Đ Ạ I H Ọ C Q U Ó C G IA H À N Ộ I
T R Ư Ờ N G Đ Ạ I H Ọ C K H O A H Ọ C T ự N H IÊ N

Đ Ể T À I:

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA
MỘT SỐ ĐIỂU KIỆN CHÊ TẠO LÊN TÍNH CHÂT QUANG
CỦA BÁN DẪN VÙNG CẤM RỘNG
M Ã SỐ : Q T - 09 -1 7

C h ủ t r ì đ ề t à i:

TS. PH Ạ M V ÃN BỂN

C á c c á n b ộ t h a m g ia : T h . s N g u y ễ n D u y T i ế n , P G S .T S . H o à n g N a m N h ậ t,
T S . H u ỳ n h Đ ă n e C h ín h , T h .s B ù i H ồ n g V â n ,
C N . P h a n T rọ n g T u ệ , C N N g u y ễ n T h ị T h a n h ,
C N . N g u y ễn T h ị H ảo , C N . V ư ơ n g T h a n h H ài

Ị

OA! H O C a u o c

MA

NO l

TRUNG TÂM ?' Ò N G TIN THƯ VIẼN

Ị


* N ộ i d u n g n g h i ê n cứ u :
+ T h u th ậ p tà i liệ u v ề m ộ t s ố p h ư ơ n g p h á p c h ế tạ o m ẫ u v à tín h c h ấ t q u a n g c u a
b án d ần v ù n g c ấ m rộ n g .
+ X â y d ự n g tu h ú t p h ụ c vụ c h o c h ế tạ o m ẫ u .
+ K h á o sái á n h h ư ở n g c ủ a m ộ t s ố đ iề u k iệ n c h ế tạ o : n ố n g đ ộ c h á t p h a tạ p
n h iệ t đ ộ ú. th ờ i g ia n ú lê n tín h c h ấ t q u a n g c ủ a b á n d ẫ n v ù n g c a m r ộ n a .
2. C á c k ét q u ả đ ạ t đ ư ợ c
* K ế t q u à vê k h o a h ạ c :
+ T h u th ậ p tà i liệ u về m ộ t s ố p h ư ơ n g p h á p c h í lạ o m ẫ u v à lín h c h a t q u a n " c u a
b á n d ẫ n v ù n g c ấ m rộ n g .


+ X â y d ự n g 01 tủ h ú t p h ụ c v ụ c h o c h ế tạ o m ẫ u .
+ C h ế tạ o đ ư ợ c m ộ t s ố b ộ t p h á t q u a n g : Z n S , Z n S : A l- C u , Z n O . Z n O :C o .
+ K h ả o s á t ả n h h ư ở n g c ủ a m ộ t s ố đ iể u k iệ n c h ế tạ o n h ư n ồ n g đ ộ c liâ l p h a tạ p ,
n h iệ t đ ộ ủ, th ờ i g ia n ù lê n tín h c h ấ t q u a n g c ủ a b á n d ẫ n v ù n g c á m rộ n g .
* K ế t q u ả đ à o tạ o . Đ ã đ à o tạ o đ ư ợ c :
- 0 3 T h ạ c sĩ

- 0 4 C ử nhân
* C á c c ô n g tr in h k h o a h ọ c c ô n g b ố \ 0 2 B á o cá o k h o a h ọc tại H ội n gh ị V ậ t lý
C h ấ t R ắn v à K h o a h ọ c V ậ t liệu toàn q u ố c lần th ứ 6 , Đ ã N ắ n g , 8 -1 0 /1 1 /2 0 0 9 :
+

Tinh

c liấ l

quang



tạ o

bằng

phương

Ịìlỉáp

gom

Bùi H ồ n g V â n , P h ạ m V ă n B en , H o à n g N am N h ậ t, N g u y ễ n T h ị T h a n h , N g u v ễn
T h à n h L o n g , P h ạ m V ã n T hưò'ng, Đ ỗ X u ân T iến
3. T ìn li h ìn h sir d ụ n g k in h p h í
T ố n g k in h p h í đ ư ợ c c ấ p

