Tên luận án:
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA CẤU TRÚC MỘT CHIỀU ZnS CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT
Ngành:
Khoa học vật liệu
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tập trung nghiên cứu tính chất quang của cấu trúc một chiều ZnS được chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt. Đề tài giải quyết các vấn đề còn tồn tại trong nghiên cứu trước đây như ảnh hưởng của lớp SiO2 lên tính chất quang của ZnS, cường độ phát quang yếu hoặc không quan sát được của các cấu trúc ZnS chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt, cơ chế tăng cường phát huỳnh quang và phát laze của vật liệu lai hóa ZnS-ZnO, cùng với ảnh hưởng của các ion kim loại chuyển tiếp lên sự phát quang do sai hỏng trong mạng nền ZnS.
Các nhiệm vụ nghiên cứu chính bao gồm chế tạo thành công vật liệu ZnS cấu trúc thấp chiều bằng phương pháp bốc bay nhiệt trên đế Si và Si/SiO2, tạo ra các cấu trúc ZnS có phát quang mạnh do chuyển tiếp gần bờ vùng và khảo sát ảnh hưởng của đế. Luận án cũng chế tạo các cấu trúc ZnS lai hóa với ZnO để nghiên cứu sự tăng cường phát quang và phát laze, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của các ion kim loại chuyển tiếp Mn2+, Cu2+ khi pha tạp vào mạng nền ZnS lên sự phát quang của các tâm phát quang.
Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc hoàn thiện quy trình công nghệ chế tạo ZnS cấu trúc thấp chiều cho phát quang mạnh do chuyển tiếp gần bờ vùng, chỉ ra ảnh hưởng của lớp SiO2 trên đế Si đến cấu trúc, thành phần, pha và tính chất quang của ZnS. Luận án cũng khảo sát tính chất quang của các cấu trúc lai hóa ZnS-ZnO, làm rõ vai trò của ZnS trong việc tăng cường huỳnh quang và phát laze của ZnO, và chỉ ra vai trò của các ion tạp Mn2+, Cu2+ trong việc tách các phát xạ do sai hỏng của mạng nền ZnS.
Kết quả nghiên cứu đã chế tạo thành công các đai ZnS trên đế Si có và không có lớp SiO2, tối ưu hóa các điều kiện chế tạo để thu được cấu trúc một chiều ZnS dạng đai và dây đơn pha với phát quang mạnh ở 340 nm. Luận án cũng thành công trong việc chế tạo và nghiên cứu các đai micro ZnS-ZnO lai hóa, chứng minh ZnO được tăng cường huỳnh quang từ ZnS với ngưỡng phát laze thấp (10 mW/cm²), mở rộng tiềm năng ứng dụng quang điện tử. Ngoài ra, việc pha tạp các ion Mn2+ và Cu2+ vào mạng nền ZnS đã tác động đến sự hình thành sai hỏng và tạp ôxy, dập tắt các phát quang liên quan đến sai hỏng do ôxy và làm tách các đỉnh phát xạ do sai hỏng của mạng nền ZnS.
Mục lục chi tiết:
-
MỞ ĐẦU
- 1. Lý do chọn đề tài
- 2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- 3. Phương pháp nghiên cứu
- 4. Ý nghĩa khoa học của đề tài
- 5. Những đóng góp mới của luận án
- 6. Bố cục của luận án
-
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CẤU TRÚC THẤP CHIỀU ZnS
- 1.1. Giới thiệu chung về vật liệu ZnS
- 1.2. Các phương pháp chế tạo các cấu trúc thấp chiều ZnS
- 1.2.1. Các phương pháp hóa học
- 1.2.2. Các phương pháp vật lý
- 1.2.3. Cơ chế mọc của các cấu trúc thấp chiều chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt
- 1.2.3.1. Cơ chế hơi-lỏng-rắn (VLS)
- 1.2.3.2. Cơ chế hơi – rắn
- 1.3. Tính chất quang của các cấu trúc thấp chiều ZnS
- 1.3.1. Phát xạ vùng - vùng của các cấu trúc thấp chiều ZnS
- 1.3.2. Các phát xạ trong vùng nhìn thấy của các cấu trúc thấp chiều ZnS
- 1.4. Tính chất quang của các cấu trúc nano lai hóa giữa ZnS với ZnO
- 1.5. Tính chất quang của các cấu trúc thấp chiều ZnS pha tạp kim loại chuyển tiếp
- 1.6. Kết luận chương 1
-
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU
- 2.1. Phương pháp bốc bay nhiệt
- 2.2. Phương pháp đo phổ huỳnh quang (PL) và phổ kích thích huỳnh quang (PLE)
- 2.3. Phương pháp đo phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
- 2.4. Phương pháp đo phổ tán xạ Raman
- 2.5. Phương pháp chụp ảnh nhờ kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
- 2.6. Phương pháp chụp ảnh nhờ kính hiển vi điện tử quét (SEM)
- 2.7. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS)
- 2.8. Kết luận chương 2
-
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN CHẾ TẠO LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA CẤU TRÚC THẤP CHIỀU ZnS
- 3.1. Đặt vấn đề
- 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của lớp SiO2 trên đế silic lên hình thái, thành phần, cấu trúc và tính chất huỳnh quang của ZnS
- 3.2.1. Các thông số thí nghiệm
- 3.2.2. Hình thái và thành phần của các cấu trúc nuôi trên các đế Si và SiO2
- 3.2.3. Nghiên cứu pha của các đai micro mọc trên các đế Si và Si/SiO2
- 3.2.4. Tính chất quang của các đai ZnS chế tạo trên đế Si và Si/SiO2
- 3.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ đế và khoảng cách bốc bay lên hình thái, cấu trúc và tính chất quang của cấu trúc thấp chiều ZnS
- 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ bốc bay tại một vị trí đặt đế lên tính chất quang của các cấu trúc ZnS
- 3.5. Ảnh hưởng của thời gian bốc bay lên tính chất huỳnh quang của các cấu trúc ZnS
- 3.6. Khảo sát các cấu trúc dạng đai và dây ZnS cho phát xạ mạnh do chuyển mức vùng-vùng
- 3.6. Kết luận chương 3
-
CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU SỰ TĂNG CƯỜNG HUỲNH QUANG VÀ PHÁT XẠ LAZE CỦA CẤU TRÚC LAI HÓA ZnS-ZnO
- 4.1. Đặt vấn đề
- 4.2. Các thông số thí nghiệm
- 4.3. Pha của các đai micro ZnS-ZnO chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt
- 4.4. Hình thái và thành phần của các đai micro ZnS-ZnO
- 4.5. Liên kết giữa các nguyên tố trong các đai ZnS-ZnO
- 4.6. Tính chất quang của các đai micro ZnS-ZnO
- 4.7. Kết luận chương 4
-
CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ION Mn2+ VÀ Cu2+ LÊN CÁC PHÁT QUANG DO SAI HỎNG TRONG MẠNG NỀN ZnS
- 5.1. Đặt vấn đề
- 5.2. Các thông số thí nghiệm
- 5.3. Hình thái và thành phần của các cấu trúc ZnS:Mn và ZnS:Cu
- 5.4. Pha và thành phần của các đai micro ZnS không pha tạp và pha tạp Mn và Cu
- 5.5. Ảnh hưởng của Mn và Cu lên tính chất quang của các đai micro ZnS
- 5.6. Kết luận chương 5