- Trang Chủ
- Hoá học
- Nghiên cứu tính chất quang của các cấu trúc dạng đai ZnS pha tạp Mn2+ chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt
Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC CẤU TRÚC
DẠNG ĐAI ZnS PHA TẠP Mn2+ CHẾ TẠO
BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT
Nguyễn Văn Nghĩa
Trường Đại học Thủy lợi, email: nghiangvan@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
II VI
ZnS là các bán dẫn thuộc nhóm A B có
vùng cấm thẳng, độ rộng vùng cấm lớn (~3,7
eV), năng lượng liên kết exciton lớn (~39
meV) [1]. Với những đặc điểm đó, ZnS thích
hợp cho ứng dụng chế tạo các linh kiện điện
tử như đi-ốt phát xạ tử ngoại, màn hình hiển
thị, cảm biến [1]. Trong phổ huỳnh quang của
các cấu trúc ZnS thường xuất hiện dải phát xạ
xanh lục và xanh lam; khi pha tạp Mn2+, dải
phát quang vàng cam thường xuất hiện do
chuyển mức 4T1 - 6A1 của ion này [1-2]. Nhờ
vào việc xuất hiện các dải phát xạ mới mà
tiềm năng ứng dụng của ZnS được mở rộng
hơn, nhất là trong việc chế tạo các đi-ốt phát
ánh sáng trắng. Trong bài báo này, chúng tôi
pha tạp Mn2+ vào các cấu trúc ZnS đồng thời
nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ ion Mn2+
lên tính chất quang của các cấu trúc thu được.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Các mẫu ZnS và ZnS pha tạp Mn2+ được
chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt, sử
dụng tiền chất là muối MnCl2.4H2O và bột
ZnS (Sigma Aldrich 97,5%) với các tỉ lệ mol
lần lượt là 0:1, 0,25:1, 0,4:1 và 1:1. Các đế
lắng đọng vật liệu là silic phủ lớp vàng dày
10 nm. Thí nghiệm tiến hành trong lò ống
nằm ngang sử dụng Ar làm khí mang. Nhiệt
độ tâm lò được đặt ở 1100 oC, thời gian bốc
bay 30 phút, lưu lượng khí Ar 100 cm3/phút,
tốc độ gia nhiệt 10 oC/phút. Các phép đo đạc
và phân tích đặc điểm cũng như tính chất của
các mẫu chế tạo được sử dụng gồm SEM, Hình 1. Ảnh SEM và phổ EDS
EDS, XRD và PL. của các cấu trúc ZnS pha tạp Mn2+
579
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
Ảnh SEM (các hình chèn trong Hình 1) đến các nút khuyết O [1],[4]. Khi tăng dần tỉ
cho thấy các cấu trúc có dạng đai với bề rộng lệ pha tạp, dải phát xạ tử ngoại có cường độ
cỡ μm. Trong khi bề mặt của các đai không giảm xuống và gần như bị dập tắt ở tỉ lệ 1:1,
pha tạp là nhẵn thì bề mặt của các đai pha tạp điều đó chứng tỏ chất lượng kết tinh của ZnS,
trở nên gồ ghề và bị nhám. Thành phần ZnO bị suy giảm theo tỉ lệ tiền chất pha tạp.
nguyên tử của các đai xác định từ phổ EDS
(Hình 1) cho thấy tỉ lệ Mn tăng dần khi tăng
nồng độ tiền chất pha tạp là muối MnCl2.