: 2 5 0 0 0 0 ()0 đ

+ T iề n đ iệ n , n ư ớ c v à x â y d ự n g c ơ s ờ v ậ t c h ấ t

:

+ H ộ i n g h ị, in ấ n b á o c á o , v ã n p h ò n g p h ẩ m

:

1 0 0 0 OOOđ

+ Thuê m ướn


C h in h , B u i H o n g V a n , P h a n T r o n g T u e , N g u y e n T ill T h a n h , P h u n y T ill
H a o , V u o n g T h a n h H a i.
1. O b j e c t iv e a n d M a t t e r o f th is s tu d y :
+ S tu d y th e in f l u e n c e o f s o m e p re p a r in g c o n d i tio n s s u c h as: d o p e d c o n te n t,
a n n e a llin g

te m p e r a t u r e ,

a n n e a lli n g

tim e

...

on

th e

o p tic a l

p ro p e r ly

of

s e m ic o n d u c to r w ith w id e b a n d g a p .
+ C o lle c tin g r e f e r e n c e s f o r s o m e p r e p a r i n g m e th o d s a n d o p tic a l p r o p e r ty o f
s e m ic o n d u c to r w ith w id e b a n d g a p .
+ B u ild in g e x t r a c ti o n h o o d f o r p r e p a r in g s a m p le s
+ I n v e s tig a tin g th e in f lu e n c e o f s o m e p r e p a r in g c o n d i tio n s s u c h as: d o p e d
c o n te n t, a n n e a lli n g te m p e r a tu r e , a n n e a llin g ti m e . . . o n th e o p ti c a l p ro p e r ty o f


of

s e m i c o n d u c t o r w ith w id e b a n d g a p .
+ E d u c a t io n r e s u lt s :
0 3 m a s t e r th e s e s
0 4 b a c h e lo r th e s e s
P u b lic a t io n s :
0 2 p a p e rs 011 th e S ix th N a tio n a l C o n f e re n c e o n S o lid P h y s ic s a n d M a te r ia l
S c ie n c e . D a N a n g , 8 -1 0 /1 1 /2 0 0 9 :
+

O p tic a l

p r o p e r ty

of

Z n O .C o

prepared

by

s o l-g d

m e th o d

B u i H o n g V a n , P h a m V a n B en , H o a n g N am N h a t, P h u n g T h i H ao
+ T he p h o to lu m in e s c e n c e sp e c tra o f ZnS:A liuiiỊ p r e p a r e d h r th e s o lid su ite

3.2 K h á o s á t á n h h ư ờ n g c ù a m ộ t sò đ ié u k iện c h ế ta o lèn tin h c liá t q u a n g c u a
Z n S : AI - C u ............................................................................................................................. 19


3.2.1 C h ế tạo m ẫ u ZnS : AI - C u .................................................................................................... 19
3.2.2 Ả nh hưởng c ủ a n ồ n g độ C u lén cấu trúc và tín h chất q u an g c ù a ZnS: AI - C u .. 20
3.2.3 Ả nh hưởng c ủ a n h iệ t đ ộ nung, thời gian nung lẽn phổ phát q u a n g của
Z nS :A l -

C u ........................................................................................................................... 24

3.2.4 Kết lu ậ n .......................................................................................................................................27
3 .3 . K h ả o sá t ản h h ư ờn g củ a m ột sô đ iều k iện ch é tạo lên tín h ch át q u a n g cùa
Z n O : C o ....................................................................................................................................... 27
3.3.1 C h ế tạo m ẫ u Z nO : C o .............................................................................................................27
3.3.2 Á nh hưởng c ủ a n ồ n g độ C o lên cấu trúc và tín h chất q u a n g c ủ a Z nO : C o ........... 28
3.3. 3 Ả nh hưởng c ù a n h iệ t độ nung, thời gian nung lên phổ p h át q u an g của
Z n O : C o ...................................................................................................................................... 31
3 .3.4 K ết l u ậ n ......................................................................................................................................... 32
K Ế T L U Ậ N C H U N G .................................................................................................................... 3 3
T À I L I Ệ U T H A M K H Ả O ........................................................................................................ 3 4
P H Ụ L Ụ C ............................................................................................................................................3 5


