Tìm kiếm
Đang tải khung tìm kiếm
Kết quả 1 đến 1 của 1

    TIẾN SĨ Nghiên cứu chế tạo và một số cơ chế kích thích và chuyển hoá năng lượng trong vật liệu bán dẫn hợp chất III-P cấu trúc nano

    D
    dream dream Đang Ngoại tuyến (18524 tài liệu)
    .:: Cộng Tác Viên ::.
  1. Gửi tài liệu
  2. Bình luận
  3. Chia sẻ
  4. Thông tin
  5. Công cụ
  6. Nghiên cứu chế tạo và một số cơ chế kích thích và chuyển hoá năng lượng trong vật liệu bán dẫn hợp chất III-P cấu trúc nano

    Luận án tiến sĩ năm 2013
    Đề tài: Nghiên cứu chế tạo và một số cơ chế kích thích và chuyển hoá năng lượng trong vật liệu bán dẫn hợp chất III-P cấu trúc nano




    MỞ ĐẦU
    Từ đầu những năm 1990 trởlại đây, vật liệu bán dẫn kích thước nano mét,
    đặc biệt là các tinh thểnano được tập trung nghiên cứu vì tính chất lý thú liên
    quan tới tỉlệlớn của diện tích bềmặt lớn so với thểtích và hiệu ứng giam
    hãm lượng tửcác hạt tải điện (điện tửvà lỗtrống) khi kích thước của vật liệu
    nhỏso sánh được với bán kính Bohr của exciton trong vật liệu khối tương
    ứng. Hơn nữa, hệquảtrực tiếp từcác tính chất trên cho khảnăng ứng dụng
    của chúng trong chếtạo linh kiện quang điện tử, trong kỹthuật chiếu sáng với
    hiệu suất phát quang cao, trong đánh dấu huỳnh quang y-sinh, Trong
    khoảng hơn hai thập kỷqua, nhiều thành tựu nghiên cứu đã đạt được cảvề
    mặt nghiên cứu tổng hợp vật liệu, tính chất quang điện tửvà ứng dụng của
    các chấm lượng tửbán dẫn (tức là các tinh thểnano mà trong đó có hiệu ứng
    giam hãm lượng tửcác hạt tải điện) trên cơsởhợp chất II-VI nhưCdSe và
    CdTe và cấu trúc lõi/vỏnhưCdSe/ZnS, CdSe/ZnSe/ZnS, CdTe/CdS. Nhiều
    loại chấm lượng tửbán dẫn hợp chất II-VI đã được nghiên cứu chếtạo, đạt
    hiệu suất phát huỳnh quang cao (~30-85%) trong vùng khảkiến, trải trong
    vùng phổxanh-đỏphụthuộc vào kích thước hạt [5, 7, 17, 20, 23, 25-27, 29,
    31, 39, 41, 51, 52, 54, 56, 62, 73-76, 79-81, 89-91, 97, 104, 109, 122, 123]. Ở
    đây, các lớp vỏZnS, ZnSe, CdS có độrộng vùng cấm lớn hơn bán dẫn lõi,
    vừa tạo hiệu ứng giam giữhạt tải điện trong lõi vừa trung hoà các trạng thái
    bềmặt, làm tăng đáng kểhiệu suất lượng tửhuỳnh quang của chấm lượng tử
    lõi. Những ứng dụng của chấm lượng tửbán dẫn hợp chất II-VI nói trên gặp
    phải vấn đềlà chúng được cấu thành từnhững nguyên tửcó độc tính nhưCd,
    Se và Te. Do đó, vật liệu bán dẫn hợp chất ít độc hơn nhưCuInS2, InP đã và
    đang được lựa chọn nghiên cứu ởnhiều phòng thí nghiệm trên thếgiới, nhằm
    mục đích thay thếtrong các ứng dụng đánh dấu huỳnh quang y-sinh [24, 48,
    50, 92, 94-96, 98, 99, 115]. Thực tế, vật liệu bán dẫn hợp chất III-V với
    2
    nguyên tốnhóm V là N nhưGa(In)N đã được nghiên cứu nhiều, kỹlưỡng cả
    vềcông nghệchếtạo vật liệu và tính chất, cũng nhưcông nghệchếtạo linh
    kiện đi-ốt phát quang (LED) và đang được sửdụng rộng rãi. Trong khi đó,
    GaP (một hợp chất bán dẫn III-V với nguyên tốnhóm V là P) đã từng là vật
    liệu cơbản đểchếtạo LED phát ánh sáng đỏtrong những năm trước 1990,
    trên cơsởchuyển tiếp p-n, trong đó loại n được tạo bởi sựpha tạp S hoặc Te
    vào vật liệu nền GaP và loại p được tạo bởi sựpha tạp Zn [21, 35, 77, 88,
    119]. InP là một bán dẫn có vùng cấm 1,27 eV tương ứng vùng phổhồng
    ngoại. Ởcấu trúc chấm lượng tử, bán dẫn InP là một đại biểu khác của họbán
    dẫn hợp chất III-V(P) được quan tâm nghiên cứu nhằm có được chất đánh dấu
    huỳnh quang y-sinh không độc, phát huỳnh quang vùng phổkhảkiến. Thực
