Download miễn phí Chuyên đề Công nghệ chế tạo và tính chất quang của các chấm lượng tử bán dẫn CdS



Vật liệu CdS có cấu trúc phức tạp tùy thuộc vào trật tự sắp xếp của các lớp Cd và S xếp chồng lên nhau. Mô hình xếp lớp AB–AB–AB tương ứng với kiểu cấu trúc wurzite CdS lục giác (ký hiệu h–CdS), mô hình xếp lớp ABC–ABC–ABC tương ứng với kiểu cấu trúc CdS lập phương (ký hiệu c–CdS) và bất kỳ một cách sắp xếp nào khác sẽ tương ứng với kiểu cấu trúc được gọi là đa cấu trúc (polytype, ký hiệu p–CdS). Hình 2.9 là mô hình xếp lớp (a) wurtzite CdS lục giác (h–CdS) (b) cấu trúc lập phương (c–CdS) (c) lập phương không hoàn hảo(faulted c–CdS) và (d) CdS đa cấu trúc (p–CdS).


http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2014-01-05-chuyen_de_cong_nghe_che_tao_va_tinh_chat_quang_cua.FnKIYtsv0k.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-53661/
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

ủa lỗ trống nặng (HH); mJ = 1/2 ứng với trạng thái của lỗ trống nhẹ (LH) và vùng bị tách do tương tác spin-quỹ đạo (SO) với J = 1/2 (mJ = 1/2). Tại tâm vùng Brilouin, hai dải ứng với J = 3/2 và J = 1/2 có sự tách mức năng lượng do tương tác spin–quỹ đạo. Do đó với các bán dẫn AIIBVI điển hình, đỉnh vùng hóa trị hình thành bởi trạng thái J = 3/2[4].
Hình 1.6. Cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn có cấu trúc
tinh thể lập phương giả kẽm và wurtzite
Hình 1.1 trình bày sơ lược về cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn (có cấu trúc tinh thể lập phương và lục giác), các mức năng lượng của điện tử, lỗ trống trong chấm lượng tử và các chuyển dời quang tương ứng. Ở đây, tính chất bán dẫn liên quan trực tiếp đến độ rộng vùng cấm (của vật liệu khối tương ứng) trong khoảng vài trăm meV đến vài eV, tương ứng với chuyển dời quang trong vùng phổ khả kiến đến tử ngoại khi kích thước vật liệu nhỏ đến xuất hiện hiệu ứng giam hãm lượng tử. Trong vật liệu bán dẫn khối, các điện tử trong vùng dẫn (và các lỗ trống trong vùng hoá trị) chuyển động tự do trong khắp tinh thể. Do lưỡng tính sóng–hạt, chuyển động của các hạt tải điện có thể được mô tả bằng tổ hợp tuyến tính của các sóng phẳng có bước sóng vào cỡ nano mét. Nếu kích thước của khối bán dẫn giảm xuống, xấp xỉ giá trị của các bước sóng này, thì hạt tải điện bị giam trong khối này sẽ thể hiện tính chất giống như một hạt chuyển động trong một hộp thế. Nghiệm của phương trình Schrödinger trong trường hợp này là các sóng dừng bị giam trong giếng thế và năng lượng tương ứng với hai hàm sóng riêng biệt (khác nhau và gián đoạn). Những chuyển dời của hạt tải điện giữa hai mức năng lượng gián đoạn nói trên sẽ gây ra quang phổ vạch. Hệ hạt khi đó được gọi là hệ bị giam giữ lượng tử.
Hình 1.7. Mật độ trạng thái của điện tử tự do trong các
hệ bán dẫn[4], [5].
Sự giam giữ lượng tử làm gián đoạn các mức năng lượng theo chiều giam giữ của các chuẩn hạt trong hệ và làm thay đổi mật độ trạng thái của chúng theo năng lượng như trình bày trên Hình 1.2.
Cụ thể hơn, dưới đây hiệu ứng giam giữ lượng tử các hạt tải điện khi kích thước của vật liệu giảm sẽ được xem xét bắt đầu từ một mô hình điện tử đơn giản trong hệ ba chiều (vật liệu khối), hệ hai chiều (giếng lượng tử), hệ một chiều (dây lượng tử) và hệ không chiều (chấm lượng tử).
CHƯƠNG 2
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO
CHẤM LƯỢNG TỬ BÁN DẪN CdS
Vật liệu kích thước nano mét (chấm lượng tử) có thể chế tạo bằng hai phương pháp “xuất phát từ bé” (bottom–up) và “xuất phát từ to” (top–down). Mỗi phương pháp đều có những thuận lợi và khó khăn của nó. Phương pháp “xuất phát từ to” (top–down) bằng nghiền cơ năng lượng cao áp dụng để chế tạo vật liệu CdS có các ưu điểm dễ thực hiện, có thể chế tạo một lượng lớn vật liệu; sản phẩm thu nhận được có thể ở các kích thước trải dài từ vùng micro mét đến vùng nano mét tùy thuộc vào năng lượng nghiền. Với một năng lượng nghiền xác định, phân bố kích thước hạt sẽ phụ thuộc vào thời gian nghiền. Đầu tiên chúng ta tiến hành chế tạo đơn tinh thể CdS rồi chế tạo hấm lượng tử CdS từ các đơn tinh thể này thông phương pháp nghiền cơ năng lượng cao.