MỞ ĐẦU
C á c v ậ t liệ u b á n d ẫ n v ù n g c ấ m rộ n g lo ạ i A 2B \ A 'B 5 nh ư : Z n S . Z n O .v.v.
đ ư ợ c ứ n g d ụ n g rộ n g rã i tr o n g c á c d ụ n ? c ụ q u a n g đ iệ n tử. C h ú n g d ù n g đ ể c h é lạo
c á c đ i ố t p h á t q u a n g , q u a n g trở , n h ữ n g c ử a sổ tro n g s u ố t tro n g v ù n g k h a k ié n và
h ổ n g n g o ạ i g á n [1 - 4 ] . T ro n g p h ổ p h á t q u a n g c ủ a c á c v ật liệ u b á n d ẫ n n à y từ
4 .2 K đ ế n 3 0 0 K , n g o à i n h ữ n g v ạ c h đ ặc trư n g c h o sự tá i h ợ p b ứ c x ạ c ủ a các

VÙNG CẤM RỘNG
1.1 P h ư ơ n g p h á p gốm
Vật liệu g ố m : V ậ t liệu g ố m là loại vật liệu có c ấ u trú c tin h thề bao g ồ m các hợp
chất g iữ a kim loại v à p h i kim n h ư : kim loại vớ i oxi (các o x it), kim loại với n itơ (các
nitrua), kim loại với cá cb o n (các ca cb u a), kim loại vớ i silic (các silix u a), kim loại với
lưu h u ỳ n h (các su n fu a)... L iên k ết ch ủ y ếu tro n g v ật liệu gốm là liên kêt ion. tu y nhiên
cũ n g có trư ờ n g h ợ p liên kết c ộ n g h ó a trị đ ó n g vai trò chính.
V ật liệu g ố m có n h iề u đ ặc tín h quý g iá về cơ, n hiệt, điện, từ. quanơ ... d o đó
đó n g vai trò q u an trọ n g tro n g h ầu h ết các ngành cô n g n g h iệ p [ 1. 2 ].
v ề đặc tín h cơ , v ật liệu gốm có độ rắn cao n ê n đ ư ợ c d ù n g làm v ật liệu m ài, vật
liệu g iá đỡ...
v ề đ ặc tín h n h iệ t, v ật liệu gốm có nhiệt độ n ó n g chày ca o , đặc b iệ t là h ệ số giãn
nò' nhiệt thấp nên đ ư ợ c d ù n g làm c á c thiết bị đòi hỏi có độ bền n hiệt, ch ịu được các
x u n g nh iệt lớn (ló t lò, bọc tàu vũ trụ...)
v ề đặc tín h đ iệ n , độ d ẫ n đ iện c ủ a vật liệu g ố m th a y đôi tro n g m ộ t p h ạm vi khá
rộ n g từ d ư ới 10 Q ^ c m ' 1 đ ến 10' 12 Q ^ c m '1. C ó loại v ật liệu £ốm tro n g đó p h ần tử dần
điện là electro n n h ư k im loại, c ũ n g có loại v ật liệu s ổ m tro n a đó các ion đ ó n s vai trò
là ph ần từ d ẫn điện. D o đó ch ú n g ta có th ể tổ n s h ợ p nhiều loại v ật liệu gốm khác nh au
nh ư g ố m cách điện, g ố m b á n d ẫn điện, gốm siêu d ẫn điện...
Đ ặc tín h từ c ủ a v ật liệu g ố m rất đ a dạng. T a có th ể tồ n g h ợ p đư ợc gố m n ghịch
từ, g ố m th u ậ n từ , g ố m sất từ vớ i độ từ cảm ứ n a th a y đổi từ 0 đ ến 10 và phụ th u ộ c rất
đ a d ạn g v ào n h iệ t độ c ù n g n h ư từ trư ờ n g ngoài.
v ề đặc tín h q u an g , ta có th ể tổ n a h ợ p đ ư ợ c các loại v ật liệu có các tính ch ất
q u an g học k hác n h a u n h ư v ậ t liệu p h át q u a n a dư ới tác d ụ n s c ủ a d ò n s đ iện (ch ất điện
p h át q u an g ), v ậ t liệu p h á t q u a n g d ư ớ i tá c d ụ n g cù a ánh s á n a (c h ấ t lân q u a n s ) h oặc các
loại eố m s ử d ụ n a tr o n s th iế t bị ph át tia laze.
T ín h ch ấ t c ủ a v ật liệu eố m k h ô n g chì phụ th u ộ c vào thành p h ần h ó a học (độ
n g u y ên ch ấ t, lư ợ n g v à loại tạ p ch ấ t có tro n a đ ó ) m à phụ th u ộ c k h á n h iề u vào trạ n a thái
cấu trúc c ù a nó.
2



