phân b trên b mt tr nên rt
 so vi s nguyên t nm bên trong ht. Bảng 1.1 cho bit mt s giá tr
n hình ca ht nano cu to t các nguyên t ging nhau và Hình 1.2 biu din

5
4.000
40
8,16×10
11

14,3
2
250
80
2,04×10
11

35,3
1
3
90
9,23×10
11

82,2
Chng hn, vi mt hng kính 5 nm thì s nguyên t mà h
cha là: 4000 nguyên t vi t s nguyên t trên b mng b mt
là 8,16×10
11
và t s ng b mng toàn phn là 14,3%. Do
vy, các hiu ng hoálý, quang ph liên quan ti trng thái b mt cc
biu vt liu có cu trúc nano.

Hình 1.2. Mối quan hệ giữa tỉ số nguyên tử bề mặt và tổng số nguyên tử với

u chnh hình dc c nano mét ca chúng.

Hình 1.3.Sự thay đổi hình thái từ tinh thể dạng khối tới chấm lượng tử dẫn
tới cấu trúc vùng năng lượng và hàm mật độ trạng thái của chất bán dẫn cũng thay
đổi theo.

7

1.2. Tính chất chung của CdTe
  rng vùng cm 1.52 eV có kh  nh quang trong
vùng nhìn thc sóng hunh quang có th i nh hiu ng giam cm
ng t trong các chng t c khác nhau.
1.2.1 Tính chất cấu trúc
Tinh th CdTng có cu trúc l km (cubic zincblende).
Cc mô t p các mxen vào nhau  tâm mt l.
Nguyên t Cd hình thành mt mng con và nguyên t Te hình thành mt mng con
m quan trng ca sp xp mng zinblende kiu này là s thiu tri
xng kt qu tinh th CdTe có tính phân cc cao tr ng không phân cc [110].
Ví d khi nuôi tinh th ng [111] s phát trin m
 nhi phòng hng s mng ca CdTe ln nht trong h bán dn A
2
B
6
.
Các kt qu nghiên cu cho thy hng s mng ci t 6.480 Å ti
6.488 Å tùy thuu kin ch to hay x lý mu. T ph nhiu x tia X có
th tíc hng s mng và h s dãn n nhit c
a(T ) = 6.4802 + 31.94 ×10
-6
T + 31.94 ×10

Bảng 1.2.Các thông số mạng tinh thể của một số hợp chất thuộc nhóm A
2
B
6
[4]
Hợp
chất
Loại cấu
trúc tinh
thể
Nhóm đối
xứng không
gian
Hằng số mạng
a=b (A
o
)
c (A
o
)
u(A
o
)
c/a
ZnS


F
4
3m(

6v
C
)
4.2700
3.2495
5.2059
0.3450
1.6020
CdS


F
4
3m(
2
d
T
)
P6
3
mc(
2
6v
C
)
5.8350
4.1360
6.7134

1.6230

T
)
P6
3
mc(
2
6v
C
)
5.6670
4.0100
6.5400

1.6310 Hình 1.4. Cấu trúc mạng tinh thể giả kẽm liên kết tứ diện và đối xứng lập
phương (a) và cấu trúc vùng Brillouin (b)
Cấu trúc vùng năng lƣợng.
Cng cc cho trên hình 1.5
bi cu trúc vùng thng vi cc tiu ca vùng dn và ci vùng hóa tr nm 
tâm vùng   . Vùng hóa tr c chia làm ba phân vùng, hai
     n ti k=0. Phân vùng th nht cha các l trng
nng(hh), phân vùng th hai cha các l trng nh (lh), phân vùng th ba cha các
9

trng thái spin qu a vùng dn và vùng hóa tr qua k.p
không ph thuc vào k. Các thông s ng ca CdTe cho trong bảng 1.3.

Hình 1.5.Cấu trúc vùng năng lượng của CdTe

0.81 ±0.05
[23]
Khng hiu dng l trng nh,
m
0
* m
lh
0.12 ±0.02
[8]
Splitter spin - qu o, 
0
(eV)
0.91
[9]
CdTe là 1 hp chc kt tinh t cadmium Cd và tellurium Tec
s dng trong ca s quang hc hng ngoi (infraredoptical window) và nguyên
ling mt tri.
10

Công thc phân t CdTe. Kh ng phân t 240,01 g.mol
-1
. M 
5,85g/cm
3
. m nóng chy 1092° C. Nhi sôi 1130° C.  hòa tan trong các
dung môi khác không hòa tan di khong cách 1,44 eV (300K). Chit sut (n
D
)
2,67().
1.2.2 Tính chất quang

b dch v c sóng dài. Càng v sau
s dnh này chm dn và cui cùng là
bão hòa.
1.2.3 Ảnh hƣởng của điều kiện bên ngoài
lên tính chất của CdTe
Các nghiên cu cho thy rng chm
ng t CdTe  i tính ch i tác
dng c u kin chiu x khác nhau.
Hình 1.9 cho thy ph hp th ca QDs
i khi chiu x vi các công sut
khác nhau. Mu sau khi x lý chiu x có
nh ph hp th dch chuyn rõ rt v phía
c sóng dài so vi m lý chiu
x. S dch chuy nh hp th ca QDs
CdTe v  ng vi
 c QDs ca các m   
công sut chiu x 
1.2.3.1 Ảnh hƣởng của công suất
chiếu xạ lên tính chất quang của QDs
CdTe
Ph hp th (Hình 1.9a) cho thy mu
   lý chiu x  nh ph hp th
dch chuyn rõ rt v c sóng dài so
vi m lý chiu x. S dch chuyn
Hình 1.7.Phổ huỳnh quang của chấm
lượng tử keo CdTe các kích cỡ khác
nhau, tăng khoảng2-20nm [15]
Hình 1.8.Phổ hấp thụ và phổ
huỳnh quang của QDs trong quá
trình tổng hợp [9]

