ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Đình Công NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ GAMMA LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CdSe LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Đình Công NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỨC XẠ GAMMA LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHẤM LƯỢNG TỬ CdSe Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn Mã số: 60440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THANH BÌNH Hà Nội – Năm 2015 Lời cam đoan Luận văn với tên đề tài nghiên cứu "Nghiên cứu ảnh hưởng xạ gamma lên tính chất quang chấm lượng tử CdSe" công trình nghiên cứu tôi, hoàn thành hướng dẫn TS Nguyễn Thanh Bình Luận văn không chép từ tài liệu người khác mà không xin phép, tham khảo trích dẫn Kết thực nghiệm luận văn không chép từ kết khác Nếu vi phạm hai điều này, xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước đơn vị đào tạo pháp luật Lời cảm ơn Lời cảm ơn lời cảm ơn đặc biệt tới TS Nguyễn Thanh Bình, người giao đề tài hướng dẫn thực luận văn Trong suốt trình thực luận văn, nhận hướng dẫn tận tình hội học hỏi nhiều kiến thức chuyên môn thầy kinh nghiệm sống Lời cảm ơn thứ hai, xin gửi tới PGS Nguyễn Xuân Nghĩa anh chị nhóm nghiên cứu, cho phép tham gia nhóm nghiên cứu trình chế tạo, có nhiều ý kiến chuyên môn đóng góp giúp cho trình thực hoàn thiện luận văn Lời cảm ơn thứ ba, xin gửi tới TS Đặng Quang Thiệu anh chị Trung tâm Chiếu xạ Hà Nội, thuộc Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam, giúp trình chiếu xạ gamma cho mẫu nghiên cứu, quan đề tài Lời cảm ơn tiếp theo, xin gửi lời cảm ơn đến anh chị Trung tâm Điện tử học Lượng tử, Viện Vật lý, VHLKHVN Đã tạo điều kiện cho sử dụng hệ đo phân tích thực luận văn Tôi xin cảm ơn TS Phạm Đức Khuê, TS Phan Việt Cương, Trung tâm Vật lý Hạt nhân, Viện Vật lý, Viện HLKHVN, góp ý kiến thức chuyên môn Vật lý Hạt nhân, giúp trình tính toán liều lượng hấp thụ nghiên cứu thích hợp Tôi xin gửi tới thầy cô môn Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN Lời cảm ơn chân thành nhất, nơi tiếp nhận giáo dục Đại học Cao học Đã dạy bảo, truyền đạt cho kiến thức khoa học tự nhiên kinh nghiệm sống Và cuối xin gửi lời cảm ơn từ đáy lòng tới gia đình bạn bè, theo ngưỡng cửa đời, chỗ dựa vật chất tinh thần để đến ngày hôm Luận văn hoàn thành với hỗ trợ từ đề tài Nghiên cứu định hướng ứng dụng mã số: G/07/2012/HĐ-ĐHUD đề tài Hợp tác quốc tế IAEA Viện Vật lý Hà Nội, tháng 12 năm 2015 Học viên : Nguyễn Đình Công MỤC LỤC Danh mục ký hiệu chữ viết tắt i Danh mục hình vẽ ii Danh mục bảng biểu v Mở đầu Chương 1- TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu bán dẫn cấu trúc nano 1.2 Tính chất hấp thụ 1.3 Tính chất phát quang 