p h ư ơ n g p h á p n én n ó n g (v ừ a nén v ừ a g ia nhiệt). V iệc tá c đ ộ n g đ ô n g th ờ i ca nhiệt đ ộ và
áp su ất đ òi hỏi p h ải c ó th ờ i gian để th u đư ợc m ẫu p h ố i liệu có độ chăc đặc cao.
B ư ớ c 4: N u n g h ỗ n h ợ p ở n h iệ t độ cao đề th ự c hiện p h à n ú n g g iữ a các p ha rắn.
đ ây là c ô n g đ o ạ n q u an trọ n g nhất. H ỗn hợp đ ư ợ c n u n g ờ lò có k h ố n g ch ế nh iệt độ
tro n g m ôi trư ờ n g k h ô n g k h í h o ặc tro n g khí trơ từ v ài trăm độ đến vài nghìn độ.
B ư ớ c 5: Đ ể ng u ộ i m ẫu tự n h iê n tro n g k h ô n g khí h o ặc tro n g khí trơ.
1.2 P h ư ơ n g p h á p so l - gel
C ơ sở củ a p h ư ơ n g p h á p n ày là d ự a vào sự lắng đ ọ n g c ủ a các v ật liệu tro n g p h ản ứ n g
h ó a học, th ư ờ n g là sự lắng đ ọ n g cù a các h alo g en u a h o ặc c á c m uối hữu c ơ củ a các hợp
ch ất bán dẫn.
Sol là g ì? Sol là trạ n g thái tồ n tại của các hạt th ê keo ran bẽn tro n g chất ló n a và
đề cho các h ạt rắn tồ n tại ở trạ n g thái ồn định th ì kích th ư ớ c h ạt phài đù nhò đế lực cần
cho phân tán phải lớ n h ơ n trọ n g lực. H ệ keo là các h ạt thấy đ ư ợ c m à không th ế đi qua
m àng bán thấm , trên th ự c tế các h ạt có kích th ư ớ c từ 200 nm đến 2 m m và tro n 2. m ỗi
hạt có k h o ản g từ 103 đ ến 109 p h ân tử.
G el là g ì? G el là ch ấ t rắn lỗ x ố p có cấu tạo m ạ n a liên k ế t 3 ch iều b ên tro n g môi
trư ờng p h ân tán c h ấ t lò n g v à eel đ ư ợ c hình th à n h từ các hạt keo gọi là collo id e ael.
còn tro n s trư ờ n g h ợ p đ ư ợ c tạo th à n h từ nhữ n g đ ơ n vị h ó a học nhò h ơ n các h ạt co llo id e
thì g ọi là gel ca o p h â n tử. H ơ n nữ a. vì có tồn tại chất lỏ n g bên tro n 2 cấu tạo m a n s rắn
nên h ai tư ớ n g ở tr o n s trạ n g th á i câ n b ằ n s n h iệ t đ ộ n s và lúc n ày bên trong chất lò n 2
k h ô n g có đ ư ợ c tín h lư u đ ộ n g c ủ a m ình. Đ ại bộ p h ậ n bên tro n g eel là nư ớc nên tro n a
trư ờ n g h ợ p tư ớ n g d u n g d ịch n ư ớ c ch iếm nhiều p h ầ n n h ất thì eọi là h v d a e l hay aq u aael
và tr o n s tr ư ờ n ẹ h ợ p tư ớ n g lò n g ỉà alco h o l thì gọi là a lco h o l eel. K hi đà loại ph ân lớn
ch ất lỏ n g thì gọi là gel khô v à tù y th e o p h ư ơ n a p h á p sấy khô n a ư ờ i ta ch ia thành
xero g el v à ae ro g e l.
S ơ đ ồ to n s q u á t ch ế tạo v ậ t liệu vô c ơ b ã n 2 p h ư ơ n s p h á p s o l-2el đư ợc dan ra ờ
hình 1.2 .


