hế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu tổ hợp Nano CdSe, PMMA

Một trong những biểu hiện rõ nhất của hiệu ứng lượng tử xảy ra trong các chấm lượng tử là sự mở rộng vùng cấm của chất bán dẫn tăng dần lên khi kích thước của hạt giảm đi và quan sát đượ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN QUỐC KHÁNH

CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA

VẬT LIỆU TỔ HỢP NANO CdSe/PMMA

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO

HÀ NỘI – 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN QUỐC KHÁNH

CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG CỦA

VẬT LIỆU TỔ HỢP NANO CdSe/PMMA

Chuyên ngành : Vật liệu và linh kiện nano

Mã số : Chuyên ngành đào tạo thí điểm

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Nguyễn Kiên Cường

HÀ NỘI - 2012

MỤC LỤC

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các từ viết tắt

Danh mục các hình vẽ

Mở đầu 01

Chương I Chấm lượng tử, các tính chất và ứng dụng 03

1.1 Giới thiệu chung về chấm lượng tử 03

1.2 Các tính chất của chấm lượng tử 10

1.2.1 Tính chất quang 10

1.2.2 Các dịch chuyển trong nội vùng mới 12

1.2.3 Sự tăng lực giao động tử 13

1.2.5 Hiệu ứng Stark giam lượng tử 14

1.3 Chế tạo chấm lượng tử 14

1.3.2 Phương pháp Thiol 17

1.3.3 Phương pháp chế tạo chấm lượng tử TOP/TOPO 19

1.4 Ứng dụng của chấm lượng tử 21

1.4.1 Điốt phát quang hiệu xuất cao 21

1.4.2 Pin quang hóa (Pin mặt trời) 22

1.4.3 Đánh dấu huỳnh quang sinh học 24

1.4.4 Chế tạo thiết bị phát quang 25

1.4.5 Phốt pho hồng ngoại 27

1.4.6 Hạt nano kim loại vàng: plasmon và sự phát huỳnh quang, ứng dụng trong công nghệ truyền thông và chế tạo các thiết bị quang tử 27

1.5 PMMA polyme 29

Chương III - Các phương pháp nghiên cứu và đánh giá 32

2.1 Phương pháp quay phủ (spin coating) 32

2.2 Tạo màng bằng phương pháp bốc bay nhiệt chân không 33

2.3 Chụp ảnh bề mặt (SEM) 34

2.4 Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis 35

2.5 Phương pháp đo phổ quang – huỳnh quang (PL) 36

2.6 Đo đặc trưng I-V của linh kiện 37

2.7 Phép đo phổ hồng ngoại FTIR 37

Chương IV - Kết quả nghiên cứu và thảo luận 39

3.1 Chế tạo chấm lượng tử cdse 39

3.2 Chế tạo màng tổ hợp nano CdSe/PMMA 41

3.3 Phân bố chấm lượng tử CdSe nc-PMMA trong PMMA polymer 41

3.4 Phép đo FT-IR 42

3.5 Phép đo I-V 43

3.6 Phổ hấp thụ của chấm lượng tử và vật liệu tổ hợp nano 48

3.7 Kết quả đo huỳnh quang 47

3.8 Phép đo điện quang 49

KẾT LUẬN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 (a) Năng lượng của điện tử tự do phụ thuộc vào véctơ sóng theo hàm

parabol; (b) Mật độ trạng thái tính theo năng lượng đối với điện tử tự do

Hình 1.2 (a) Năng lượng của điện tử tự do phụ thuộc vào véc tơ sóng , x y k k

theo hàm parabol; năng lượng của điện tử chỉ có thể nhận các giá trị gián

đoạn ứng với n z = 1,2…(theo phương z ) (b) Mật độ trạng thái g2d (E) hệ hai

chiều

Hình 1.3 (a) Trong phạm vi một đường, phân bố trạng thái là liên tục, vì

∆kx→0 Tuy nhiên, sự phân bố các đường lại có tính gián đoạn, bởi vì dọc theo

các trục k y và k z chỉ tồn tại các giá trị năng lượng gián đoạn (b) Mật độ trạng thái g 1d (E) trong phạm vi một đường dọc theo trục k x tỷ lệ với E -1/2 Mỗi đường

hypecbol trên hình tương ứng với một trạng thái( k y ,k z ) riêng biệt

Hình 1.4 (a) Vật rắn bị co lại trong cả ba chiều (b) Vì hiệu ứng giam giữ, tất

cả các trạng thái đều là gián đoạn và được biểu diễn bằng các điểm trong không gian k ba chiều (c) Chỉ có các mức năng lượng gián đoạn là đươc phép (d) Mật độ trạng thái 0d g 0d (E) dọc theo một chiều

Hình 1.5 Sự giam giữ lượng tử dẫn đến sự thay đổi các mức năng lượng và mật

độ các trạng thái từ tinh thể bán dẫn khối tới giếng lượng tử, dây lượng tử và chấm lượng tử

Hình 1.6 Bước sóng phát xạ của chấm lượng tử CdSe thay đổi bởi kích thước

của hạt nano và thành phần

Hình 1.7 Phát xạ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdSe với kích thước

khác nhau và lớp bên ngoài khác nhau

Hình 1.8 Kích thước hạt CdSe giảm từ 5,5 nm đến 2,3 nm (từ phải sang trái)

khiến sự phát huỳnh quang của dung dịch nước thay đổi từ màu đỏ đến màu xanh bao phủ toàn bộ phổ ánh sáng thấy được

Hình 1.9 Phổ phát xạ của các chấm lượng tử kích thước khác nhau

Hình 1.10 Đèn phát huỳnh quang màu xanh (trái) và màu trắng (phải) được

chế tạo tại Sandia National Laboratories (Hoa Kỳ)

Hình 1.11 Phổ hấp thụ và phát xạ của các chấm lượng tử CdS

Hình 1.12 Phổ hấp thụ của chấm lượng tử CdSe (sử dụng phương pháp

TOP/TOPO)

Hình 1.13 Phổ hấp thụ và phát xạ của CdS sols (polyphosphate preparation) Hình 1.14 (từ trái qua): dung dịch 1-thioglycerol, cấu trúc hóa học 2-mer-

captoethanol, cấu trúc hóa 1-mercapto-2propanol

Hình 1.15 phân tích phổ Raman của chấm lượng tử HgTe (phương pháp Thiol) Hình 1.16 ảnh HRTEM của chấm lượng tử HgTe