1.4 Tính chất chung chấm lượng tử CdSe 1.4.1 Cấu trúc tinh thể 1.4.2 Cấu trúc vùng lượng 10 1.4.3 Tính chất quang chấm lượng tử CdSe 12 1.4.4 Tính chất quang chấm lượng tử CdSe/CdS lõi/vỏ 13 1.5 Ảnh hưởng trường đến tính chất quang 15 1.5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 15 1.5.2 Ảnh hưởng điện trường 16 1.5.3 Ảnh hưởng từ trường 17 1.5.4 Ảnh hưởng hạt lượng cao 19 Chương –KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 22 2.1 Phương pháp chế tạo 22 2.2 Chiếu xạ gamma 23 2.3 Phương pháp phân tích 25 2.3.1 Kính hiển vi điện tử truyền qua 25 2.3.2 Phương pháp đo hấp thụ 26 2.3.3 Kỹ thuật đo phổ huỳnh quang 28 2.3.4 Hệ đo huỳnh quang phân giải thời gian-TCSPC 30 Chương - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Tổng hợp chấm lượng tử CdSe chấm lượng tử CdSe/CdS lõi/vỏ 35 3.2 Ảnh vi hình thái chấm lượng tử 39 3.3 Tính chất quang chấm lượng tử trước chiếu xạ gamma 39 3.3.1 Phổ hấp thụ huỳnh quang 39 3.4 Ảnh hưởng xạ gamma lên tính chất quang chấm lượng tử 41 3.4.1 Hiệu ứng dịch đỉnh hấp thụ đỉnh huỳnh quang 41 3.4.2 Suy giảm cường độ huỳnh quang theo liều hấp thụ gamma 44 3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng xạ gamma tới thời gian sống huỳnh quang điện tử 46 3.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian lên tính chất quang chấm lượng tử sau chiếu xạ gamma 48 3.5.1 Hiện tượng dịch đỉnh huỳnh quang phía lượng cao chấm lượng tử theo thời gian sau chiếu xạ gamma 48 3.5.2 Hiện tượng hồi phục cường độ huỳnh quang chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ theo thời gian sau chiếu xạ gamma 50 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 Danh mục ký hiệu chữ viết tắt eV : Electron volt (1 eV = 1,6.10-19V) ns : Nano giây (10-9) ps : Pico giây (10-12) PMT : Ống nhân quang điện (photonmultiplier tube) QDs : Chấm lượng tử (quantum dots) TCSPC : Hệ đếm đơn photon tương quan thời gian (Time Correlated Single Photon Counting) TTL : Transistor – transistor logic i Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sự giam giữ lượng tử dẫn đến thay đổi cấu trúc lượng độ rộng vùng cấm từ vật liệu khối 3D sang vật liệu nano 2D, 1D 0D Hình 1.2 Cấu trúc vùng lượng trạng thái kích thích điện tử chuyển mức vùng-vùng (thẳng); 1a - chuyển mức vùng vùng (nghiêng); - điện tử vùng dẫn; 2a - lỗ trống vùng hoá trị; 2b, 2c, 2d - lỗ trống vùng cho phép; - điện tử lên vùng dẫn từ tạp donor; 3b - lỗ trống lên tạp donor; 3a - lỗ trống lên tạp acceptor; 3c - điện tử lên vùng dẫn từ tạp acceptor; - điện tử chuyển mức tạp chất(2) Hình 1.3 Xác đinh độ rộng vùng cấm Eg dựa vào hệ số hấp thụ α theo loại chuyển mức, (a) chuyển mức thẳng phụ thuộc theo α2 (b) chuyển mức nghiên phụ thuộc theo α3/2 Hình 1.4 Các chế tái hợp cặp điển tử lỗ trống