0 ^ 0

8 ^

Aeroiiel

B a y hơi d u n g m ôi

Gôm mật độ cao

M àng m ật độ cao

H ìn h 1.2: S ơ đ ồ to n g q u á i c h ế tạo m âu b ằ n g p h ư ơ n g p h á p S o ỉ-G el
1.3 P h ư ơn g p h áp đ ồ n g kết tủa
C ơ sờ c ủ a p h ư ơ n g p h áp n à y là sir kết tủ a đ ồ n g thờ i c ủ a chất n ền và ch ất kích
hoạt. Q uy trình ch ế tạo Z nS và Z nS :M n b ằ n a p h ư ơ n s p h áp đồng kết tủa đư ợc d ẫn ra
ớ hình 1.3:

Trộn
dung
dịch

T ạo kết
tủa

Lọc
kết
tùa

Sấy và

Khi Ar
H ìn h 1.4: H ệ tạ o m à n g m ó n g b ằ n g p h ư ơ n g p h á p p h ú n x ọ catốt
C ác h ạt th ư ờ n g d ù n g để bẳn p h á b ia là khí trơ như a ra o n hoặc hỗn hợp khí
argon với k hí k íc h h o ạ t là oxi h ay nitơ. M àn g m ỏ n a đư ợc ch ế tao b a n s p h ư ơ n g pháp
này có ch ất lư ợ n s rất tố t như: độ sạch, độ đồn2 nhất, độ định hướnơ cao và có thê điều
khiến được độ dày của m àng [ 1].

6


C H Ư Ơ N G 2: M Ộ T S Ó T Í N H C H Ả T Q U A N G C Ủ A V Ậ T L IỆ Ư
BÁN DẢN VÙNG CÁM RỘNG
2.1 M ột số tín h ch ấ t q u a n g củ a vật liệu ZnS và Z nS pha tạp M n, A ỉ, Cu
2. Ị. 1 P h o h ấ p th ụ củ a Z n S và Z n S p h a tạp M n , AI, Cu
H ìn h 2.1 là p h ổ hấp thụ ở gần b ờ vùng cấm c ủ a Z nS với n h ừ n a n ồ n o độ c khác
nh au cù a n ó tro n g đ u n g dịch. V ớ i c = 0 .5g/100m l thì b ờ hấp th ụ nằm tro n a k h o án a từ
250 nm đ ến 2 9 0 n m v à có độ dốc lớn. K hi tâng n ồ n g độ c ủ a nó thì b ờ hấp thụ dịch
ch u y ển về p h ía s ó n g dài từ 260 nm đến 320 nm và giảm dần độ d ốc. K hi đ ư a các tạp
ch ất n h ư M n , C u , AI vào Z nS th ì phổ h ấp thụ củ a Z nS có thể bị thav đồi.

