ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN TRUNG KIÊN

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG

CỦA CHẤM LƢỢNG TỬ CdS/ZnSe
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 60 44 01 04

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS. TS. NGUYỄN XUÂN NGHĨA

HÀ NỘI - 2014


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS. TS. Nguyễn
Xuân Nghĩa đã trực tiếp hướng dẫn khoa học và tạo điều kiện làm việc tốt
nhất cho em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn.
Em xin gửi lời cảm ơn tới NCS. Nguyễn Xuân Ca, NCS. Nguyễn Thị Luyến đã
dành thời gian thảo luận và đóng góp các ý kiến quý báu về kết quả của luận văn.
Em xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong Khoa Vật lý –
Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã dạy và trang bị
cho em những tri thức khoa học và tạo điều kiện học tập thuận lợi cho em trong
suốt thời gian qua.
Cuối cùng xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và tình yêu thương tới gia
đình và bạn bè – nguồn động viên quan trọng nhất về mặt tinh thần cũng như vật

1.3.1. Sự tách các hàm sóng điện tử và lỗ trốngError! Bookmark not defined.
1.3.2. Kích thƣớc lõi, vỏ và chế độ phân bố hạt tảiError! Bookmark not defined.
1.3.3. Tính chất hấp thụ và quang huỳnh quangError! Bookmark not defined.

1.3.4. Ảnh hƣởng của công suất kích thích đến phổ huỳnh quangError! Bookmark no
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1................................ Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM ....................... Error! Bookmark not defined.
2.1. Chế tạo cấu trúc nano lõi/vỏ loại II CdS/ZnSeError! Bookmark not defined.
2.1.1. Tạo các dung dịch tiền chất............... Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Chế tạo nano tinh thể lõi CdS ........... Error! Bookmark not defined.
2.1.3. Chế tạo lớp vỏ ZnSe .......................... Error! Bookmark not defined.
2.1.4. Làm sạch mẫu ................................... Error! Bookmark not defined.

2.2. Các phƣơng pháp khảo sát đặc trƣng của vật liệuError! Bookmark not defined
2.2.1. Hiển vi điện tử truyền qua................. Error! Bookmark not defined.


2.2.2. Nhiễu xạ tia X ................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.3. Tán xạ Raman ................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.4. Hấp thụ quang học ............................ Error! Bookmark not defined.
2.2.5. Quang huỳnh quang .......................... Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2................................ Error! Bookmark not defined.
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... Error! Bookmark not defined.
3.1. Phân bố kích thƣớc của nano tinh thể CdSError! Bookmark not defined.

3.2. Giải pháp chế tạo cấu trúc nano lõi/vỏ CdS/ZnSeError! Bookmark not defined.
3.3. Ảnh hƣởng của chiều dày lớp vỏ lên tính chất hấp thụ và quang
huỳnh quang của cấu trúc nano CdS/ZnSe Error! Bookmark not defined.
3.4. Ảnh hƣởng của công suất kích thích lên phổ quang huỳnh
quang của các cấu trúc nano lõi/vỏ CdS/ZnSeError! Bookmark not defined.


Mô hình La Mer về sự tạo mầm và phát triển NC .Error! Bookmark not de

Hình 1.6.

Sự phụ thuộc của tốc độ phát triển hạt theo tỉ số r/r * .Error! Bookmark not

Hình 1.7.

Sự thay đổi kích thƣớc và phân bố kích thƣớc theo thời
gian phản ứng của NC CdSe. Mũi tên chỉ thời điểm bơm
thêm dung dịch tiền chất ............ Error! Bookmark not defined.

Hình 1.8.

Cấu trúc nano lõi/vỏ loại II ZnTe/ZnSe và cấu trúc vùng
năng lƣợng tƣơng ứng với các trƣờng hợp: (a) không có
ứng suất; (b) có ứng suất; và (c) có lớp hợp kim tại miền
tiếp giáp lõi/vỏ . .......................... Error! Bookmark not defined.

Hình 1.9.

Phân bố theo bán kính của các hàm sóng điện tử (đƣờng liền
nét màu đỏ) và lỗ trống (đƣờng đứt nét màu xanh) có năng
lƣợng thấp nhất trong các cấu trúc nano bán dẫn dị chất loại I
(hình trên) và loại II (hình dƣới). Các bề mặt tiếp giáp lõi/vỏ
và vỏ/ligand đƣợc chỉ ra bằng các đƣờng đứt nét thẳng đứng.
Vị trí bờ vùng dẫn và vùng hóa trị của vật liệu bán dẫn khối
đƣợc chỉ ra tƣơng ứng bằng các đƣờng liền nét màu đen và
đƣờng đứt nét màu xám .............. Error! Bookmark not defined.

Dịch tễ Trung ƣơng. ..................... Error! Bookmark not defined.

Hình 2.3.

Minh họa hình học của định luật nhiễu xạ Bragg.Error! Bookmark not def

Hình 2.4.