Hình 1.17 Chấm lượng tử CdSe

Hình 1.18 Mô hình LED chấm lượng tử CdSe/ZnSe/ZnS phát quang với hiệu

suất cao

Hình 1.19 Ảnh một LED chấm lượng tử phát ánh sáng trắng

Hình 1.20 Hình ảnh chấm lượng tử được nghiên cứu ứng dung trong

việc nâng cao hiệu suất chuyển hóa năng lượng pin mặt trời

Hình 1.21 Chấm lượng tử được đưa vào trong cơ thể chuột để đánh dấu

huỳnh quang

Hình 1.22 Chấm lượng tử CdSe có thể gắn với nhiều yếu tố sinh học để thực

hiện việc theo dõi và nghiên cứu các đối tượng

Hình 1.23 Ảnh chấm lượng tử nằm trong dung môi, phát ánh sáng trắng

dưới ánh sáng kích thích tử ngoại gần 380 nm

Hình 1.24 Sự thay đổi màu sắc của hạt nano vàng ở các kích thước khác nhau Hình 1.25 Sự phát huỳnh quang ánh sáng xanh của hạt nano vàng

Hình 1.26 Cấu trúc hóa học của PMMA

Hình 1.27 Dải truyền qua của PMPMMA

Hình 2.1 Giản đồ máy quay phủ li tâm

Hình 2.2 Hệ bốc bay tạo điện cực kim loại

Hình 2.3 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét SEM

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo quang phổ UV-VIS

Hình 2.5 Máy quang phổ huỳnh quang F-7000

Hình 3.1 Sơ đồ chế tạo chấm lượng tử CdSe bằng phương pháp phun nóng sử

dụng dung môi có nhiệt độ sôi cao

Hình 3.2 Ảnh FE-SEM của màng tổ hợp CdSe/PMMA Hình 3.3 Phổ FTIR của tổ hợp màng

Hình 3.4 Mẫu linh kiện đo IV

Hình 3.5 Đường đặc trưng IV của màng tổ hợp

Hình 3.6 Phổ hấp thụ của màng CdSe

Hình 3.7 Phổ hấp thụ của màng CdSe/PMMA

Hình 3.8 Phổ huỳnh quang của Cdse

Hình 3.9 Phổ huỳnh quang màng tổ hợp CdSe/PMMA Hình 3.10 Phổ phát quang của đèn led phủ vật liệu tổ hợp Hình 3.11 Đèn led được phủ màng CdSe/PMMA

Hình 3.12 Vật liệu dẫn quang

TEM Transmission Electron Microscopy

TOPO Tri-n-octylphosphine oixde

SEM Scanning Electric Microscopy

UV-Vis Ultraviolet- Visible

MỞ ĐẦU

Các nano tinh thể bán dẫn – Quantumdots (QDs) là những hạt tinh thể nhân tạo có kích thước cỡ 10-9m Hiện nay chúng được các nhà khoa học rất quan tâm bởi những tính chất đặc biệt được tạo ra bởi các hiệu ứng giam giữ lượng tử như các tính chất quang, tính chất điện và xúc tác quang hóa [18] Khi kích thước hạt giảm dần tới nano mét và tới bán kính Bohr thì độ rộng năng lượng vùng cấm được mở rộng ra và khi đó đỉnh của phổ hấp thụ dịch về phía bước sóng xanh và làm tăng đáng kể quá trình phát quang và các quá trình khác Hiện tượng này đóng vai trò to lớn trong việc ứng dụng các hạt nano tinh thể bán dẫn vào các linh kiện phát quang QD-LED, các sensor hóa học và sinh học, các chấm lượng tử và xúc tác quang hóa Chúng được ứng dụng để hướng tới sản xuất các linh kiện như diot phát sáng (LED), laser, các linh kiện trong máy tính lượng tử, các màn hình có độ phân giải cao, các linh kiện viễn thông như khuếch đại quang và dẫn sóng Trong công nghệ sinh học chúng được ứng dụng

để làm chất đánh dấu sinh học và hiện ảnh các tế bào (cellular imaging) [20] Khi các hạt nano bán dẫn được đính vào các phân tử dược phẩm chúng ta có thể theo dõi đường đi của dược phẩm đó nhờ quan sát màu sắc phát ra khi chiếu tia hồng ngoại vào những chỗ cần theo dõi Người ta có thể đính các hạt nano bán dẫn vào kháng thể để xem kháng thể bám vào protein nào của tế bào ung thư, để xem hóa chất truyền thông tin như thế nào ở tế bào dây thần kinh…

Ở Việt Nam việc nghiên cứu chế tạo các QDs cũng đã đạt được những thành công nhất định như đã tạo ra được các chấm lượng tử CdS, CdSe, ZnS…bằng nhiều các phương pháp khác nhau Trong đó QD CdSe đang được quan tâm nghiên cứu rất nhiều bởi tính chất quang rất hấp dẫn của nó và QD CdSe có rất nhiều tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực quang tử và sinh học

Sợi quang khuyếch đại polyme đang ngay càng được ứng dụng trong khuyếch đại tín hiệu quang với dải rộng hay được sử dụng trong các thiết bị quang tử khác

Chấm lượng tử nc-CdSe pha tạp trong Poly-Methyl-Meth-Acrylate tạo thành tổ hợp nano (nanocomposite) CdSe/PMMA có đặc tính mềm dẻo, khối lượng nhẹ và giá thành rẻ Tính chất hấp thụ và phát quang và khả năng ứng dụng truyền tín hiệu quang của tổ hợp nano là hướng nghiên cứu rất có triển vọng ở trong cũng như các nước trên thế giới

Chính vì vậy, đề tài: "Chế tạo và khảo sát tính chất quang của vật liệu tổ hợp nano CdSe/PMMA" được chọn là đề tài của luận văn

Luận văn gồm 3 chương:

Chương I: Tổng quan Về Chấm lượng tử và PMMA polyme Chương II: Các phương pháp nghiên cứu và đánh giá

Chương III: Kết quả và thảo luận

CHƯƠNG I - CHẤM LƯỢNG TỬ, CÁC TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG

1.1 Giới thiệu chung về chấm lượng tử

Trong những năm gần đây, vật liệu và linh kiện nano (có kích cỡ ở vào khoảng 1nm - 100 nm) đã và đang được đặc biệt quan tâm nghiên cứu do tầm quan trọng đối với những nghiên cứu khoa học cơ bản và những tiềm năng ứng dụng công nghệ của chúng Những vật liệu này thể hiện những tính chất vật lí và hoá học rất mới lạ, mà các tính chất đó không hề có trong các nguyên tử riêng biệt hay trong vật liệu khối có cùng thành phần hóa học Những vật liệu nano đó

có thể được định nghĩa là những hệ trong đó có ít nhất một chiều có kích cỡ nano mét Khi giảm đi một, hai hoặc ba chiều của vật liệu khối xuống kích thước nano mét, ta sẽ thu được các cấu trúc tương ứng gọi là giếng lượng tử - hai chiều (2D); dây lượng tử - một chiều (1D) và chấm lượng tử - không chiều (0D)

Trường hợp 3D (vật liệu khối): Khối tinh thể là một chất rắn 3 chiều dx,

dy, dz, có N điện tử Nếu bỏ qua tương tác giữa các điện tử cũng như giữa thế điện tử với thế tinh thể thì mô hình này được gọi là mô hình khí điện tử tự do 3 chiều [11] phổ năng lượng điện tử là liên tục và điện tử chuyển động gần như tự

do

Hình 1.1 (a) Năng lượng của điện tử tự do phụ thuộc vào véctơ sóng

theo hàm parabol; (b) Mật độ trạng thái tính theo năng lượng đối với

điện tử tự do [3]

Trường hợp 2D (giếng lượng tử): Là tinh thể rắn hai chiều có kích thước theo phương x, y dx, dy, lớn, có bề dày dz cỡ vài nm Các điện tử có thể di chuyển tự do trong mặt phẳng x – y, nhưng không thể di chuyển tự do theo phương z Hệ hai chiều này còn có tên gọi khác là khí điện tử hai chiều (2DEG:

2-Dimensional Electron Gas) [11] Trong hệ 2 chiều phổ năng lượng bị gián

đoạn theo chiều bị giới hạn

Hình 1.2 (a) Năng lượng của điện tử tự do phụ thuộc vào véc tơ sóng , x y k k

theo hàm parabol; năng lượng của điện tử chỉ có thể nhận các giá trị gián đoạn ứng với n z = 1,2…(theo phương z ) (b) Mật độ trạng thái g2d(E) hệ hai

chiều [11]

- Trường hợp 1D (dây lượng tử): điện tử bị giới hạn theo hai chiều, nó chuyển động tự do dọc theo chiều dài của dây Phổ năng lượng gián đoạn theo hai chiều trong không gian Hệ này còn gọi là hệ một chiều (1DES: 1 dimensional Electron System)

Hình 1.3 (a) Trong phạm vi một đường, phân bố trạng thái là liên tục, vì

∆kx→0 Tuy nhiên, sự phân bố các đường lại có tính gián đoạn, bởi vì

dọc theo các trục k y và k z chỉ tồn tại các giá trị năng lượng gián đoạn (b) Mật độ trạng thái g 1d (E) trong phạm vi một đường dọc theo trục k x tỷ lệ với E -1/2

Mỗi đường hypecbol trên hình tương ứng với một trạng thái

( k y ,k z ) riêng biệt [11]

Trường hợp 0D (chấm lượng tử): Khi các hạt mang điện bị giới hạn theo

cả ba chiều trong không gian và hoàn toàn không thể chuyển động tự do và vì thế chỉ tồn tại các trạng thái (kx, ky, kz) gián đoạn trong không gian k Phổ năng lượng từ gián đoạn chuyển sang thành tách mức năng lượng, các mức này bị gián đoạn theo cả ba chiều trong không gian

Hình 1.4 (a) Vật rắn bị co lại trong cả ba chiều (b) Vì hiệu ứng giam

giữ, tất cả các trạng thái đều là gián đoạn và được biểu diễn bằng các điểm trong không gian k ba chiều (c) Chỉ có các mức năng lượng gián đoạn là đươc phép (d) Mật độ trạng thái 0d g 0d (E) dọc theo một chiều [11]

Để hiểu rõ hơn sự giảm số chiều ảnh hưởng trực tiếp đến phổ năng lượng,

ta xét đến mật độ trạng thái ρ(E), một thông số cho biết số lượng trạng thái khả

dĩ trên một đơn vị năng lượng Xét trong từng trường hợp, đối với bán dẫn khối, mật độ trạng thái phụ thuộc theo căn bậc hai vào năng lượng của trạng thái điện

tử và phương trình biểu diễn mối quan hệ như sau:

Đối với giếng lượng tử, mật độ trạng thái liên quan đến năng lượng theo phương trình như sau:

Ở đây, εn là năng lượng mức thứ n, thêm vào đó, với L là độ rộng của giếng thế năng có trong biểu thức tính εn:

1.1

1.2

Còn Θ là hàm bậc thang Heaviside Mật độ trạng thái có dạng bậc thang, với mỗi số hạng trong tổng tương ứng có đóng góp từ vùng thứ n Mỗi số hạng độc lập với mức năng lượng εn và cách nhau một khoảng m*/2πђ2

Tiếp đến, mức năng lượng và mật độ trạng thái của hệ một chiều, hệ này chịu thêm một giam giữ của một điện tử Như vậy năng lượng toàn phần sẽ là tổng của các mức năng lượng gián đoạn theo hai chiều bị giam giữ và liên tục theo chiều dài của dây Phương trình biểu diễn như sau:

Ở dưới đáy của các tiểu vùng nx, ny mật độ trạng thái tăng khi động năng nhỏ và giảm dần khi động năng tăng Đối với hệ có thể xem như là không chiều, các tinh thể nano bán dẫn, các mức năng lượng bị gián đoạn và mật độ trạng thái tính cho một hệ lý tưởng sẽ là tổng của các hàm Delta:

Hình dưới đây minh họa các chiều giam giữ lượng tử và sự phụ thuộc của mật độ trạng thái vào năng lượng:

Hình 1.5 Sự giam giữ lượng tử dẫn đến sự thay đổi các mức năng lượng và mật

độ các trạng thái từ tinh thể bán dẫn khối tới giếng lượng tử, dây lượng tử và

lượng tử giam giữ mạnh các điện tử, lỗ trống và các cặp điện tử - lỗ trống (còn gọi là các exciton) theo cả ba chiều trong một khoảng cỡ bước sóng de Broglie của các điện tử Sự giam giữ này dẫn tới các mức năng lượng của hệ bị lượng tử hoá, giống như phổ năng lượng gián đoạn của một nguyên tử Chính vì lí do này

mà các chấm lượng tử còn được gọi là các “nguyên tử nhân tạo”