>.(nm)
H ìn h 2 .1 : P h ô h ấ p th ụ củ a Z n S với n h ữ n g n ồ n g độ

c k h á c nhau

H ìn h 2 .2 là p h ổ h ấp th ụ ở gần b ờ vùng cấ m c ủ a Z n S :M n vớ i n h ữ n a norm độ M n
khác n h a u . V ớ i c Mn = 0 .5 g /1 0 0 m l th ì b ờ hấp th ụ c ủ a nó c ũ n 2 n ằm tro n g k h o ản a 250
nm đ ến 290 n m v à c ó độ d ố c lớn. N h ư n g khi tă n a n ồ n s độ c ủ a nó tro n e d u n s dịch thi
bờ h ấp th ụ củ a nó c ũ n g d ịch ch u y ể n về phía s ó n g dài và aiảm dần độ dốc. V ới



;.(nm)
H ìn h 2 .3 : C á c đ á m p h á t q u a n g c ơ bán tro n g p h ô p h á t q u a n g cu a Z nS
S ự p h â n bố n ă n g lư ợ n g c ủ a các đ ám tro n g v ù n g từ n a o ạ i lớn aấp đôi tro n 2 vùng
xanh lam . Đ á m ờ v ù n g x an h lam gồm nhiều đám nhò v à ứ n g vớ i m ỗi loại ZnS chế tạo
bằn g các p h ư ơ n ơ p h á p k h ác n h au thì tì số cư ờ ng độ củ a c h ú n a c ũ n e khác nhau. N gười
ta đà ch ia đ ám x an h lam c ủ a Z nS thành các đám có c ư ờ n a độ cự c đại ờ các vị trí : 405
nm . 4 2 6 nm . 4 6 6 n m . 4 9 6 nm . T rên th ự c tá k h ô n g có m ộ t loại Z n S nào m à chi có m ột
tro n g các đ ám h o ặc có đ ầy đủ các đám [2, 6 ].
M ình 2 .4 là s ơ đồ các m ứ c n ă n s lư ợ n a ứ n a với các q u á trình bức xạ khác nhau
có thê x ảv ra tro n a Z nS [2]


H ìn h 2.4: S ơ đồ c á c m ứ c n ă n g lư ợ n g ứng vớ i cá c quá trìn h b ứ c x ạ kh á c n h a u có
thê x à y ra tr o n g Z nS; S S - trạ n g th á i bề mặt, VZn. n ú t k h u y ế t củ a kẽm, ỉ V n ú t kh u yêt
c ù a lim huỳnh, C uz,r tợp đổng
K hi p h a tạ p các n g u v ên tố n h ư M n, Co, A l, C u vào Z nS thì phô phát q u an g cùa
ZnS bị thay đôi. C ác đ ám p h át q u an g đặc trưng cho các n ú t k huyết c ủ a Z n,

s

bị d ập tắt

dân, đ ồ n g thờ i xu ất h iện các đám phát quang đăc trư n g ch o các iôn pha tạp. H inh 2.5
là phô p hát q u an g c ủ a Z n S :A l khi kích thích b ần e bước só n g 325 nm ờ 300K .

H ìn h 2.5: P h ô p h á t q u a n g của m à n g Z n S :A l với c á c n ồ n ơ độ A I k h á c nhau
K hi p h a tạp AI vớ i các n ồ n g độ khác n h au vào tin h th ể Z n S . tro n a ph ổ p hát
qu an g c ủ a Z n S :A l n goài đ ám đặc trư n g cho Z nS . tro n a phổ cò n x u ấ t h iện m ộ t đám
xan h lam rộ n g , có c ư ờ n g độ lớn ờ kho ản g 476 nm . Đ ám n ày đ ặc tr ư n a ch o chuyển dời