    tế, các nano tinh thểGaP và InP rất khó chếtạo bằng phương pháp hoá so với
    CdTe và CdSe, do chúng được cấu trúc trên cơsởgiàu liên kết cộng hoá trị,
    với các tiền chất không hoạt động bằng tiền chất tương ứng của Cd và Se/Te
    nhưtrong bán dẫn II-VI. Điều này có thểthấy rõ qua sốlượng không nhiều
    các công trình khoa học đã công bốtrên các tạp chí quốc tế. Một dạng cấu
    trúc nano khác của vật liệu GaP cũng đang được quan tâm nghiên cứu là GaP
    xốp. Phương pháp ăn mòn điện hoá được lựa chọn đểchếtạo các GaP xốp với
    ưu điểm dễthực hiện và chếtạo được mẫu nghiên cứu. GaP cũng đang được
    nghiên cứu với vai trò là vật liệu vỏtrong hệvật liệu chấm lượng tử
    InP/GaP/ZnS. Lớp vỏGaP tạo hiệu ứng giam giữhạt tải và hạn chếmất mát
    hạt tải trên các bẫy bềmặt, làm tăng đáng kểcường độhuỳnh quang của lõi
    với hiệu suất huỳnh quang lên tới 85%. Hệvật liệu này đã được ứng dụng
    trong chếtạo điốt phát quang ánh sáng trắng (white QDs – LEDs) [43]. Vật
    liệu GaP xốp có triển vọng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Chẳng hạn, trong
    lĩnh vực quang học nhưchếtạo các bộlọc quang, gương Bragg, bộnhân tần
    3
    [45, 101, 110]; trong công nghệsinh học nhưsửdụng cấu trúc xốp làm nơi cư
    trú của các tếbào sống [18].
    Tương tác giữa ánh sáng với vật liệu (light material interaction) là một
    lĩnh vực nghiên cứu khoa học quan trọng, cần được hiểu rõ đểcó thểchếtạo
    được các linh kiện quang điện tửcũng nhưnhững ứng dụng liên quan tới ánh
    sáng. Vềbản chất, cần nghiên cứu các quá trình chuyển hoá năng lượng khi
    photon tới (kích thích) được vật liệu hấp thụ, sinh ra các hạt tải nóng (với
    động năng) tương tác với các phonon để đạt trạng thái cân bằng nhiệt động rồi
    sau đó là sựchuyển hoá tiếp tục thành ánh sáng huỳnh quang (phát ra photon
    thứcấp) và một phần biến đổi thành nhiệt làm nóng mạng tinh thể. Có thể
    nghiên cứu các quá trình quang-điện tửcủa chất bán dẫn liên quan mật thiết
    với các cơchếkích thích và cơchếchuyển hoá năng lượng xảy ra bên trong
    chất bán dẫn. Cơchếkích thích cũng nhưcơchếchuyển hoá năng lượng
    không chỉphụthuộc vào bản thân vật liệu (cấu trúc tinh thể, kích thước hạt,
    loại khuyết tật ) mà còn phụthuộc vào trường bên ngoài nhưmật độkích
    thích quang, nhiệt độmẫu Do đó, việc nghiên cứu tính chất quang của vật
    liệu trong mối liên hệvới cơchếkích thích và truyền năng lượng của hạt tải
    điện không chỉgóp phần đem lại sựhiểu biết vềvật liệu, mà còn có ý nghĩa
    quan trọng là cơsở đểphát triển nghiên cứu công nghệ, hiện thực hoá khả
    năng ứng dụng đa dạng của vật liệu. Tuy nhiên, các công bốvềchuyển dời
    điện tử, cơchếkích thích cũng nhưchuyển hoá năng lượng của các hạt tải
    điện xảy ra trong các tinh thểnano InP, GaP còn chưa nhiều [99, 105]. Do
    vậy, ''Nghiên cứu chếtạo và một sốcơchếkích thích và chuyển hoá năng
    lượng trong vật liệu bán dẫn hợp chất III-P cấu trúc nano" đã được lựa
    chọn làm đềtài nghiên cứu của luận án.
    4
    Mục đích của luận án
    – Nghiên cứu sựtương tác của ánh sáng với các chấm lượng tửInP/ZnS,
    In(Zn)P/ZnS và vật liệu xốp GaP, cơchếchuyển hoá năng lượng từphoton
    kích thích sinh ra các hạt tải điện, tương tác với phonon mạng và quá trình
    phát huỳnh quang tiếp theo đó, các quá trình quang điện tửvới chuyển dời
    exciton và đóng góp của các trạng thái bềmặt.
    – Nhằm đạt được mục đích trên, một sốnội dung nghiên cứu cụthểsau