Các chấm lượng tử bán dẫn được quan tâm đặc biệt là do hiệu ứng giam giữ lượng tử thể hiện rất rõ và phụ thuộc mạnh vào kích thước của các hạt Một trong những biểu hiện rõ nhất của hiệu ứng lượng tử xảy ra trong các chấm lượng tử là sự mở rộng vùng cấm của chất bán dẫn tăng dần lên khi kích thước của hạt giảm đi và quan sát được qua sự dịch chuyển về phía các bước sóng xanh hơn (Blue) trong phổ hấp thụ Biểu hiện thứ hai là sự thay đổi dạng của cấu trúc vùng năng lượng và sự phân bố lại trạng thái ở lân cận đỉnh vùng hoá trị và đáy vùng dẫn, mà biểu hiện rõ nhất của hiệu ứng giam giữ lượng tử mạnh là các vùng năng lượng liên tục sẽ trở thành các mức gián đoạn Một vài ưu điểm về quang học nổi trội của chấm lượng tử như: tính chất ổn định quang lớn hơn rất nhiều so với các chất màu truyền thống, thậm chí phát quang sau nhiều giờ ở điều kiện kích thích Bên cạnh yếu tố phổ hấp thụ rất rộng rất thuận lợi trong ứng dụng thì phổ phát xạ cũng hữu ích không kém vì phổ phát xạ của các tinh thể nano bán dẫn này rất hẹp Thêm nữa là yếu tố thời gian sống huỳnh quang, của chấm lượng tử dài đây là điều mà các nhà nghiên cứu rất cần để theo dõi từng phân tử riêng biệt với cường độ huỳnh quang yêu cầu lớn Và ngoài ra có thể kể đến cả độ nhạy quang, độ chính xác và độ sáng chói của chấm lượng tử khi phát quang, tất cả đều nổi trội, mới mẻ và rất đặc biệt [18]

Khi kích thước của chất bán dẫn giảm dần tới mức kích thước so sánh

được với bán kính Borh exciton của một cặp điện tử - lỗ trống (aB) của chất bán

dẫn đó thì điện tử trong chất bán dẫn đó thể hiện là đã bị giam giữ lượng tử

Trong các nghiên cứu lý thuyết trước đây, Kayanuma đã phân chia thành các chế độ giam giữ lượng tử theo kích thước như sau:

 Khi bán kính của QDs R ≤ 2aB: ta có chế độ giam giữ mạnh với các điện tử và lỗ trống bị giam giữ một cách độc lập, tuy nhiên tương tác giữa các điện tử - lỗ trống (e -h) vẫn giữ vai trò quan trọng

 Khi R ≥ 4aB: chúng ta có chế độ giam giữ yếu

 Khi 2aB ≤ R ≤ 4aB: chúng ta có chế độ giam giữ trung gian

Như vậy, giới hạn giam giữ yếu và giới hạn giam giữ mạnh tương ứng với trường hợp bán kính hạt lớn hơn hay nhỏ hơn bán kính Bohr exciton Các trường hợp giam giữ lượng tử này sẽ gây ra sự gián đoạn các mức năng lượng và sự mở rộng độ rộng vùng cấm (band gap) Về thực nghiệm quang phổ, chúng ta sẽ quan sát thấy sự dịch về phía sóng xanh (blue shift) của đỉnh phổ hấp thụ, do sự

mở rộng vùng cấm Hình 1.6 dưới đây minh hoạ tính chất phát xạ thay đổi theo kích thước từ 2,1 nm tới 7,6 nm của các chấm lượng tử CdSe và đối với một kích thước 5 nm, khi thay đổi thành phần bằng cách pha tạp thêm các ion khác vào, hoặc tạo thành hỗn hợp mới, nhằm thay đổi màu sắc phát xạ của các chấm lượng tử bán dẫn

Hình 1.6 bước sóng phát xạ của chấm lượng tử CdSe thay đổi bởi kích thước

của hạt nano và thành phần (A) Sự phát xạ của CdSe QDs có thể được điều chỉnh trong phổ nhìn thấy (450-650nm) bằng cách lựa chọn đường kính của tinh thể nano từ 2 đến 7.5nm Mối liên hệ giữa kích thước của những hạt này với thành phần không đổi của chấm lượng tử cho kết quả phổ như trong hình A Trong khi đó, giữ kích thước tinh thể nano không đổi (đường kính 5nm) và thay đổi thành phần, pha tạp thêm Te: CdSe 0.34 Te 0.46 lúc này chấm lượng tử có khả năng phát xạ trong khoảng bước sóng 610nm và 800nm với màu sắc như trên hình B

Bước sóng phát xạ của các chấm lượng tử CdSe có thể thay đổi được trong vùng nhìn thấy (450 - 650 nm), trong khi giữ ở kích thước 5 nm nhưng thay đổi thành phần với CdSe1-xTex, cực đại phát xạ có thể thay đổi từ 610 –

800 nm (B)

Hình 1.7 là ảnh màu phát xạ của các chấm lượng tử bán dẫn CdSe với các kích thước khác nhau, cho thấy ảnh hưởng của kích thước các chấm lượng tử và

của lớp vỏ bọc tới màu phát xạ của chúng Các chấm lượng tử CdSe này hoàn toàn dùng được trong các ứng dụng sinh học

Hình 1.7 Phát xạ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdSe với kích thước khác

nhau và lớp bên ngoài khác nhau Với sự chiếu sáng của đèn tử ngoại, năng lượng huỳnh quanh tăng dần từ trái sang phải và kích thước chấm lượng tử giảm dần

Việc có thể tổng hợp được các tinh thể nano bán dẫn với kích thước phân

bố hẹp và hiệu suất huỳnh quang cao đã làm cho các chấm lượng tử trở lên hấp dẫn hơn so với các phân tử hữu cơ trong các ứng dụng quang điện tử và đánh dấu huỳnh quang sinh học Những loại chấm lượng tử được nghiên cứu rộng rãi hiện nay là những hợp chất thuộc nhóm AIIBVI như CdSe, ZnS, CdTe, CdSe/CdS, CdSe/ZnS… do chúng có phổ kích thích rộng, phổ phát xạ hẹp, hiệu suất huỳnh quang cao và có tính ổn định quang Các tính chất quang học theo kích thước của chúng độc lập với các tính chất hóa học, ví dụ có màu phát xạ bão hòa và ổn định nên các chấm lượng tử bán dẫn thực sự cần thiết cho công nghệ chế tạo các vật liệu hoạt tính trong các linh kiện phát sáng quantum dots (QDs – LED) có cấu trúc hữu cơ/vô cơ