bản(1,7) Hình 1.5 Cấu trúc zincblende CdSe, nguyên tử Cd ở đỉnh tâm mặt hình lập phương, nguyên tử Se vị trí có tọa độ ( ¼, ¼, ¼) so với vị trí nguyên tử Cd 10 Hình 1.6 Cấu trúc Wurtzite tinh thể bán dẫn CdSe(3) 10 Hình 1.7 Cấu trúc vùng lượng điện tử,(a) cấu trúc vùng lượng tương ứng zincblende (b) cấu trúc vùng lượng cấu trúc tinh thể wurtzite(12) 11 Hình 1.8 Bờ vùng hấp thụ đỉnh huỳnh quang dịch phía lượng cao (bước sóng ngắn) giảm kích thước hạt tinh thể nano CdSe(15) 13 Hình 1.9 Lõi bọc lớp (a), lớp (b), nhiều lớp vỏ(c,d) 13 Hình 1.10 Phân loại chuyển tiếp tinh thể nano cấu trúc lõi/vỏ dựa vào cấu trúc vùng lượng vật liệu làm vỏ so với lõi 14 Hình 1.11 (Bên trái) Phổ huỳnh quang CdSe/CdS lõi/vỏ với đỉnh phát xạ khác nhau, (Bên phải) Hiệu suất huỳnh quang đối chiếu với số đơn lớp lớp vỏ so sánh với mẫu có kích thước khác công nghệ chế tạo(24) 15 ii Hình 1.12 Phổ phát xạ huỳnh quang LED 445nm InGaN/GaN trước sau chiếu xạ proton lượng 40MeV, liều chiếu 5.109 5.1010 cm-2 (21) 19 Hình 1.13 (a) Đỉnh huỳnh quang chấm lượng tử CdSe/ZnS suy giảm theo liều chiếu, (b) Thay đổi vị trí huỳnh quang sau chiếu xạ gamma (662keV)(18) 20 Hình 1.14 Khảo sát theo thời gian LED InGaN/GaN, (trái) đo dòng điện theo thời gian 3V, (phải) đo điện theo thời gian dòng 10mA/cm2 21 Hình 2.1 Sơ đồ minh họa buồng chiếu xạ mẫu 25 Hình 2.2 (a) Sơ đồ nguyên lý kính hiển vi điện tử truyền qua; (b) Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM 1010 Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương 25 Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hệ đo hấp thụ quang học UV-VIS-NIR 28 Hình 2.4 Hệ đo phổ huỳnh quang Cary Eclipse 29 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý máy phổ kế huỳnh quang 30 Hình 2.6 Nguyên lý tổng quát kỹ thuật TCSPC: photon tín hiệu ghi nhận chu kỳ xung kích thích, nhớ vào cột thời gian (bin time), dựng lại biểu đồ tín hiệu theo thời gian (histogram) cho frofile cường độ 31 Hình 2.7 Sơ đồ tổng quát hệ đo TCSPC 33 Hình 3.1 Hệ chế tạo CdSe, 1- bếp gia nhiệt có khuấy từ, 2- nồi đựng cát truyền nhiệt, 3- bình ba cổ diễn phản ứng, 4- ống dẫn khí Nitơ, 5- nhiệt kế thủy ngân, 6- xylanh bơm tiền chất phản ứng 36 Hình 3.2 Sơ đồ bọc vỏ CdS cho chấm lượng tử CdSe 38 Hình 3.3 Ảnh vi hình thái TEM mẩu (a) CdSe (b) mẫu CdSe/CdS 39 Hình 3.4 Phổ huỳnh quang (nét đứt) phổ hấp thụ mẫu chấm lượng tử CdSe chấm lượng tử CdSe/CdS lõi/vỏ 40 Hình 3.5 Phổ hấp thụ - huỳnh quang mẫu lõi CdSe (a), Đỉnh phổ huỳnh quang dịch phía lượng cao theo liều hấp thụ gamma (b) 42 iii Hình 3.6 Phổ hấp thụ - huỳnh quang mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ (a), Đỉnh phổ huỳnh quang dịch phía lượng cao theo liều hấp thụ gamma (b) 43 Hình 3.7 Năng lượng hấp thụ đỉnh huỳnh quang dịch