    đây đã được triển khai thực hiện:
    + Nghiên cứu chếtạo chấm lượng tửInP và InP/ZnS cấu trúc lõi/vỏbằng
    phương pháp phun nóng (hot-injection) sửdụng dung môi hữu cơcó nhiệt độ
    sôi cao và chếtạo vật liệu GaP xốp bằng phương pháp ăn mòn điện hoá phiến
    tinh thểGaP;
    + Sửdụng các phương pháp ảnh vi hình thái, phân tích cấu trúc đểxác
    định kích thước hạt, cấu trúc vật liệu, nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện
    chếtạo tới kích thước và chất lượng của vật liệu tạo thành;
    + Nghiên cứu các quá trình quang điện tử, hiệu ứng truyền năng lượng
    và truyền điện tích giữa các chấm lượng tử, cơchếchuyển hoá năng lượng
    của các hạt tải điện sinh ra trong vật liệu do hấp thụánh sáng kích thích thông
    qua nghiên cứu tính chất quang của các chấm lượng tửInP, InP/ZnS; In(Zn)P,
    In(Zn)P/ZnS và GaP xốp phụthuộc nhiệt độvà theo thời gian sau thời điểm
    kích thích quang (huỳnh quang phân giải thời gian).
    Đối tượng nghiên cứu
    – Chấm lượng tửbán dẫn InP, InP/ZnS và In(Zn)P, In(Zn)P/ZnS
    – Tinh thểGaP khối và GaP xốp
    5
    Phương pháp nghiên cứu
    Luận án được tiến hành bằng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
    Với từng nội dung nghiên cứu, phương pháp thực nghiệm đã được lựa chọn
    phù hợp: Chấm lượng tửInP và InP/ZnS được chếtạo bằng phương pháp
    phun nóng dùng môi hữu cơcó nhiệt độsôi cao, và chếtạo vật liệu GaP xốp
    bằng phương pháp ăn mòn điện hoá phiến tinh thểGaP. Sau khi chếtạo được
    vật liệu, vi hình thái và cấu trúc vật liệu được khảo sát bằng phương pháp ghi
    ảnh SEM, TEM, ghi giản đồnhiễu xạtia X và phổtán xạRaman. Tính chất
    quang của vật liệu được nghiên cứu bằng một sốphương pháp quang phổ: hấp
    thụ, huỳnh quang và kích thích huỳnh quang, đặc biệt là sửdụng phương
    pháp huỳnh quang phân giải thời gian và huỳnh quang phụthuộc nhiệt độ.
    Bốcục và nội dung của luận án
    Luận án bao gồm 137 trang với 2 bảng, 68 hình vẽvà đồthị. Ngoài
    phần Mở đầu trình bày ý nghĩa và lý do lựa chọn vấn đềnghiên cứu và Kết
    luận vềnhững kết quả đã đạt được cũng nhưmột sốvấn đềcó thểnghiên cứu
    tiếp tục, luận án được cấu trúc trong 5 Chương:
    Chương 1 trình bày tổng quan vềvật liệu bán dẫn hợp chất III-V và
    tính chất quang của chúng. Dẫn chứng minh họa được lấy trên các đối tượng
    nhưInP, InP/ZnS; In(Zn)P, In(Zn)P/ZnS và GaP xốp. Những vấn đềkhoa học
    được đềcập trong chương này là cơsở đểso sánh và giải thích trong phần kết
    quảcủa luận án.
    Chương 2trình bày các phương pháp thực nghiệm sửdụng trong luận
    án, trong đó mô tảcác phương pháp chếtạo vật liệu (phương pháp phun nóng,
    gia nhiệt sửdụng dung môi hữu cơcó nhiệt độsôi cao và phương pháp ăn
    mòn điện hoá), nghiên cứu vi hình thái (bằng ghi ảnh SEM, TEM) và cấu trúc
    (ghi giản đồnhiễu xạtia X, phổtán xạRaman). Các quá trình quang điện tử
    6
    trong vật liệu được nghiên cứu bằng các phương pháp quang phổhấp thụvà
    huỳnh quang.
    Chương 3trình bày công nghệchếtạo và các kết quảnghiên cứu vềvi
    hình thái và cấu trúc của chấm lượng tửInP, InP/ZnS; In(Zn)P, In(Zn)P/ZnS
    và GaP xốp.
    Chương 4trình bày các kết quảnghiên cứu vềcác quá trình quang điện
    tửtrong chấm lượng tửInP, InP/ZnS và In(Zn)P, In(Zn)P/ZnS. Hiệu ứng
    giam giữlượng tửthểhiện qua việc mởrộng độrộng vùng cấm năng lượng
    khi kích thước chấm lượng tửgiảm, được chứng minh từphổhấp thụvà phổ