2.1. Chế tạo đơn tinh thể CdS từ đa tinh thể CdS
Vật liệu ban đầu được dùng để nghiền cơ năng lượng cao là CdS đơn tinh thể khối chất lượng cao. Mẫu CdS đơn tinh thể này đã được chế tạo bằng phương pháp thăng hoa. Việc chế tạo đơn tinh thể CdS được mô tả một cách tóm tắt như sau:
Đầu tiên, CdS đa tinh thể được chế tạo bằng cách cho Cd vào thuyền graphit nung tại 5500C, cho S vào thuyền thạch anh nung tại 2500C. Hai thuyền này được đặt vào trong một lò nung và điều chỉnh sao cho lượng Cd và S cân bằng với nhau. Một lần làm mẫu sử dụng 140 g S và 160 g Cd, sẽ thu được khoảng 200 g đa tinh thể CdS. Đa tinh thể CdS sau khi chế tạo này được sử dụng để tiến hành nuôi đơn tinh thể. Cụ thể như sau: cho 30 g đa tinh thể CdS vào thuyền thạch anh ở nhiệt độ 10500C, sẽ quan sát thấy đơn tinh thể CdS mọc lên. Đơn tinh thể thu được có dạng bản mỏng, có màu vàng nhạt. Hình 2.3 là hình ảnh một phiến đơn tinh thể CdS.
Hình 2.1. Hình ảnh một phiến tinh thể CdS
Sau khi đã tạo ra được đơn tinh thể CdS, chúng ta tiến hành chế tạo các chấm lượng tử CdS thông qua phương pháp nghiền cơ năng lượng cao được mô tả theo phương pháp sau.
2.2. Phương pháp nghiền cơ năng lượng cao
Trong phần này sẽ trình bày phương pháp nghiền cơ năng lượng cao để chế tạo CdS kích thước nano từ CdS đơn tinh thể (phương pháp top–down).
Nguyên lý chung: Phương pháp nghiền cơ năng lượng cao cho phép tạo ra các bột vật liệu có kích thước vài chục nano mét bằng cách nghiền các vật liệu dựa trên sự va đập với các bi thép cứng được quay trong buồng kín với tốc độ rất cao (có thể đạt 650 vòng/phút đến vài ngàn vòng phút). Buồng chứa vật liệu được bao kín, có thể hút chân không cao và nạp các khí hiếm tạo môi trường bảo vệ. Các viên bi kim loại, thép hợp kim cứng hay vật liệu cứng như tungsten carbit đánh vỡ và nghiền vật liệu bán dẫn thành bột có kích thước nhỏ đến nano mét. Các hạt bột bị bẫy giữa các viên bi sẽ bị biến dạng dẻo do tác động của môi trường nghiền (bi, cối..), sinh ra một số lớn các sai hỏng tinh thể: lệch mạng, lỗ trống, các biến dạng mạng và tăng số các biên hạt. Các viên bi va chạm cũng gây nên sự đứt gãy và sự gắn kết nguội của các hạt bột, tạo nên các bề mặt phân cách ở mức độ nguyên tử.
Hình 2.2. Các trạng thái của hỗn hợp bột ở hai pha ban đầu
A và B trong quá trình hợp kim cơ để tạo ra pha mới C[4].
Quá trình bẻ gãy làm tăng số mặt phân cách và giảm kích thước hạt từ mili mét tới nano mét. Cạnh tranh với quá trình giảm kích thước hạt, một số pha trung gian được tạo ra bên trong các hạt hay ở bề mặt của hạt. Khi thời gian nghiền kéo dài tỷ phần thể tích các pha trung gian tăng tạo ra sản phẩm sau cùng ổn định (kết quả của sự cân bằng của hai quá trình bẻ gãy và gắn kết của các hạt bột). Một mô hình đơn giản của quá trình nghiền được minh họa trên Hình 2.1. Quá trình nghiền cơ có thể được xem như quá trình động học cao, trong đó va chạm của môi trường nghiền là sự kiện chính góp phần chuyển năng lượng động từ công cụ nghiền vào bột cần nghiền. Phương trình cơ bản mô tả mối liên hệ giữa động năng (Ekin), khối lượng m và vận tốc v của bi là:
Từ phương trình trên có thể thấy vận tốc của môi trường nghiền là thừa số đóng góp chính vào năng lượng động. Thuật ngữ “nghiền năng lượng cao” liên quan đến các điều kiện tạo các hạt cấu trúc nano trong cối nghiền. Hình 2.2 là sơ đồ máy nghiền lắc SPEX được sử dụng để chế tạo CdS kích thước nano.
Hình 2.3a. Máy nghiền SPEX 8000 Hình 2.3b. Cối và bi nghiền
Máy nghiền lắc SPEX (Hình 2.3a), nghiền khoảng 2 ~ 20 g bột một lần, được sử dụng rộng rãi trong phòng thí nghiệm cho mục đích nghiên cứu khảo sát. Kiểu phổ biến là máy nghiền một cối, chứa mẫu...

---