Hiện nay chúng ta đã chế tạo được các QDs – LED phát ánh sáng xanh lá cây (Green) và ánh sáng đỏ (Red) với các tinh thể nano cấu trúc lõi/vỏ (core/shell) Tuy nhiên, còn các QDs – LED phát ánh sáng màu xanh da trời (Blue) thì vẫn chưa cho được kết quả khả quan Đối với phổ phát xạ màu xanh

da trời lý tưởng của một LED trong ứng dụng màn hình phẳng, phổ phát xạ phải

có độ bán rộng (FWHM) hẹp và bước sóng phát xạ với các tọa độ màu trên giản

đồ màu của ủy ban quốc tế về chiếu sáng (CIE) sẽ phải có bước sóng ở vào cỡ

460 – 480 nm Các chấm lượng tử CdSe/ZnSe/ZnS có thể được chế tạo với phân

bố kích thước hẹp để có thể phát ở trong vùng này, với ánh sáng phát ra từ các chấm có màu xanh Blue rất lý tưởng trong các ứng dụng Display Như vậy, việc nghiên cứu các tính chất quang của các chấm lượng tử có cấu trúc lõi/vỏ của các chất bán dẫn này là hết sức cần thiết, có ý nghĩa lớn với khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong công nghệ quang tử, các chấm lượng

tử đã được ứng dụng cho đánh dấu mã vạch, điện huỳnh quang từ các đơn lớp của các chấm lượng CdSe trong các linh kiện hữu cơ, điốt phát ánh sáng trắng…

1.2 Các tính chất của chấm lƣợng tử

Chấm lượng tử đã và đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu do các tính chất đa dạng cũng như khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp điện - điện tử, công nghệ thông tin, …[2] Một trong những tính chất quan trọng phải đề cập tới khi nhắc đến chấm lượng tử là tính chất quang Số lượng các điện tử của chấm lượng tử có thể điều khiển chính xác Chấm lượng tử có thể chỉ có một điện tử tới hàng ngàn điện tử Các transistor đơn điện tử có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong lương lai Các chấm lượng tử thể hiện các tính chất quang và điện do hiện tượng giam giữ lượng tử gây ra Trong phần dưới đây sẽ trình bày những các tính chất lý thú này

Các chấm lượng tử lớn hơn sẽ có phổ huỳnh quang đỏ hơn, tức là năng lượng thấp hơn (hình 1.8) Ngược lại, các chấm lượng tử nhỏ hơn sẽ phát ra các ánh sáng xanh hơn, ứng với năng lượng cao hơn Màu sắc chấm lượng liên quan trực tiếp với các mức năng lượng của chấm lượng tử Nói một cách khác, năng lượng vùng cấm mà xác định năng lượng và màu sắc của ánh sáng huỳnh quang

tỷ lệ nghịch với kích thước chấm lượng tử Chấm lượng tử lớn hơn có nhiều mức năng lượng và khe trống sẽ gần hơn Điều này cho phép chấm lượng tử hấp thụ các photon chứa ít năng lượng, tức là hấp thụ được các photon ứng với dải màu đỏ của phổ năng lượng Các nghiên cứu được công bố gần đây cho thấy

hình dạng của chấm lượng tử là một trong các nhân tố ảnh hưởng tới màu sắc

Xa hơn nữa, thời gian sống của huỳnh quang cũng được xác định bởi kích thước chấm lượng tử Chấm lượng tử lớn hơn có nhiều mức năng lượng với khe trống gần hơn và tại đó cặp điện tử - lỗ trống có thể bị bẫy Do đó, các cặp điện tử - lỗ trống trong chấm lớn hơn sẽ sống lâu hơn do các chấm lớn hơn có thời gian sống dài hơn

Hình 1.8 Kích thước hạt CdSe giảm từ 5,5 nm đến 2,3 nm (từ phải sang

trái) khiến sự phát huỳnh quang của dung dịch nước thay đổi từ màu đỏ đến

màu xanh bao phủ toàn bộ phổ ánh sáng thấy được

Trong bán dẫn tinh thể, hàm sóng điện tử của chấm lượng tử kéo dài qua hằng số mang Tương tự với phân tử, chấm lượng tử có cả phổ năng lượng lượng tử hoá và mật độ lượng tử của các trạng thái điện tử gần với cạnh của vùng cấm

Các chấm lượng có thể được tổng hợp với lớp vỏ dày hoặc mỏng như các chấm lượng tử CdSe với lớp vỏ CdS Chiều dày lớp vỏ có mối quan hệ trực tiếp tới thời gian sống và cường độ bức xạ

Hình 1.9 Phổ phát xạ của các chấm lượng tử kích thước khác nhau Kích

thước giảm từ trái sang phải Màu xanh da trời là CdSe có kích thước 4.6nm tới 2.1nm Màu xanh lá là InP từ 4.6 tới 3nm, và màu đỏ là InAs từ 6 tới 2.8nm

Để có được các màu sắc khác nhau thì vật liệu cần phải có các khe năng lượng khác nhau Các hạt nano chỉ cần sử dụng một vật liệu nhưng thay đổi kích thước hạt là có thể tạo ra được màu sắc tương ứng Đèn LED rất khó để phát ra ánh sáng xanh và đặc biệt là ánh sáng trắng Nhưng các đèn phát huỳnh quang nano có thể làm được điều này (hình 1.10) Các nhà khoa học đã chế tạo thành công đèn huỳnh quang phát ánh sáng trắng bằng cách trộn hạt nano có đường kính khác nhau mà phát ra ánh sáng đỏ, xanh lá cây, xanh

Hình 1.10 Đèn phát huỳnh quang màu xanh (trái) và màu trắng (phải)

được chế tạo tại Sandia National Laboratories (Hoa Kỳ)

1.2.2 Các dịch chuyển trong nội vùng mới

Các dịch chuyển này tương ứng với sự đẩy các điện tử từ mức này lên mức khác trong vùng dẫn hoặc đẩy lỗ trống từ một mức này tới một mức khác trong vùng hoá trị, trong bán dẫn khối thì đây chính là sự hấp thụ hạt tải tự do Chúng phụ thuộc sự có mặt của hạt tải tự do (các điện tử trong vùng dẫn hoặc các lỗ trống trong vùng hoá trị) như là kết quả của việc pha tạp hoặc là kết quả của việc điện tích được đưa vào nhờ điện trường Trong bán dẫn khối, các dịch

chuyển như thế: từ một mức k này tới một mức k khác của vùng dẫn (hoặc vùng hoá trị) đòi hỏi sự thay đổi giả moment k và nó trở nên được phép do tương tác với các phonon mạng Mạng này có thể cung cấp hoặc làm moment này thay đổi