lượng cao hàm liều hấp thụ gamma 44 Hình 3.8 Cường độ huỳnh quang suy giảm theo liều hấp thụ gamma, (a) mẫu lõi CdSe (b) mẫu lõi/vỏ CdSe/CdS 45 Hình 3.9 Tích phân diện tích cường độ huỳnh quang chuẩn hóa suy giảm theo liều hấp thụ gamma hai loạt mẫu lõi CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ sau chiếu xạ gamma 46 Hình 3.10 Huỳnh quang phân giải thời gian chấm lượng tử mẫu CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ so sánh với liều chiếu xạ gamma khác 47 Hình 3.11 Đỉnh huỳnh quang chấm lượng tử sau chiếu xạ gamma tiếp tục dịch phía lượng cao theo thời gian (a) chấm lượng tử CdSe (b) chấm lượng tử CdSe/CdS lõi/vỏ 49 Hình 3.12 Mẫu chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ liều chiếu 5kGy, cường độ huỳnh quang phục hồi phần theo thời gian sau chiếu xạ 50 Hình 3.13 So sánh tốc độ hồi phục cường độ huỳnh quang theo thời gian hai loại chấm lượng tử CdSe CdSe/CdS, liều hấp thụ 1kGy liều hấp thụ kGy 51 iv Danh mục bảng biểu Bảng 1.1 Các thông số xác suất tái hợp xạ B thời gian sống  hạt tải điện không cân Bảng 2.1 Tọa độ vị trí mẫu chiếu xạ gamma 24 Bảng 3.1 Các thông số vật lý mẫu chấm lượng tử CdSe (lõi) CdSe/CdS (lõi/vỏ) 41 Bảng 3.2 Năng lượng đỉnh hấp thụ đỉnh huỳnh quang mẫu CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ với liều chiếu gamma từ 0-10 kGy 43 Bảng 3.3 Thời gian sống trung bình mẫu CdSe CdSe/CdS lõi/vỏ sau chiếu xạ gamma 47 Bảng 3.4 Phần trăm diện tích cường độ đỉnh huỳnh quang mẫu CdSe lõi hồi phục theo thời gian sau chiếu xạ, so sánh với mẫu trước chiếu xạ 52 Bảng 3.5 Phần trăm diện tích cường độ đỉnh huỳnh quang mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ hồi phục theo thời gian sau chiếu xạ, so sánh với mẫu trước chiếu xạ 52 v Mở đầu Lĩnh vực nghiên cứu vật liệu nano lĩnh vực thu hút nhiều nhà khoa học hàng đầu tham gia nghiên cứu Bắt đầu từ năm 1990 đến nay, thành thu có ý nghĩa ứng dụng thực tiễn, thay đổi mặt đời sống Vật liệu nano đáp ứng yêu cầu tính chất vật liệu khối đáp ứng yêu cầu tính chất khắt khe vật liệu tiên tiến Những ưu điểm vật liệu nano qua báo cáo tạp chí uy tín mà thể ứng dụng chúng, thiết bị điện tử, thiết bị chiếu sáng (đèn LED), thông tin quang laser, đánh dấu sinh học, thiết bị chuyển đổi lượng mặt trời (solar cell), cảm biến (sensor), … Điều kiện môi trường ảnh hưởng nhiều đến khả năng, chất lượng tuổi thọ thiết bị Với môi trường làm việc đặc biệt lò phản ứng hạt nhân, môi trường vũ trụ bầu khí trái đất Ở có nhiều xạ mang lượng cao nên vật liều làm việc môi trường Việc đánh giá cần thiết để biết vật liệu bị tác động nào, ảnh hưởng thay rổi làm sao, … để khắc phục lựa chọn phù hợp vật liệu làm thiết bị Tương tác xạ photon ánh sáng mặt trời với lượng cỡ lượng trạng thái kích thích điện tử