    huỳnh quang thông qua nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độvà thời gian ủ
    mẫu tới kích thước của chúng. Hiệu ứng thụ động hóa các trạng thái bềmặt
    và tăng cường giam giữhạt tải điện trong chấm lượng tửlõi được thểhiện qua
    việc tăng đáng kểhiệu suất huỳnh quang khi chấm lượng tửlõi được bọc lớp
    vỏphù hợp. Huỳnh quang phụthuộc nhiệt độmẫu cho thấy sựtương tác của
    phonon với các hạt tải điện sinh ra do kích thích quang vật liệu.
    Chương 5trình bày các kết quảnghiên cứu tính chất quang của GaP
    xốp. Các kết quảnghiên cứu sựphụthuộc tính chất quang vào điều kiện công
    nghệchếtạo mẫu cho thấy hình thái học của mẫu và tỉlệvềcường độgiữa
    hai vùng của phổhuỳnh quang gần bờvùng và huỳnh quang do tái hợp cặp
    đôno-axépto chịu ảnh hưởng của các điều kiện chếtạo mẫu. Kết quảnghiên
    cứu huỳnh quang phụthuộc nhiệt độchứng tỏtính chất quang của các nano
    tinh thểGaP xốp cũng bị ảnh hưởng của các vi trường tinh thểgây ra bởi các
    dao động mạng giống nhưtrong tinh thểkhối. Chương này cũng trình bày về
    sựgiảm cường độhuỳnh quang theo thời gian già hoá, mà nguyên nhân có thể
    là do sựthay đổi trạng thái trên bềmặt mẫu.
    7
    Ởcuối luận án, danh sách những công trình đã công bốliên quan và
    danh mục các tài liệu tham khảo đã được liệt kê.
    Luận án được thực hiện chủyếu tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Khoa
    học và Công nghệViệt Nam. Một sốmẫu chấm lượng tửbán dẫn hợp kim
    In(Zn)P, In(Zn)P/ZnS được chếtạo tại Phòng thí nghiệm Điện tửlai hữu cơ
    phân tửLEMOH, Trung tâm năng lượng nguyên tửCEA, Grenoble, Cộng
    hoà Pháp.
    8
    CHƯƠNG 1
    TỔNG QUAN VỀVẬT LIỆU BÁN DẪN HỢP CHẤT III-V
    VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CHÚNG
    1.1. Vật liệu bán dẫn hợp chất III-V
    Như đã nói ởphần Mở đầu, chấm lượng tửbán dẫn hợp chất II-VI được
    nghiên cứu mạnh mẽvà một sốkết quảnghiên cứu đã làm sáng tỏcác quá
    trình quang-điện tạo cơsởcho việc triển khai ứng dụng. Tuy nhiên, các hệvật
    liệu trên đều chứa Cd- nguyên tố được xem là độc hại khi tích tụtrong cơthể
    con người. Vì vậy, các lĩnh vực ứng dụng các chấm lượng tửphát quang chứa
    Cd bịhạn chế, đặc biệt với việc sửdụng để đánh dấu huỳnh quang trong các
    đối tượng y-sinh. Do vậy, nhằm tìm kiếm vật liệu không chứa Cd nhưng có
    thểphát quang hiệu suất cao trong vùng phổkhảkiến với đỉnh phổ điều chỉnh
    được theo yêu cầu và kích thước vật liệu trong vùng nano mét (đểcó thểsử
    dụng trong đánh dấu huỳnh quang trên đối tượng y-sinh), một sốphòng thí
    nghiệm trên thếgiới đang tích cực nghiên cứu hệvật liệu bán dẫn hợp chất
    III-V nhưInP, GaP. Hơn nữa họvật liệu bán dẫn này có liên kết cộng hóa trị
    và bán kính Bohr exciton lớn hơn họvật liệu bán dẫn II-VI. Do đó, hiệu ứng
    giam hãm lượng tửthểhiện rất rõ và làm cho chúng trởthành những hợp chất
    được nghiên cứu nhiều khi kích thước trong vùng nano mét. Trong đó, InP là
    vật liệu thu hút được nhiều sựquan tâm, chú ý do có bán kính Bohr exiton lớn
    11,3 nm và độrộng vùng cấm trực tiếp 1,27 eV phát huỳnh quang trong vùng
    phổkhảkiến trải từxanh lam đến hồng ngoại gần. Do đó, các chấm lượng tử
    InP có triển vọng trong một số ứng dụng như đánh dấu trong y-sinh [85, 113],
    chếtạo các LED [36, 40, 114], pin mặt trời [64]và laser lượng tử[84]. Chấm
    lượng tửbán dẫn InP đã được chếtạo thành công bằng nhiều phương pháp
    hoá học khác nhau, có thểkểmột sốcông nghệ điển hình nhưphương pháp