Như vậy, quá trình này được so sánh với các dịch chuyển giữa các vùng trong cùng một khối, bởi vì các dịch chuyển giữa các vùng không đòi hỏi sự thay đổi về moment k Trong các cấu trúc bị giam giữ như giếng lượng tử, các mức con được đặc trưng bởi các số lượng tử khác nhau (n = 1, 2, …) tương ứng với sự lượng tử hoá dọc theo hướng giam giữ Như thế, đối với vùng dẫn, một điện tử có thể nhẩy từ mức con này tới mức con khác mà không cần thay đổi giả moment k hiện tại của nó Các dịch chuyển trong vùng này (hoặc các dịch chuyển giữa các mức con) vẫn đòi hỏi sự xuất hiện của các hạt tải điện tử trong vùng dẫn hoặc lỗ trống trong vùng hoá trị Hệ số các dịch chuyển trong vùng tăng một cách nhanh chóng theo độ rộng của giếng lượng tử Tuy nhiên, khi kích thước nhỏ, các trạng thái điện tử không bị giam giữ lâu trong giếng

1.2.3 Sự tăng lực dao động tử

Cường độ dải hấp thụ UV-Vis là hàm của năng lượng dịch chuyển và bình phương của lực dao động tử Trong bán dẫn khối, điện tử và lỗ trống được liên kết với nhau bằng lực hút Coulomb với năng lượng liên kết cỡ vài chục meV Exciton này bị oxy hoá tại các năng lượng nhiệt Lực dao động tử đối với exciton liên kết được cho bởi công thức:

m: là khối lượng điện tử

∆E: là năng lượng dịch chuyển

: là mô men lưỡng cực dịch chuyển

|U(0)|2 là xác xuất tìm thấy điện tử và lỗ trống tại cùng một vị trí (phần che phủ)

Vì sự giam giữ điện tử và lỗ trống trong một vùng nhỏ, năng lượng liên kết và lực dao động tử tăng do sự che phủ không gian giữa hàm sóng của điện tử

và lỗ trống tăng Đối với chấm lượng tử, mật độ các trạng thái có các giá trị nonzero chỉ tại các mức năng lượng gián đoạn (được lượng tử hoá) Lực dao động tử của một dịch chuyển quang học đối với các dịch chuyển giữa các vùng phụ thuộc vào mật độ liên kết các trạng thái của các mức trong vùng hoá trị và các mức trong vùng dẫn, mà giữa chúng các dịch chuyển quang học xảy ra Hơn nữa, nó cũng phụ thuộc vào sự che phủ các hàm sóng của điện tử và lỗ trống Cả

1.6

hai yếu tố này sinh ra một sự tăng mạnh lực dao động tử dưới điều kiện giam giữ Hiệu ứng này hoàn toàn đáng kể đối với sợi lượng tử và chấm lượng tử

1.2.4 Hiệu ứng Stark giam giữ lƣợng tử

Hiệu ứng xuất hiện do việc áp đặt một điện trường tới các mức năng lượng, và tới phổ quang học, thì được gọi là hiệu ứng Stark Các cấu trúc giam giữ lượng tử cũng biểu lộ sự thay đổi rất rõ ràng trong phổ quang học khi sử dụng điện trường dọc theo hướng giam giữ Điện trường cũng có thể làm trộn lẫn các trạng thái bị lượng tử hoá khác nhau và dẫn đến sự phân bố lại lực dao động tử giữa các trạng thái kích thích được phép Chẳng hạn, nếu không có điện trường, chỉ các dịch chuyển n giữa các mức được lượng tử hoá của các vùng dẫn và vùng hoá trị, ví dụ như n = 1n = 1, là được phép với giếng lượng tử đối xứng tức là giếng lượng tự có hàng rào thế trên cả hai mặt là giống nhau

Nguyên nhân chính cho các hiện tượng này là do có sự thay đổi lớn trong phổ hấp thụ quang học tương ứng với các dịch chuyển exciton, theo hàm của điện trường áp theo hướng giam giữ Hiệu ứng này cũng được gọi là hấp thụ điện tử (electro – absorption), dẫn đến sự thay đổi tương ứng n trong phần thực của chiết suất và có thể được dùng để điều biến sự lan truyền ánh sáng do điện trường áp vào Ứng dụng các linh kiện giếng lượng tử sử dụng các nguyên tắc này để làm các điều biến quang – điện

1.3 Chế tạo chấm lƣợng tử

Lịch sử của việc chế tạo tinh thể nano bán dẫn II-VI được bắt đầu bằng những bài báo công bố đầu tiên của A.Henglein [5] vào năm 1982 Công trình này nghiên cứu hóa học bề mặt, sự suy giảm năng lượng quang của tinh thể bán dẫn và các quá trình phân tích tinh thể khác Kết quả nghiên cứu này đã đưa ra phổ hấp thụ của tinh thể CdS ở kích thước lượng tử

Hình 1.11 Phổ hấp thụ và phát xạ của các chấm lượng tử CdS

Chấm lượng tử CdS được chế tạo từ hai hợp chất hóa học là Cd(ClO4)2 và

Na2S trên bề mặt của Silica Ánh sáng kích thích phát xạ của nó là 390nm

Năm 1993, ba nhà khoa học Murray, Norris và Bawendi [6] cũng công bố những thành tựu mới trong việc chế tạo chấm lượng tử II-VI Việc tổng hợp dựa

trên sự nhiệt phân các phản ứng của các hợp chất hữu cơ kim loại như: Dimethyl

Cadmium và Trioctylphosphine Selenide sau khi đưa chúng vào trong những

dung môi có nhiệt độ cao Cách tiếp cận này đã thành công khi tạo ra các hạt nhân riêng biệt và cho phép điều khiển tốc độ phát triển của các tinh thể nano Hình 1.12 dưới dây là phổ hấp thủ của các tinh thể CdSe khác nhau, có dải kích thước từ 1.2 đến 11.5 nm Nhưng tinh thể CdSe này nhỏ hơn rất nhiều so với bán dẫn khối CdSe có chứa hàng nghìn nguyên tử Người ta đã đo đạc được một

số đặc trưng của phổ hấp thụ chấm lượng tử CdSe cho thấy: độ dốc của phổ hấp thụ, dải hấp thụ hẹp và xuất hiện sử chuyển trạng thái năng lượng cao hơn