tinh thể lượng thường bé 10 eV Những xạ có lượng lớn nhiều tia X, tia Alpha, tia gamma, tia Notron, tia Proton, tia Photon hãm, …cỡ vài mega electron volt đến vài chục mega electron volt chưa đề cập đến nhiều Việc nghiên cứu đánh giá cần phải xem xét nhiều mức độ khía cạnh, bước đầu với điều kiện sẵn có lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng xạ gamma tới thay đổi tính chất quang chấm lượng tử CdSe, loại vật liệu nano điển hình mang đặc trưng tính chất quang học Và để so sánh mức độ ảnh hưởng xạ gamma, luận văn nghiên cứu chấm lượng tử CdSe đơn chấm lượng tử bọc vỏ CdSe/CdS lõi/vỏ So sánh ảnh hưởng xạ gamma lên tính chất hấp thụ, huỳnh quang thời gian sống điện tử trạng thái kích thích, với dải liều chiếu xạ từ 1, 3, 5, 7, 10 kGy Luận văn trình bày làm ba phần : Phần - Tổng quan : Giới thiệu vật liệu nano, tính chất cấu trúc tinh thể, cấu trúc vùng lượng, tính chất quang học vật liệu bán dẫn vật liệu nano bán dẫn, yếu tố ảnh hưởng trường nhiệt độ, áp suất, điện trường từ trường lên tính chất vật liệu bán dẫn, tổng quan kết công bố quốc tế ảnh hưởng xạ lượng cao lên tính chất quang vật liệu bán dẫn Phần 2- Thực nghiệm: Phương pháp chế tạo, trình chiếu xạ gamma, phương pháp phân tích thực luận văn Phần 3- Kết thảo luận: Trình bày kết thu mẫu trước chiếu xạ mẫu sau chiếu xạ gamma, so sánh mức độ ảnh hưởng mẫu CdSe với mẫu CdSe/CdS lõi/vỏ Với kết thu luận văn tập trung thảo luận đến hiệu ứng thu được: Hiệu ứng dịch đỉnh hấp thụ huỳnh quang chấm lượng tử sau chiếu xạ gamma, ảnh hưởng thời gian lên tính chất chấm lượng tử dịch đỉnh hấp thụ huỳnh quang phía lượng cao theo thời gian hiệu ứng phục hồi cường độ huỳnh quang theo thời gian chấm lượng tử sau chiếu xạ gamma Chương 1- TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu bán dẫn cấu trúc nano Từ cuối kỷ XX đến nay, chứng kiến phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật đặc biệt vật liệu nano Các nghiên cứu vật liệu kích thước nano, tính chất chúng trở nên ưu việt có nhiều tính chất mà có vật liệu nano có Khi dạng vật liệu khối (3D) tính chất vật liệu không thay đổi phụ thuộc vào hình dạng tồn vật liệu Khi dạng nano, bước sóng điện tử so sánh với bước sóng De Broglie hạt, điện tử bị giới hạn chuyển động truyền sóng, gây hiệu tượng hạt bị giam giữ dẫn đến bị lượng tử hóa hàm sóng lượng Tùy vào chiều giam giữ mà vật liệu nano chia vật liệu giam giữ chiều (2D - giếng lượng tử), vật liệu hai chiều giam giữ (1D - dây lượng tử), vật liệu ba chiều giam giữ (0D - chấm lượng tử)(2) Vật liệu 3D vật liệu không giới hạn kích thước, có phổ lượng điện tử liên tục chuyển động điện tử gần tự Đại diện vật liệu bán dẫn khối Vật liệu 2D vật liệu có giới hạn kích thước chiều Ở loại vật liệu chuyển động điện tử bị giới hạn