    TÀI LIỆU THAM KHẢO
    Tiếng Việt
    1. 2Nguyễn Quang Liêm (2011), "Chấm lượng tửbán dẫn CdSe, CdTe,
    InP và CuInS2: chếtạo, tính chất quang và ứng dụng", Sách chuyên
    khảo, Nhà xuất bản Khoa học tựnhiên và công nghệ, Hà Nội.
    2. 3Nguyễn Ngọc Long (2007), "Vật lý chất rắn. Nhà xuất bản Đại học
    Quốc gia Hà Nội".
    3. 4Phạm ThịThủy, Dương ThịGiang, Bùi Huy, Liêm N. Q. (2012),
    "Nghiên cứu tính chất quang của GaP xốp", Tạp chí Khoa học Công
    nghệ, đã nhận đăng.
    4. 4Phạm ThịThủy, Ứng ThịDiệu Thúy, Nguyễn Quang Liêm (2009),
    "Nghiên cứu tính chất huỳnh quang của chấm lượng tửbán dẫn
    InP/ZnS", Tuyển tập các báo cáo Hội nghịVật lý chất rắn và Khoa học
    Vật liệu toàn quốc lần thứVI, pp., 957-960.
    5. 5Ứng ThịDiệu Thuý, Nguyễn Quang Liêm (2008), "Chếtạo chấm
    lượng tửCdSe bằng phương pháp hoá sạch", Tạp chí Khoa học và
    Công nghệ 46, p49.
    6. 5Ứng ThịDiệu Thúy, Peter Reiss, Nguyễn Quang Liêm (2009), "Ảnh
    hưởng của Kẽm đến sựhình thành và phát triển của chấm lượng tử
    InP/ZnS huỳnh quang chất lượng cao", Hội nghịVLCR và KHVL toàn
    quốc lần thứ6, Đà Nẵng
    7. 5Ứng ThịDiệu Thúy, Phạm Song Toàn, Nguyễn Quang Liêm (2010),
    "Ảnh hưởng của pH đến sựhình thành và phát triển của chấm lượng tử
    CdTe", Tạp chí Khoa học và Công nghệ 48, pp.127-133.
    124
    Tiếng Anh
    8. A. Debernardi (2000), "Anharmonic effects in the phonons of III-V
    semiconductors: first principles caculations", Sol. Stat. Commu 113,
    pp.1-10.
    9. A. Debernardi, C. Ulrich, M. Cardona, K. Syasen (2001), "pressure
    dependence of Raman linewidth in semiconductors", Phys. stat. sol
    213, p223.
    10. Andreev T., Liem N. Q., Hori Y., Tanaka M., Oda O., Dang L. S. D.,
    Daudin B. ( 2006), " Optical transitions in Eu3+ ions in GaN:Eu grown
    by molecular beam epitaxy ", Phys. Rev. B 73, p195203.
    11. Andreev T., Liem N. Q., Hori Y., Tanaka M., Oda O., Dang L. S. D.,
    Daudin B. (2006), "Eu3+location in Eu-doped GaN thin films and
    quantum dots", Physica Status Solidi C 3, pp.2026-2029.
    12. Andreev T., Liem N.Q., Hori Y., Monroy E., Gayral B., Tanaka M.,
    Oda O., Dang L. S. D., Daudin B. (2005), " Eu locations in Eu-doped
    InGaN/GaN quantum dots", Appl. Phys. Lett. 87, p021906.
    13. Andreev T., Liem N.Q., Hori Y., Monroy E., Tanaka M., Oda O.,
    Daudin B., Dang L. S. D. ( 2006)," Comparative optical study of
    Eu3+ ions doping in InGaN/GaN quantum dots and GaN layer grown
    by molecular beam epitaxy", Optical Materials 28, pp. 775-779.
    14. Andreev T., Liem N.Q., Hori Y., Tanaka M., Oda O., Dang L. S. D.,
    Daudin B., Gayral B. (2006), "Optical study of excitation and deexcitation of Tm in GaN quantum dots",Phys. Rev. B 74, p155310.
    15. Anedda A., Serpi A., Karavanskii V. A., Tiginyanu I. M., Ichizli V. M.
    (1995), "Time resolved blue and ultraviolet photoluminescence in
    porous GaP", Appl. Phys. Lett 67, p3316.