Hình1.12 Phổ hấp thụ của chấm lượng tử CdSe (sử dụng phương pháp

TOP/TOPO)

Chỉ sau một vài năm, việc chế tạo các chấm lượng tử II-VI kích thước nanomet đã đạt được nhiều thành tựu vượt bậc, những nỗ lực trong việc chế tạo

và nghiên cứu tính chất, đặc trưng của chấm lượng tử đã tạo giúp giới khoa học

có cái nhìn rõ hơn trong thế giới vi mô về “hiệu ứng kích thước lượng tử”,

“giam giữ điện tử” thêm nhiều cách tổng hợp chấm lượng tử mới được tạo ra,

người ta có thể thêm vào một số chất, hợp chất hóa học để thu được những chấm lượng tử có các tính chất đặc trưng, phục vụ cho các mục đích nghiên cứu và ứng dụng khác nhau từ các tinh thể bán dẫn

Hình1.13: Phổ hấp thụ và phát xạ của CdS sols (polyphosphate preparation)

Trên hình 1.13 là phổ hấp thụ và phát xạ của CdS sols với giải kích thước

từ 4 đến 6 nanomet (phân tích bằng ảnh TEM) được chế tạo bằng kết tủa ion

Cd2+ và sử dụng NaOH, kết quả cho thấy dải phát xạ mạnh của chấm lượng tử gần với năng lượng phát xạ ở cạnh của năng lượng bề mặt theo kích thước

1.3.1 Phương pháp Thiol

Trong phương pháp này, người ta sử dụng thiols như một tác nhân trong

quá trình chế tạo chấm lượng tử II-VI Muối sắt được hòa tan trong nước với các

thiols ổn định, để sinh ra các nano tinh thể CdSe, CdTe, HeTe và CdHgTe Các thiols thường được sử dụng là: 1-thioglycerol, 2-mer-captoethanol, 1-mercapto- 2propanol, 1,2-dismercapto-3-propanol, thiogalycolic acid, thiolactic acid và cystemine

Hình 1.14 (từ trái qua): dung dịch 1-thioglycerol; cấu trúc hóa học

2-mer-captoethanol; cấu trúc hóa 1-mercapto-2propanol

Tiếp đó, nhiệt được cung cấp cho dung dịch phản ứng để bắt đầu quá trình tạo ra các chấm lượng tử Kích thước của các chấm lượng tử phụ thuộc chủ yếu vào mật độ tập trung các các chất hóa học và thời gian xử lý nhiệt trong quá trình chế tạo

Hình 1.15 Phân tích phổ Raman của chấm lượng tử HgTe (phương pháp

Thiol)

Hình trên là phổ Raman của chấm lượng tử HgTe kích thước nano [8] Cấu trúc tinh thể nhận được khá rõ từ các đỉnh là pha lập phương HgTe Các đỉnh này được mở rộng ra là do kích thước của các chấm rất nhỏ Dựa theo tính toán của phương trình Scherrer tại đỉnh (111) trên giản đồ nhiễu xạ Raman hình 1.15 cho biết kích thước của các chấm lượng tử vào khoảng 3.5nm Để biết được kích thước, hình dạng của chấm lượng tử sau khi chế tạo bằng phương pháp Thiol này, các mẫu này được chụp với thiết bị HRTEM, kết quả cho thấy sự phân tán các chấm được mở rộng, kích thước các hạt nằm trong dải 3 đến 6nm

Hình 1.16 Ảnh HRTEM của chấm lượng tử HgTe

Với việc tổng hợp chấm lượng tử bằng phương pháp thiol cho kết quả rất tốt, người ta đã ứng dụng nó bằng cách tiến hành phân tán các chấm trên các màng polymer để chế tạo ra các thiết bị phát sáng, và nó được sử dụng trong các thiết bị viễn thông

1.3.2 Phương pháp chế tạo chấm lượng tử TOP/TOPO

Phương pháp chế tạo chấm lượng tử TOP/TOPO được thực hiện lần đầu tiên vào năm 1993 [6] Đây là phương pháp nhiệt phân của các phản ứng hợp

chất hữu cơ kim loại như (dimethylcadmium và bis(trimethylsilyl)selenium) trong dung môi ở nhiệt độ cao như (tri-n-octylphosphine oixde (TOPO) và tri-n-

octylphosphine (TOP) Phương pháp này có thể điều khiển được tốc độ mọc của

tinh thể và cho phép tạo được các hạt nhân riêng biệt Sự kết tủa với kích thước

có thể điều khiển được và làm phân tán các hạt có kích thước nhỏ Phương pháp này đã thu được nhiều kết quả thành công vì tính đa dụng của nó, khả năng tái sản xuất nhiều lần và đặc biệt là chất lượng cao của các tinh thể được chế tạo rất tinh khiết và các hạt đồng dạng với nhau Người ta cũng áp dụng thành công phương pháp này để chế tạo chấm lượng tử nano bán dẫn III-VI và IV-VI

Ngay sau khi chế tạo thành công chấm lượng tử bằng phương pháp tổng hợp TOP/TOPO, nhiều phòng thí nghiệm lớn đã tiến hành những nghiên cứu sâu

về tính chất quang của tinh thế CdSe được tổng hợp bằng phương pháp này, với một dải rộng các kích thước chấm lượng tử khác nhau, cùng với đặc tính bề mặt của tinh thể Nhiều công bố đã chỉ ra rằng, sự ổn định của ánh sáng, hiệu suất

phát quang rất lớn [8,9] và các chấm lượng tử tạo ra theo phương pháp này được nhiều nhà vật lý sử dụng để nghiên cứu khả năng phát xạ của đơn tinh thể.[14]

Hình 1.17 Chấm lượng tử CdSe

CdSe là một tinh thể bán dẫn loại II-VI, được hình thành từ một nguyên tố của cột II (Cd) của bảng tuần hoàn Mendeleev và một nguyên tố của cột VI (Se), với vùng cấm thẳng và năng lượng vùng cấm Eg=1.8eV (0 = 688nm)