theo chiều có kích thước cỡ bước sóng De Broglie, chuyển động điện tử gần tự theo hai chiều lại Phổ lượng bị lượng tử theo chiều bị giới hạn Điển hình giếng lượng tử, siêu mạng, màng mỏng nano bán dẫn Vật liệu 1D vật liệu có giới hạn kích thước hai chiều Ở loại vật liệu này, điện tử bị giới hạn kích thước hai chiều nên có chuyển động tự dọc theo chiều lại Các loại vật liệu điển hình vật liệu dây lượng tử, ống nano bán dẫn, cột nano bán dẫn Vật liệu 0D vật liệu bị giới hạn kích thước ba chiều trường hợp phổ lượng hình thành mức lượng gián đoạn theo ba chiều không gian Loại vật liệu tiêu biểu chấm lượng tử Hình 1.1 Sự giam giữ lượng tử dẫn đến thay đổi cấu trúc lượng độ rộng vùng cấm từ vật liệu khối 3D sang vật liệu nano 2D, 1D 0D 1.2 Tính chất hấp thụ Đặc trưng tính chất hấp thụ thể qua hệ số hấp thụ α vật liệu, tuân theo định lý Lamber Beer:  Trong đó: (1  R) I T ln d IT (1.1) - d độ dày ánh sáng kích thích truyền qua - R hệ số phản xạ vật liệu - IT1 cường độ ánh sáng tới - IT2 cường độ ánh sáng truyền qua Quá trình hấp thụ ánh sáng điện tử trạng thái lên trạng thái kích thích mà cấu trúc vùng lượng định tính đối xứng  hàm sóng điểm k0 vùng Brillioun(1,4,7) (a) (b) Hình 1.2 Cấu trúc vùng lượng trạng thái kích thích điện tử chuyển mức vùng-vùng (thẳng); 1a - chuyển mức vùng vùng (nghiêng); - điện tử vùng dẫn; 2a - lỗ trống vùng hoá trị; 2b, 2c, 2d - lỗ trống vùng cho phép; - điện tử lên vùng dẫn từ tạp donor; 3b - lỗ trống lên tạp donor; 3a - lỗ trống lên tạp acceptor; 3c - điện tử lên vùng dẫn từ tạp acceptor; - điện tử chuyển mức tạp chất(2) Trong hình 1.2 số chuyển dời hấp thụ quang, tùy thuộc tính đối xứng nguồn gốc mức lượng mà phân thành chế sau(2): - Hấp thụ 1, 1a: liên quan đến trạng thái lượng phép, hấp thụ có hai dạng hấp thụ Hấp thụ chuyển mức thẳng: hấp thụ liên quan đến  chuyển dời điện tử hai mức lượng cho giá trị chuẩn xung lượng P0  hay véc tơ sóng k0  Và hấp thụ nghiêng: cực tiểu cực đại vùng hóa trị không  k nằm điểm vùng Brillioun hay  - Hấp thụ liên quan chuyển dời điện tử lỗ trống vùng, chuyển dời điện tử lên trạng thái lượng cao vùng dẫn lỗ trống vùng hóa trị, 2, 2a, 2b, 2c, 2d - Hấp thụ liên quan đến chuyển dời mức tạp chất donor acceptor điện tử lõ trống, 3, 3a, 3b 3c - Điện tử chuyển mức tạp chất acceptor lên donor (4) - Chuyển dời liên quan đến trạng thái exiton, liên kết điện tử lỗ trống, 5a Mối liên hệ độ rộng vùng cấm hệ số hấp thụ tính toán lý thuyết với biểu thức sau: Với hấp thụ chuyển mức thẳng phép: α ( hν )  A( hν  E g ) (1.2) hν Với hấp thụ chuyển mức thẳng bị cấm:  (h )  A(h  E g ) (1.3) Tron A A’ số Dựa vào biểu thức 1.2 1.3 tính độ rộng vùng cấm chất bán dẫn dựa vào hệ số hấp thụ α: aa (a) (b) Hình 1.3 Xác đinh độ rộng vùng cấm Eg dựa vào hệ số hấp