Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu quang tử nano Si, Ge
Khoa học Vật liệu
Luận án tập trung nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu quang tử nano Silic (Si) và Gemani (Ge), hai vật liệu bán dẫn cơ sở cho ngành công nghiệp vi điện tử hiện đại. Si và Ge nổi bật nhờ độ phổ biến, không độc, dễ chế tác. Trong bối cảnh cách mạng khoa học 4.0, vật liệu nano Si, Ge vẫn là đối tượng nghiên cứu ưu tiên do tiềm năng phát quang mạnh, vùng cấm thích hợp cho pin mặt trời hiệu suất cao, và khả năng giải quyết các hạn chế công nghệ vi điện tử hiện nay. Nghiên cứu trong nước về lĩnh vực này còn tồn tại nhiều hạn chế, đòi hỏi các phương pháp chế tạo khả thi được áp dụng.
Mục tiêu chính của luận án là chế tạo thành công vật liệu quang tử nano Si và Ge với hình thái và cấu trúc nano mong muốn (hạt, dây, thanh nano) bằng các công nghệ khả thi tại Đại học Bách khoa Hà Nội. Đồng thời, làm rõ ảnh hưởng của các tham số chế tạo tới cấu trúc và hình thái, sự liên hệ giữa cấu trúc vùng năng lượng và tính chất quang, và khảo sát các yếu tố khác ảnh hưởng đến vùng cấm của quang tử nano Si, Ge, như ứng suất, sai hỏng bề mặt, và tạp chất.
Các phương pháp chế tạo được lựa chọn bao gồm: bốc bay nhiệt theo cơ chế VLS (Vapor - Liquid - Solid), ăn mòn hóa học có hỗ trợ kim loại (MACE), và đồng phún xạ. Các vật liệu chế tạo được khảo sát chi tiết về hình thái cấu trúc bằng phương pháp phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ tán xạ Raman, phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS), hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HR-TEM), hiển vi điện tử quét (SEM); và về cấu trúc vùng năng lượng, tính chất quang bằng phổ huỳnh quang (PL), phổ kích thích huỳnh quang, phổ hấp thụ huỳnh quang, phổ tán xạ Raman và phổ hấp thụ cảm ứng TIA.
Luận án đã đạt được các kết quả quan trọng: chế tạo thành công dây nano Si bằng bốc bay nhiệt với dải phát quang hồng ngoại (600-900 nm) liên quan đến cấu trúc nano Si và lớp SiOx; chế tạo dây nano Si bằng ăn mòn hóa học với bề mặt xốp, hình thành Si-NCs và cường độ phát quang mạnh ở mẫu Si p⁺; và chế tạo thành công nano Ge trên nền SiO2 bằng đồng phún xạ, với phổ tán xạ Raman dịch đỉnh so với vật liệu khối, đặc trưng cho ứng suất lớp tiếp giáp. Các kết quả này đã được công bố trong 10 công trình khoa học, bao gồm 3 bài báo quốc tế ISI. Nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, góp phần vào sự phát triển các loại linh kiện quang điện tử tiên tiến, giảm thiểu tác động môi trường và mở rộng khả năng ứng dụng công nghệ.