Phổ kế micro-Raman LABRAM-1B.Error! Bookmark not defined.

Hình 2.5.

Sơ đồ nguyên lý của hệ đo hấp thụ UV-Vis hai chùm tia.Error! Bookmark

Hình 2.6.

Sơ đồ nguyên lý của hệ đo huỳnh quang.Error! Bookmark not defined.

Hình 3.1.

Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của NC CdS.Error! Bookmark not defin

Hình 3.2.

Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của các lõi CdS chế tạo
tại các nhiệt độ 270oC(a), 290oC(b), 310oC(c) theo thời
gian phản ứng ............................. Error! Bookmark not defined.

Hình 3.3.



(b) của các NC CdS khi bơm vào ODE lấy theo thời gianError! Bookmark n
Hình 3.9.

Phổ hấp thụ, PL (a) và phổ Raman (b) của dung dịch chứa

các ion Cd2+, S2-, Zn2+ và Se2- khi tăng dần nhiệt độError! Bookmark not d
Hình 3.10:

Phổ PL và AbS của các NC ZnSe chế tạo tại các nhiệt độ
khác nhau .................................... Error! Bookmark not defined.

Hình 3.11:

Phổ PL, AbS (a), Raman (b) của các NC CdS và CdS/ZnSe. Đồ
thị sự phụ thuộc của năng lƣợng phát xạ theo công suất chiếu
sáng của các NC CdS/ZnSe (c) ....... Error! Bookmark not defined.

Hình 3.12.

Ảnh TEM của các NC CdS (a), CdS/ZnSe1(b) và giản đồ

phân bố kích thƣớc của các NC CdS (c) và NC CdS/ZnSe1(d)Error! Bookmar
Hình 3.13. Phổ hấp thụ và huỳnh quang của các NC lõi CdS và các

NC CdS/ZnSe1, CdS/ZnSe2 có chiều dày lớp vỏ thay đổiError! Bookmark
Hình 3.14. Phổ XRD của các NC CdS và CdS/ZnSe1Error! Bookmark not defined.
Hình 3.15. Phổ huỳnh quang của các NCs lõi CdS(a) và cấu trúc
lõi/vỏ loại II CdS/ZnSe1(b), CdS/ZnSe2(c) khi thay đổi
công suất kích thích .................... Error! Bookmark not defined.


FWHM

Đô rộng bán phổ

QY

Hiệu suất lƣợng tử

SEM

Hiển vi điện tử quét

TEM

Hiển vi điện tử truyền qua

RS

Tán xạ Raman

TOP

Tri – n – octylphosphine

XRD

Nhiễu xạ tia X

θ

khác. Trong trƣờng hợp này, cặp điện tử - lỗ trống đƣợc tạo ra gần miền
chuyển tiếp dị chất sẽ có xu hƣớng định xứ trong chất bán dẫn có độ rộng vùng
cấm nhỏ [3]. Khác với các cấu trúc nano loại I, sự sắp xếp các vùng năng lƣợng
của hai vật liệu bán dẫn trong cấu trúc nano loại II sẽ tách các hạt tải đƣợc kích
thích quang vào các miền không gian khác nhau. Đồng thời, độ rộng vùng cấm
của cấu trúc nano loại II là nhỏ hơn so với các độ rộng vùng cấm của các bán
dẫn thành phần. Do đó, có thể điều khiển bƣớc sóng phát xạ, thời gian sống
phát xạ và nhận đƣợc khuếch đại quang trong chế độ exciton [25].
Với các ƣu thế tiềm năng của mình, các cấu trúc nano đƣợc tổng hợp
bằng phƣơng pháp hóa học đang rất đƣợc quan tâm trong những năm gần đây.

5


Một số cấu trúc nano loại II đã đƣợc thiết kế và chế tạo dựa trên các tổ hợp
bán dẫn khác nhau nhƣ CdSe/ZnTe [14], CdTe/ZnSe [6] CdTe/CdSe [1, 2, 4,
28], ZnTe/ZnSe [9], CdSe/CdTe [15]… Tất cả các cấu trúc này đều có một
thành phần dựa trên hợp chất của Te. Tuy nhiên trong thực tế Te là một vật
liệu dễ bị oxy hóa và không bền quang, cần thêm các lớp vỏ bảo vệ bổ sung
để tách vật liệu nền Te khỏi môi trƣờng.

6


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.

Cai, X., Mirafzal, H., Nguyen, K., Leppert, V., & Kelley, D. F., (2012),
“Spectroscopy of CdTe/CdSe Type-II Nanostructures: Morphology,
Lattice Mismatch, and Band-Bowing Effects”, The Journal of Physical


De Mello Donegá, C., (2010), “Formation of nanoscale spatially indirect
excitons: Evolution of the type-II optical character of CdTe/CdSe
heteronanocrystals”, Physical Review B, 81(16), pp. 165303/ 1-20.