thụ α theo loại chuyển mức, (a) chuyển mức thẳng phụ thuộc theo α2 (b) chuyển mức nghiên phụ thuộc theo α3/2 1.3 Tính chất phát quang Dưới tác dụng trường ngoài, ánh sáng phát từ vật có đặc trưng khác nhau, ánh sáng ánh sáng phát quang vật, ánh sáng tán xạ, ánh sáng phản xạ từ bề mặt vật hay ánh sáng vật cháy phát Hiện tượng phát quang có đặc điểm riêng: - Hiện tượng phát quang tượng phát ánh sáng lạnh vật đốt cháy sáng - Muốn phát quang vật chất phải trạng thái không cân nhiệt động - Bước sóng ánh sáng phát khác bước sóng ánh sáng kích thích - Thời gian phát quang lớn chu kỳ dao động ánh sáng Để phân loại loại phát quang, người ta dựa vào thời gian sống điện tử trạng thái kích thích - Nếu thời gian sống  nhỏ 10-1 s phát quang gọi huỳnh quang Cũng hiểu huỳnh quang phát quang thời gian mẫu bị kích thích - Nếu phát quang kéo dài sau ngừng kích thích, thời gian sống  vào khoảng từ 10-1 s đến tháng phát quang gọi lân quang Vật liệu bán dẫn thường phát huỳnh quang Để hiểu chế phát quang, cần xét đến chế tái hợp cặp điện tử - lỗ trống: Một số chế phát quang điển hình vật liệu bán dẫn(2): - Tái hợp vùng vùng: Tương tự chế hấp thụ có hai chế tái hợp chuyển mức thẳng tái hợp chuyển mức nghiêng - Tái hợp exciton: Các mức lượng exciton tương tự mức lượng nguyên tử H, chúng tồn điểm khác biệt Exciton tồn trạng thái lượng với n = thời gian ngắn Exciton chuyển động tinh thể Khi xạ lượng tử ánh sáng, exciton biến Có ba loại tái hợp exciton tái hợp exciton tự do, tái hợp exciton liên kết, tái hợp exciton phân tử [...]... Việc nghiên cứu đánh giá cần phải xem xét ở nhiều mức độ và khía cạnh, vì vậy bước đầu với điều kiện sẵn có chúng tôi lựa chọn nghiên cứu ảnh hưởng bức xạ gamma tới sự thay đổi tính chất quang của chấm lượng tử CdSe, một loại vật liệu nano điển hình mang đặc trưng về tính chất quang học Và để so sánh mức độ ảnh hưởng của bức xạ gamma, luận văn đã nghiên cứu chấm lượng tử CdSe đơn thuần và chấm lượng tử. .. được của mẫu trước khi chiếu xạ và mẫu sau khi chiếu xạ gamma, so sánh mức độ ảnh hưởng của mẫu CdSe với mẫu CdSe/ CdS lõi/vỏ Với kết quả thu được luận văn tập trung thảo luận đến các hiệu ứng thu được: Hiệu ứng dịch đỉnh hấp thụ và huỳnh quang của chấm lượng tử sau khi chiếu bức xạ gamma, ảnh hưởng của thời gian lên tính chất của chấm lượng tử như dịch đỉnh hấp thụ và huỳnh quang về phía năng lượng. .. chấm lượng tử mẫu CdSe và CdSe/ CdS lõi/vỏ so sánh với các liều chiếu xạ gamma khác nhau 47 Hình 3.11 Đỉnh huỳnh quang của chấm lượng tử sau khi chiếu xạ gamma tiếp tục dịch về phía năng lượng cao theo thời gian (a) chấm lượng tử CdSe và (b) chấm lượng tử CdSe/ CdS lõi/vỏ 49 Hình 3.12 Mẫu chấm lượng tử CdSe và CdSe/ CdS lõi/vỏ cùng liều chiếu là 5kGy, cường độ huỳnh quang phục hồi