Hình 3. Phổ huỳnh quang của các đai
Ở tỉ lệ pha tạp 0,25:1, trong vùng nhìn thấy
Hình 2. Giản đồ XRD của các đai bị tách thành hai dải phát xạ, một dải xanh
Để xác định pha tinh thể có trong các đai, lam có đỉnh ở 452 nm thường do các nút
giản đồ nhiễu xạ tia X được tiến hành đo khuyết Zn hoặc Zn điền kẽ [1], dải xanh lục
(Hình 2), kết quả cho thấy tồn tại đồng thời còn lại xung quanh 518 nm thường do các nút
hai pha ZnS và ZnO cấu trúc lục giác trên các khuyết O [4]. Tiếp tục tăng tỉ lệ tiền chất tạp
đai chưa pha tạp (phù hợp với các thẻ chuẩn lên đến 0,4:1, hai dải phát xạ này đều có
tương ứng JCPDS số 36-1450 và 36-1451). cường độ giảm, đồng thời xuất hiện dải vàng -
Khi tăng dần tỉ lệ mol của tiền chất MnCl2, cam ở 574 nm đặc trưng cho chuyển mức 4T1
pha ZnO có xu thế biến mất. Ở tỉ lệ pha tạp - 6A1 của ion Mn2+ [2]. Ở tỉ lệ pha tạp 1:1, dải
từ 0,4:1 trở lên chỉ còn pha ZnS cấu trúc lục phát xạ xanh lục gần như bị dập tắt hoàn toàn,
giác. Nguyên nhân có thể do khi pha tạp Mn, đồng thời dải phát xạ vàng - cam có cường độ
pha ZnO kết tinh kém hơn nên không xuất tăng mạnh. Trong phổ huỳnh quang chỉ còn
hiện các đỉnh nhiễu xạ ứng với pha này. dải này và dải phát xạ lam. Việc xuất hiện dải
Để nghiên cứu tính chất quang của các đai vàng cam có cường độ mạnh cùng với các dải
thu được, phổ huỳnh quang được tiến hành lục và lam mở ra triển vọng ứng dụng của vật
đo ở nhiệt độ phòng. Hình 3 biểu diễn kết liệu ZnS và ZnS pha tạp Mn trong việc chế
quả đo phổ huỳnh quang của các mẫu thu tạo đi-ốt phát ánh sáng trắng.
được. Với mẫu không pha tạp, tồn tại đồng
4. KẾT LUẬN
thời hai dải phát xạ chính, dải phát xạ tử
ngoại do chuyển mức vùng - vùng đặc trưng Trong bài báo này, chúng tôi đã trình bày
của các cấu trúc ZnS, ZnO và chỉ xuất hiện ở kết quả chế tạo các cấu trúc dạng đai ZnS và
các mẫu có chất lượng kết tinh tốt [3], dải ZnS pha tạp Mn2+ bằng phương pháp bốc bay
phát xạ xanh lục trong vùng ánh sáng nhìn nhiệt. Kết quả nghiên cứu cho thấy thành
thấy có tâm ở 493 nm có thể do các nút phần và pha của các đai chế tạo được chứa
khuyết S, S dư trên bề mặt hoặc liên quan các nguyên tố của tiền chất. Phổ huỳnh quang
580
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8
của các đai này trong vùng nhìn thấy có các [2] P. F. Smet, K. W. Meert, and D. Poelman,
dải lam, lục và vàng cam. Dải vàng cam có “Excitation energy dependence of the life
cường độ tăng dần khi tăng tỉ lệ tiền chất pha time of orange emission from Mn- doped
tạp. Các dải phát xạ của các cấu trúc thu được ZnS nanocrystals,” J. Lumin., vol. 199, no.
mở ra tiềm năng ứng dụng của vật liệu ZnS February, pp. 39–44, 2018.
[3] Y. Chang, M. Wang, X. Chen, S. Ni, and
và ZnS pha tạp Mn trong việc chế tạo các
W. Qiang, “Field emission and
linh kiện quang điện tử như đi-ốt phát ánh photoluminescence characteristics of ZnS
sáng trắng. nanowires via vapor phase growth,” Solid
State Commun., vol. 142, no. 5, pp. 295–
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO 298, 2007.
[1] X. Fang et al., “ZnS nanostructures: From [4] D. Q. Trung, N. Tu, N. D. Hung, and P. T.
synthesis to applications,” Prog. Mater. Huy, “Probing the origin of green emission
Sci., vol. 56, no. 2, pp. 175–287, 2011. in 1D ZnS nanostructures,” J. Lumin., vol.
169, pp. 165–172, 2016.
581
nguon tai.lieu . vn