7.

Embden J. V., Jasieniak J., Gómez D. E., Mulvaney A. P., Giersig M.
(2007), “Review of the Synthetic Chemistry Involved in the Production of
Core/Shell Semiconductor Nanocrystals”, Aust. J. Chem., 60, pp. 457–471.

7


8.

Embden J. V., Mulvaney P. (2005), “Nucleation and Growth of CdSe
Nanocrystals in a Binary Ligand System”, Langmuir, 21, pp. 10226-10233.

9.

Fairclough, S. M., Tyrrell, E. J., Graham, D. M., Lunt, P. J., Hardman, S.
J., Pietzsch, A., & Smith, J. M., (2012), “Growth and Characterization of
Strained and Alloyed Type-II ZnTe/ZnSe Core–Shell Nanocrystals”, The
Journal of Physical Chemistry C, 116(51), pp. 26898-26907.

10. Hewa-Kasakarage N. N., Gurusinghe N. P., and Zamkov M., (2009),
“Blue-shifted emission in CdTe/ZnSe heterostructured nanocrystals”, J.
Phys. Chem. C 113, pp. 4362-4368.
11. Hewa-Kasakarage, N. N., Gurusinghe, N. P., & Zamkov, M., (2009),


properties. Journal of the American Chemical Society, 129(38), pp.
11708-11719.
14. Kaniyankandy S., Rawalekar S., Verma S., and Ghosh H. N., (2010),
“Ultrafast

Hole

Transfer

in

CdSe/ZnTe

Type

II

Core−Shell

Nanostructure”, J. Phys. Chem. C 115, pp. 1428-1435.
15. Kaniyankandy, S., Rawalekar, S., & Ghosh, H. N., (2013), “Charge
carrier

cascade

in

Type


interface”, Journal of Materials Chemistry C, 1(15), pp. 2755-2763.
17. Kim S., Fisher B., Eisler H.J., Bawendi (2003) M., “Type-II quantum dots:
CdTe/CdSe(core/shell) and CdSe/ZnTe(core/shell) heterostructures”, J. Am.
Chem. Soc. 125, 11466.
18. La Mer V. K., Dinegar R. H. (1950), “Theory, Production and Mechanism of
Formation of Monodispersed Hydrosols”, J. Am. Chem. Soc., 72, pp. 4847-4854.

19. McDaniel, H., Pelton, M., Oh, N., & Shim, M., (2012), “Effects of lattice
strain and band offset on electron transfer rates in type-II nanorod
heterostructures”, The Journal of Physical Chemistry Letters, 3(9), pp.
1094-1098.
20. Nandakumara, C. Vijayana, M. Rajalakshmib, Akhilesh K. Arorab,
Y.V.G.S. Murtic, (2001), “Raman spectra of CdS nanocrystals in Nafion:
longitudinal optical and confined acoustic phonon modes”, Physic E, 11,
pp. 377-383.
21. Nemchinov, A., Kirsanova, M., Hewa-Kasakarage, N. N., & Zamkov,
M., (2008), “Synthesis and characterization of type II ZnSe/CdS
core/shell nanocrystals”, The Journal of Physical Chemistry C, 112(25),
pp. 9301-9307.
22. Ning, Z., Tian, H., Yuan, C., Fu, Y., Qin, H., Sun, L., & Ågren, H., (2011),
“Solar cells sensitized with type-II ZnSe–CdS core/shell colloidal quantum
dots”, Chemical Communications, 47(5), pp. 1536-1538.
23. Niu, J. Z., Shen, H., Zhou, C., Xu, W., Li, X., Wang, H., & Li, L. S. (2010),
“Controlled synthesis of high quality type-II/type-I CdS/ZnSe/ZnS
core/shell1/shell2 nanocrystals”, Dalton Transactions, 39(13), pp. 3308-3314.

9


24. Park, Y. S., Bae, W. K., Padilha, L. A., Pietryga, J. M., & Klimov, V. I.,

separation by indirect bandgap transitions in CdS/ZnSe type-II core/shell
quantum dots”, The Journal of Physical Chemistry C, 117(21), pp.
10901-10908.
33. Wang, C. H., Chen, T. T., Tan, K. W., Chen, Y. F., Cheng, C. T., &
Chou, P. T., (2006), “Photoluminescence properties of CdTe∕ CdSe coreshell type-II quantum dots”, Journal of applied physics, 99(12), pp.
123521 - 123524.
34. Wuister S. F., Driel F. V., Meijerink A., (2003), “Luminescence and growth
of CdTe quantum dots and clusters”, Phys. Chem, 5, pp. 1253-1258.
35. Zhu H., Song N., Lian T., (2011), “Wave Function Engineering for
Ultrafast Charge Separation and Slow Charge Recombination in Type II
Core/Shell Quantum Dots” J. Am. Chem. Soc. 133, pp. 8762-8771.

11