một... vật liệu bán dẫn và vật liệu nano bán dẫn, những yếu tố ảnh hưởng của trường ngoài như nhiệt độ, áp suất, điện trường và từ trường lên tính chất của vật liệu bán dẫn, tổng quan các kết quả công bố quốc tế về ảnh hưởng của bức xạ năng lượng cao lên tính chất quang của vật liệu bán dẫn Phần 2- Thực nghiệm: Phương pháp chế tạo, quá trình chiếu bức xạ gamma, và các phương pháp phân tích thực hiện trong luận... thông số vật lý của mẫu chấm lượng tử CdSe (lõi) và CdSe/ CdS (lõi/vỏ) 41 Bảng 3.2 Năng lượng đỉnh hấp thụ và đỉnh huỳnh quang của mẫu CdSe và CdSe/ CdS lõi/vỏ với các liều chiếu gamma từ 0-10 kGy 43 Bảng 3.3 Thời gian sống trung bình của các mẫu CdSe và CdSe/ CdS lõi/vỏ sau khi chiếu xạ gamma 47 Bảng 3.4 Phần trăm diện tích cường độ đỉnh huỳnh quang của mẫu CdSe lõi hồi... lượng tử bọc vỏ CdSe/ CdS lõi/vỏ So sánh 1 ảnh hưởng của bức xạ gamma lên tính chất hấp thụ, huỳnh quang và thời gian sống điện tử trên các trạng thái kích thích, với dải liều chiếu xạ từ 1, 3, 5, 7, 10 kGy Luận văn được trình bày làm ba phần chính : Phần 1 - Tổng quan : Giới thiệu về vật liệu nano, tính chất cơ bản về cấu trúc tinh thể, cấu trúc vùng năng lượng, tính chất quang học của vật liệu bán... và chấm lượng tử CdSe/ CdS lõi/vỏ 40 Hình 3.5 Phổ hấp thụ - huỳnh quang của mẫu lõi CdSe (a), Đỉnh phổ huỳnh quang dịch về phía năng lượng cao theo liều hấp thụ gamma (b) 42 iii Hình 3.6 Phổ hấp thụ - huỳnh quang của mẫu CdSe/ CdS lõi/vỏ (a), Đỉnh phổ huỳnh quang dịch về phía năng lượng cao theo liều hấp thụ gamma (b) 43 Hình 3.7 Năng lượng hấp thụ và đỉnh huỳnh quang dịch về năng lượng. .. hàm của liều hấp thụ gamma 44 Hình 3.8 Cường độ huỳnh quang suy giảm theo liều hấp thụ gamma, (a) mẫu lõi CdSe và (b) mẫu lõi/vỏ CdSe/ CdS 45 Hình 3.9 Tích phân diện tích cường độ huỳnh quang chuẩn hóa suy giảm theo liều hấp thụ gamma của hai loạt mẫu lõi CdSe và CdSe/ CdS lõi/vỏ sau khi chiếu xạ gamma 46 Hình 3.10 Huỳnh quang phân giải thời gian của chấm lượng tử. ..Hình 1.12 Phổ phát xạ huỳnh quang của LED 445nm InGaN/GaN trước và sau khi chiếu bức xạ proton năng lượng 40MeV, liều chiếu 5.109 và 5.1010 cm-2 (21) 19 Hình 1.13 (a) Đỉnh huỳnh quang của chấm lượng tử CdSe/ ZnS suy giảm theo liều chiếu, (b) Thay đổi vị trí huỳnh quang sau khi chiếu bức xạ gamma (662keV)(18) 20 Hình 1.14 Khảo sát theo thời gian của LED InGaN/GaN, (trái) đo dòng điện... tạo CdSe, 1- bếp gia nhiệt có khuấy từ, 2- nồi đựng cát truyền nhiệt, 3- bình ba cổ diễn ra phản ứng, 4- ống dẫn khí Nitơ, 5- nhiệt kế thủy ngân, 6- xylanh bơm tiền chất phản ứng 36 Hình 3.2 Sơ đồ bọc vỏ CdS cho chấm lượng tử CdSe 38 Hình 3.3 Ảnh vi hình thái TEM của mẩu (a) CdSe và (b) mẫu CdSe/ CdS 39 Hình 3.4 Phổ huỳnh quang (nét đứt) và phổ hấp thụ của mẫu chấm lượng tử CdSe