    Xem Thêm: Nghiên cứu chế tạo và một số cơ chế kích thích và chuyển hoá năng lượng trong vật liệu bán dẫn hợp chất III-P cấu trúc nano
    Nội dung trên chỉ thể hiện một phần hoặc nhiều phần trích dẫn. Để có thể xem đầy đủ, chi tiết và đúng định dạng tài liệu, bạn vui lòng tải tài liệu. Hy vọng tài liệu Nghiên cứu chế tạo và một số cơ chế kích thích và chuyển hoá năng lượng trong vật liệu bán dẫn hợp chất III-P cấu trúc nano sẽ giúp ích cho bạn.
    Lần sửa cuối bởi webtailieu, ngày 15-08-2014 lúc 21:59.
    #1
  7. Đang tải dữ liệu...

    Chia sẻ link hay nhận ngay tiền thưởng
    Vui lòng Tải xuống để xem tài liệu đầy đủ.

    Gửi bình luận

    ♥ Tải tài liệu

social Thư Viện Tài Liệu
Tài liệu mới

Từ khóa được tìm kiếm

Nobody landed on this page from a search engine, yet!

Quyền viết bài

  • Bạn Không thể gửi Chủ đề mới
  • Bạn Không thể Gửi trả lời
  • Bạn Không thể Gửi file đính kèm
  • Bạn Không thể Sửa bài viết của mình
  •  
DMCA.com Protection Status