p h ổ tán xạ R am an c á c m ode dao độnơ qu an g dọc th ư ờ n g ch iếm

LIU

thế so v ó i các

m o d e d ao đ ộ n s q u a n e n a a n a . V ì vậy, m ột phổ " d ị th ư ờ n a " với m o d e n a a n a ch iếm ưu
thế có th ể liên q u a n tớ i sứ c c ã n g bên tro n g v à sự biến d ạ n e c ủ a các vi tinh thể tư ơ n a
írn s s â y n ên sự tă n s c irờ n s ản h h ư ờ n s c ủ a cá c s ó n e n a a n s lên tính p h ân cự c cu a tinh
thè [9, 11. 12].

11


H ìn h 2 .9 là p h ổ tá n x ạ R am an củ a đ ơ n tin h th ể Z n S :A l ở 3 0 0 K khi kích thích
b àn g b ư ớc só n g 4 8 8 nm (số s ó n g 2 0 491.8 c m '1) củ a laser A r. T ro n g phô tán x ạ R am an
củ a nó ch ủ y ếu x u ất h iệ n n h ữ n g v ạc h đặc trư n g ch o các loại dao đ ộ n g E |(L O ) ờ 349.7
c m '1, A |(T O ) ờ 2 7 0 c m '1, E |(2 L O ) ở 670 c m '1, 2T A ờ 179 c m '1, (T O - T A ) ơ 221 c m ' 1
v à (T O + T A ) ở 398 c m ' 1

t r ong đó các dao đ ộ n g E |(L O ) v à A |(T O ) có cư ờ n g độ lớn

nhất.
4 .5 x1 0 “
4.0x10"
3 .5x104
3.0X104 —

2 .5 x 1 0J -



là phổ tán x ạ R am an củ a b ộ t Znj_xC u xS (0 < X < 3.5.10"^ 2,'ẹ) khi

kích b a n s b ư ớ c s o n s 514 nm c ủ a laser khí H e-N e ờ 300 K . T ro n g phô xu ât hiện m ột
vạch có c ư ờ n s độ rât m ạnh đặc trư n g ch o dao đ ộ n e LO ở 349 c m ''. N a o à i ra tro n ạ phố
cò n x u ất h iệ n m ộ t số v ạc h có cư ờ n g độ y ểu đặc trư n g ch o các d ao đ ộ n a 2TA . T ơ .
L O + T A , 2 L O tại cá c vị trí 214 cm*1, 270 c m '1. 412 c m '1. 6 7 6 c m '1. Vị trí và cư ờ n g độ


cùa các v ạch th a y đ ồ i k h ô n g đ án g kể khi thay đổi n ồ n g độ C u. Đ iều đó c h ử n g to với
n ồ n g đ ộ p h a tạ p nh ỏ , C u ch ư a ảnh h ư ở n g đ án g kể đ ến m ạ n g tin h thè. ch ư a d ầ n đ ến sự
xáo trộ n , th a y đ ổ i c ấ u trú c trư ờ n g tinh th ể [15].

V (em'1)

H ìn h 2.10: P h ô tá n x ạ R a m a n cù a Z n /.xCux (0 < x < 3 . ỈO'Jg /g ) k h i kích th ích
b ă n g b ư ớ c s ó n g 514 n m của la se r H e-N e ờ 300 K
2.2 M ột số tín h ch ấ t q u a n g củ a Z n O và Z n O :C o
2.2.1