nhit thông qua vic chiu x sóng vi ba trong lò vi sóng. So sánh ph hunh quang
ca các mc chiu x vi công sut khác nhau chúng ta nhn thy rng
 hunh quang gim khi công sut chiu x  u có công sut chiu x
thp(300W) t gia nhit thp, quá trình phát trin chng t chm nên s
kt tinh ca tinh th hoàn h hunh quang m
ng vi ph hp th (Hình 1.9 nh ph hunh quang ca các m  ch
chuyn v c sóng dài khi công sut chiu x  lên.
 rnh ph hunh quang ca các mu chiu x  công sut khác nhau
c trình bày trên Hình 1.10b. Quan sát Hình 1.10b có th thy rng, mu chiu
x  công sut nh  r nh hunh quang h   
c QDs trong mu, khi công sut chiu x  s u v
c li gim xung th hin   rnh hunh quang m rT
kt qu trên cho th c  u v c ht thì công
sut chiu x phi nh tc là t gia nhit chm.
1.2.3.2 Ảnh hƣởng của nhiệt độ chiếu xạ lên tính chất quang của
QDs CdTe
Ph hp th và ph hunh quang ca các mu có thi gian chiu x khác
nhau vi cùng mt công sut c trình bày trên Hình 1.11 và 1.12.

Hình 1.11. Phổ hấp thụ (a) và vị trí các đỉnh phổ (b) của chấm lượng tử
CdTe khảo sát theo thời gian xử lý nhiệt trong lò vi sóng [6]
14 Hình 1.12.Phổ huỳnh quang (a) và độ bán rộng đỉnh phổ (b) của chấm
lượng tử CdTe khảo sát theo thời gian xử lý nhiệt trong lò vi sóng [6]
Phân tích các hình cho thy, thi gian x lý nhi nh hp
th nh hunh quang càng dch v  ng vi
c trung bình ca QDs trong mu i gian chiu x sóng viba
trong lò vi sóng. Tuy nhiên, t phát trin c ht trung bình 

nano mét cho thy chúng là mt chn hóa mnh, m ra mt kh
ng dng làm vt liu xúc tác, làm sc ph ht tinh
th nano TiO
2
s t; các lot nano TiO
2
s  bám
dính rt cao, làm cho ln lâu và không bám bi Các ht nano t: Fe
2
O
3
,
Fe
3
O
4
c s d t các t ng t ng ngoài mà không nh
n các t ng.
Các ht kim loi có c      ng tip cn trong các
nghiên cu khoa hccông ngh nano.    t hp th c ng
plasmon b mt liên quan ti h n t t c bing. Gn
i ht nano kim loc quan tâm nghiên cu nhiu là vàng (Au) và bc
(Ag). Vànc nano (khong mt vài chc nm) có plasmon b mt cng
ng  khong 530 nm. Quá trình bi i photonplasmonphoton (vùng ph
c ng ~530 nm) cho phép tip cn trc ti  c nanophotonics, tn
d "nhanh" ca quang t c nano" ca
n t. Plasmon b mt trong các hc s d truyng
ánh sáng cho các t u riêng, nhc s t nóng
chn lu tr nh v t nano bán dn (CdS, CdSe,
CuInS

Ôxit kim loi (titan
m oxit, st oxit)
1000
1000
1000 hoc

Công ngh
thông tin và
truyn thông

kin t nano, vt liu
n t (titan
m oxit, st oxit),
t phát sáng h
(OLEDs)
10
100
1000 hoc
nhi
Công ngh
sinh hc
Vt liu bao nang nano,
cht cung cp thun
mc tiêu, ch
sinh hc, chng t,
composit, cm bin sinh
hc

1
10

khong 5400 kWh trên c mi cho nhu cu ca cuc sng trong vòng 30
 ng 770 kWh/g Cd, hoc 0,001 g/kWh. (s ng này
ch. Cd hoàn toàn có th tái ch).

Hình 1.13.Mặt cắt ngang của một tế bào năng lượng mặt trời mỏng CdTe [7]

Hình 1.14. MW CdTe PV Array, Waldpolenz, Đức.

18

Bảng 1.5.Sản lượng điện do pin mặt trời được sản xuất trên toàn thế giới [7] Công nghệ
sản xuất
2008
2009
2010
Sn
ng

MW
Th
ng

%
Sn
ng

MW

7.5
1.248
10.4
Tng cng
8.079
100
9.612
100
12.064
100

Ta nhn thy rng, sng pin mt tr  
tinh th chim th ng nhiu nht và th m mc dù sng vn
      t tri màng mng, CdTe có s ng ngày càng
nhiu s y là chi phí sn xut ra pin mt tri màng mng r i pin
mt tri silic tinh th.
Ngoài ra CdTe còn có nhiều ứng dụng phổ biến trong cuộc sống như:
Máy dò:CdTe có th c pha trn vi th to ra máy dò tia hng
ngoi (HgCdTe). CdTe trn vng nh km to ra  th rn tia X to ra máy
dò tia gamma (ZnCdTe).
c s dnguyên liệu hồng ngoại quang học cho ca
s quang hc và thng dng ca nó rt ít và b hn ch bc
hi ca nó. Mt da CdTe t c bii cái tên là Irtran –
6 a.
  c dùng máy biến điệu điện quang học. Nó có h s n
quang hc ln nht cng n quang hc gia mc II  VI tinh th
hp kim(
12
10 /mV
