Phổ phát xạ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdS và CdS/ZnS

3.3. Kết quả tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang của các chấm lượng tử CdS/ZnS

3.3.3. Phổ phát xạ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdS và CdS/ZnS

Tính chất phát xạ của các chấm lượng tử CdS và CdS/ZnS được nghiên cứu qua các phổ phát xạ huỳnh quang của dung dịch các chấm lượng tử này dưới bước sóng kích thích 310 nm của đèn Xenon.

Hình 3.44 và 3.45 trình bày phổ phát xạ quang huỳnh quang của các chấm lượng tử CdS và CdS/ZnS được tổng hợp với tỷ lệ w = 2 trong cùng điều kiện. Cả hai phổ này đều có các cực đại phát xạ ở bước sóng khoảng ~ 470 nm và ~ 485 nm.

Đây là sự phát xạ của các hạt nano CdS, và được dịch về phía sóng ngắn khá nhiều so với bờ hấp thụ của bán dẫn CdS khối.

Sự phát xạ ở 485 nm của mẫu CdS/ZnS chủ yếu là do các lõi chấm lượng tử CdS, không phải của vỏ ZnS. Điều này được giải thích bởi bán dẫn ZnS có độ rộng

2 * 1,786 2 0,248 *

QD

g g B y y

a e

E E R R

a a

p e

ổ ử

ỗ ữ

ố ứ

= + - -

vùng cấm ở nhiệt độ phòng không tương ứng với bước sóng 485 nm, mà nằm trong vùng tử quang UV. Phát xạ của các hạt nano CdS bị dịch về phía sóng dài (dịch về phía đỏ) khi có sự thêm vào lớp vỏ bán dẫn ZnS, có thể giải thích bằng sự mất mát electrondo xuyên ngầm exciton từ lõi CdS sang vỏ ZnS hoặc theo hiệu ứng kích thước, giam giữ lượng tử, giam giữ electron và các ứng suất bên trong tương tự như các chấm lượng tử CdSe/CdS.

Hình 3.44. Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdS tổng hợp với tỉ lệ w=2

Hình 3.45. Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdS/ZnS được tổng hợp với

tỉ lệ w=2

Trên phổ huỳnh quang hình 3.44 còn quan sát thấy 2 cực đại phát xạ ở ~ 357 nm và 401 nm. Các cực đại này xuất hiện có thể do các hạt CdS có kích thước nhỏ hơn hay nói cách khác, kích thước các hạt trong mẫu không đồng đều.

Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdS/ZnS có cường độ tương đối cao hơn khoảng hai lần so với phổ của các chấm lượng tử CdS không có lớp vỏ ZnS, cho thấy vai trò của lớp vỏ bọc trong việc thụ động hóa bề mặt. Mặc dù vậy, mặc dù cường độ phát xạ đã được cải thiện, nhưng vẫn chưa đạt được mức độ cao như mong muốn. Ngoài ra, các phát xạ bề mặt của các chấm lượng tử CdS/ZnS vẫn còn được quan sát thấy, cho thấy việc nghiên cứu và tối ưu hóa cần tiếp tục được thực hiện để sản xuất các mẫu chất lượng cao hơn.

Hình 3.46 và 3.47 mô tả phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdS và CdS/ZnS được chế tạo với tỷ lệ w = 5 trong cùng điều kiện. Hai phổ này tương tự như trường hợp của các chấm lượng tử CdS và CdS/ZnS với tỷ lệ w = 2 như đã trình bày ở phần trước. Mặc dù vậy, kích thước hạt CdS trong mẫu không đồng đều, với sự xuất hiện của một cực đại phát xạ với cường độ thấp hơn tại 400 nm bên

cạnh cực đại phát xạ chính ở 456 nm của các chấm lượng tử CdS. Điều này cho thấy rằng quá trình bọc vỏ ZnS cho các hạt nano CdS vẫn chưa đạt được sự hoàn hảo. Phổ phát xạ của hạt nano chấm lượng tử CdS/ZnS chế tạo với tỷ lệ w = 5 cũng bị dịch về phía đỏ so với các chấm lượng tử CdS không có lớp vỏ ZnS trong cùng điều kiện.

Hình 3.46. Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử CdS tổng hợp với tỉ lệ w=5

Hình 3.47. Phổ huỳnh quangcủa các chấm lượng tử CdS/ZnS tổng hợp với tỉ lệ w=5

Từ các kết quả nghiên cứu trên, chúng ta nhận thấy rằng quá trình bọc vỏ ZnS cho các hạt nano CdS khá khó khăn so với việc chế tạo các chấm lượng tử CdSe/CdS trong môi trường nước. Nguyên nhân có thể không chỉ phụ thuộc vào bản chất vật liệu mà còn có thể là do sự lệch mạng giữa bán dẫn ZnS và bán dẫn CdS lớn hơn nhiều so với sự lệch mạng giữa bán dẫn CdS và bán dẫn CdSe. Điều này đòi hỏi nhiều nghiên cứu hơn trong việc chế tạo các hạt nano CdS/ZnS phân tán trong môi trường nước để tạo ra các hệ chấm lượng tử chất lượng tốt.

Tương tự như việc chế tạo các hạt nano CdSe và CdSe/CdS, phát xạ của các chấm lượng tử CdS và CdS/ZnS cũng phụ thuộc vào tỷ lệ w (hoặc nồng độ chất bẫy citrate). Hình 3.48 và 3.49 trình bày phổ huỳnh quang chuẩn hóa của các hạt nano CdS và CdS/ZnS với các tỷ lệ w là 2 và 5. Các phổ này cho thấy rằng, khi tỷ lệ w tăng (nồng độ citrate tăng), đỉnh phát xạ huỳnh quang bị dịch về phía sóng ngắn hơn, tức là kích thước hạt CdS càng nhỏ. Do đó, có thể điều khiển màu sắc của phát xạ dựa trên nồng độ chất bẫy citrate.

Mặc dù vậy, các kết quả cho thấy, cần có thêm nhiều nghiên cứu hơn nữa trong việc chế tạo các hạt nano chấm lượng tử CdS/ZnS phân tán trong môi trường nước để có các hệ chấm lượng tử chất lượng tốt.

Hình 3.48. Phổ huỳnh quang chuẩn hóa của các chấm lượng tử CdS tổng hợp với tỷ

lệ w = 2 và w = 5

Hình 3.49. Phổ huỳnh quang chuẩn hóa của các chấm lượng tử CdS/ZnS tổng hợp