P h ổ h ấ p th ụ củ a Z n O và Z n O :C o
C h iếu m ộ t ch ù m s á n g lên m ộ t m à n g bán d ẫn thì m ộ t p h ần án h sán g sẽ đi xuyên

qua bán dẫn, m ộ t p h ầ n còn lại hoặc bị tán xạ tro n g bán d ần hoặc bị hấp thụ tro n g bán
dẫn. N ăn o lư ợ n g h ấp th ụ đư ợc ch u y ể n tro n g b án d ẫ n th à n h các d ạ n a n ãn g k rợ n a khác;
nh iệt n ãn g , q u a n a n ã n a (h u v n h q u an g ), đ iệ n n ã n ơ ... T ư ơ n ạ tác c ủ a ánh s á n a tr o n s bán
d ần xác địn h bờ i h ai y ế u tố:
+ T ín h ch ấ t c ù a ánh sáno; sự p h ân cự c, cư ờ n g độ, h ư ớ n 2 tru y ề n ...
+ Tính eh ât củ a bán dẫn: câu trú c vùng, câu trúc tin h t h ẻ . . .
N so à i ra các đ iêu k iện bên n a o à i n h ư n h iệ t đ ộ , áp suất, đ iện trư ờ n g , từ


H ìn h 2. l ì : P hó hấp thụ cua
Z n O và Z nO . C o ơ 3 0 0 K

 (nm )
14


2.2 .2 P h ổ p h á t q u a n g củ a Z n O và Z n O :C o
P h ổ p h át q u a n g c ủ a Z nO x ảy ra m ạnh v à có n hiều đặc tính. D ài phô huỳnh
q u an g củ a Z n O th ư ờ n g x u ấ t h iện ở các vùng từ ngoại, v ù n g xanh vàng, da cam và
v ù n g đ ó [16].
T ấ t cả Z n O đ ều có b ờ hấp th ụ c ơ bản ở b ư ớ c s ó n g eần 380 nm v à độ tru y ề n q ua
k h o ản g 70

95% tu ỳ theo p h ư ơ n g p h áp v à cô n g n g h ệ ch ế tạo. Đ ộ rộ n g vùng cấm cùa

ZnO tro n g k h o ả n g 3 .2 4 -í- 3.3 7 eV . N ăn g lư ợ ng liên k ết ex cito n tự do trono Z n O lớn cờ
60 m eV n ên Z n O có n h iề u ứ n g d ụ n g tro n g lĩnh v ự c q u a n g điện tử ho ạt đ ộ n ° trên cơ sờ
excito n ớ n h iệ t độ p h ò n g . T u y n h iê n hầu n h ư k h ô n e p h ụ thuộc vào p h irơ n a p h áp kích
thích, q u á trình tái hợ p bức x ạ tro n g vật liệu Z nO thự c h iện q u a các cơ ch ế tái h ọ p cơ
bản nh ư (h ìn h 2 . 12).

Ec
EQ (nônỵ) V acan cy Ox>
E j^ s a u ) K ẽm điên kẽ

H ìn h 2.12: C á c ch u yên dời tá i h ợ p b ứ c x ạ cu a Z n O
C ác n ú t k h u y ế t c ủ a O xy tro n g Z nO gây ra m ứ c tạp d o n o r n ô n s . các n au v ê n tử
kẽm đ iền kẽ tạ o ra m ức d o n o r sâu và n ú t k h u y ế t k ẽm có


>.(nm)
H ìn h 2 .14: P hô p h á t q u a n g ờ 3 0 0 K c ủ a Z n O :C o vớ i các
h à m lư ợ n g X = 0, 0.02; 0.0 "5 ; 0.15 v à 0.25


2 .2 .3 P h ổ tán x ạ R a m a n củ a Z n O và Z n O :C o
T h e o lý th u y ế t n h ó m th ì tin h thể Z nO có 8 tần số dao đ ộ n g m ạ n g đặc trư n g gọi
là các p h o n o n đó là: 2 A |, 2 B |. 2E |V à 2 E 2. T ro n g đó 2 p h o n o n Bl d ư ờ n g nh ư k h ô n g
x u ất h iệ n tro n g p h ổ tá n x ạ R am an (h ìn h 2.15)
L oại dao
A ,(L O )

A ,(T O )

E ,(L O )

E ,(T O )

E ,(h ig h )

E 2(1 ovv )

574

380

583

407