Ngoài ra, CdSe cũng được chế tạo từ CdO Các hóa chất sử dụng để chế tạo các chấm lượng tử CdSe bao gồm: Cadmium Oxide (CdO), tri-n-octylphosphine oxide (TOPO, C24H51PO), tri-n-octylphosphine (TOP, C24H51P), hexadecylamine (HDA, C16H35N), dodecylphosphonic acid (DDPA, C12H27O3P, polycarbon), selenium, toluen và methanol Quy trình chế tạo chấm lượng tử CdSe được thực hiện: hỗn hợp CdO, DDPA, TOPO và DHA được đưa vào một bình cầu 3 cổ Đun nóng chảy hỗn hợp ở nhiệt độ 60o

C, và hút chân không trong khoảng 45 phút để loại bỏ oxy và các tạp chất dễ bay hơi Sau đó, người ta đưa khí N2 vào để tạo môi trường bảo vệ và nâng nhiệt lên 300oC Ở nhiệt độ này, TOPO và HDA hòa tan CdO, tạo phức Cd với DDPA tạo thành dung dịch trong suốt màu vàng nhạt Dung dịch được giữ ở 300oC trong khoảng 15 phút, sau đó hạ nhiệt độ và ổn định nhiệt ở 240oC TOPSe 0,4M (được chuẩn bị từ trước bằng cách hòa tan 1mmol Se trong TOP trong môi trường khí trơ) được phun vào dung dịch và khuấy mạnh bằng máy khuấy từ gia nhiệt Sau đó, dung dịch trong bình phản ứng sẽ đổi màu vàng nhạt Chấm lượng tử CdSe được kết tủa và làm sạch hữu cơ bằng toluene và methanol (như hình ảnh chấm lượng tử

ở hình 1.17)

Vấn đề động học trong quá trình nuôi tinh thể nano được nghiên cứu khá

kỹ khi chế tạo chấm lượng tử CdSe (hay InAs) bằng phương pháp TOP/TOPO

Nghiên cứu đã chứng mình được “giới hạn khuếch tán” trong quá trình mọc có

thể là nguyên nhân dẫn tới việc hình thành phân bố các hạt có kích thước nhỏ theo thời gian Dưới điều kiện nhất định, các quá trình động học trong việc nuôi tinh thể cũng bị ảnh hưởng bởi sự biến đổi của năng lượng bề mặt theo kích thước

1.4 Ứng dụng của chấm lƣợng tử

Hiện nay các nhà khoa học đang tập chung nghiên cứu các loại chấm lượng tử là những hợp chất thuộc nhóm AIIBVI như CdSe, ZnSe, CdTe, CdSe/CdS, CdSe/ZnS… bởi chúng có phổ kích thích rộng, phổ phát xạ hep, hiệu suất huỳnh quang cao và có tính chất quang ổn định Nhờ những tính chất ưu việt do hiệu ứng giam giữ lượng tử mang lại như tăng tính chất điện, tăng khả năng xúc tác quang hóa, thay đổi các tính chất phát quang nên hiện nay chấm lượng tử đang được nghiên cứu chế tạo các thiết bị phát quang như QDs-LED phát ánh sáng xanh lá cây và ánh sáng đỏ, Các chấm lượng tử còn có nhiều triển vọng ứng dụng như trong các linh kiện dẫn sóng chứa các chấm lượng tử trong vùng hồng ngoại, các LED chấm lượng tử, Laser chấm lượng tử, làm chất huỳnh quang đánh dấu trong sinh học.[4]

1.4.1 Điốt phát quang hiệu suất cao

Trước hết là xuất phát từ sự cần thiết trong thực tế là mong muốn chế tạo được các thiết bị phát quang LED cho hiệu suất cao, độ đơn sắc cao và phổ phát quang hẹp và sau đó là, dựa trên lý thuyết mà người ta chế tạo ra LED chấm lượng tử (QDs – LED) với mô hình như sau:

Hình 1.18 Mô hình LED chấm lượng tử CdSe/ZnSe/ZnS phát quang với hiệu

suất cao

Ở đây các nano tinh thể CdSe có lớp vỏ bọc hoàn toàn có thể dùng để

chế tạo ra Diode phát quang chấm lượng tử bằng phương pháp spin- coating từng đơn lớp Các nano tinh thể cấu trúc CdSe/ZnSe/ZnS được phân tán đều trong một dung môi (lơ lửng dạng huyền phù), bằng quá trình spin-coating, các đơn lớp này trải đều trên một lớp đế có khả năng truyền dẫn lỗ trống HTL (hole-transport layer) Kết quả là thu được các lớp chấm lượng tử chất lượng cao với độ dày có thể thay đổi được rất đơn giản từ nồng độ dung dịch nhỏ trực tiếp lên đế HTL và tốc độ spin-coating Về mặt lý thuyết, phổ phát xạ của các LED chấm lượng tử tạo ra bằng phương pháp này là rất hẹp, chỉ cỡ khoảng 30 nm (FWHM), điện huỳnh quang từ các QDs-LED này thì gần như không thể cho ra phát xạ ở các thiết bị LED hữu cơ cho dù điện áp có thay đổi thế nào đi nữa Không những vậy, hiệu suất lượng tử ngoại của QDs-LED có thể tăng khoảng 0.8% tại độ sáng 100 cd/m2, (với độ sáng lớn nhất là trên 1000 cd/m2) Như vậy hiệu suất quang học của QDs-LED sẽ vượt xa so với các chất bán dẫn hữu cơ khác

Hình 1.19 Ảnh một LED chấm lượng tử phát ánh sáng trắng

1.4.2 Pin quang hóa (Pin mặt trời)

Với tình trạng giá cả nhiên liệu ngày một tăng và nỗi lo lắng về sự

ấm dần lên của trái đất như hiện nay thì pin mặt trời có một ý nghĩa đặc biệt quan trọng và khả năng ứng dụng của các chấm lượng tử trong biến đổi năng lượng mặt trời là rất lớn Sự thật là các thiết bị biến đổi năng lượng mặt trời chế tạo từ chấm lượng tử đã và đang được rất nhiều tổ chức khoa học nghiên cứu và phát triển [18] Cũng dễ hiểu rằng, các chấm lượng tử bán dẫn

có cơ sở vững chắc để có thể chế tạo ra những lớp màng mỏng làm pin mặt trời Và việc chế tạo pin mặt trời đòi hỏi hỏi khả năng biến đổi, giữ và phân

ly điện tích, để có thể mang lại lợi ích lớn nhất từ chấm lượng tử Chấm