Phổ tãn xạ Raman của ác tinh thể nano bán dẫn CdS pha tạp Mn

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 4(44) Tập 2/N¨m 2007

38

Phổ tán xạ Raman của các tinh thể nano bán dẫn CdS pha tạp Mn

Chu Việt Hà - Vũ Thị Kim Liên (Trường ĐH Sư phạm - ĐH Thái Nguyên)

Nguyễn Xuân Nghĩa ( Viện Khoa học Vật liệu - Viện KH&CN Việt Nam)

Lê Tiến Hà (Trường Đại học Mỏ Địa chất)

1. Giới thiệu

Trong những năm gần đây, khoa học và công nghệ nano đang thu hút được sự quan tâm

nghiên cứu đặc biệt do khả năng ứng dụng nhiều triển vọng của vật liệu nano vào đời sống. Các

vật liệu kích thước nano có những tính chất rất mới so với vật liệu khối, chúng chiếm một vị trí

rất quan trọng trong lĩnh vực quang tử. Do hiệu ứng giam giữ lượng tử, các tính chất quang của

các tinh thể nanocó thể được điều khiển thông qua kích thước và thành phần hoá học của chúng. Các

tinh thể nano bán dẫn đang được nghiên cứu cho các ứng dụng trong dán nhãn sinh học và hiện ảnh

tế bào, cho các dụng cụ quang điện và quang học như các mạch chuyển đổi hoàn toàn bằng quang,

pin mặt trời, các diode phát sáng, và các nguồn laser, các sensor sinh học và sensor khí [1].

Các tinh thể nano bán dẫn (hay các chấm lượng tử bán dẫn) phổ biến nhất dựa trên vật

liệu AIIBVI. Trong số đó, các tinh thể nano Cadmium Sunfua (CdS) và Cadmium Selenua (CdSe)

là các hệ chấm lượng tử điển hình được dùng để nghiên cứu hiệu ứng giam giữ lượng tử trong

giới hạn giam giữ mạnh, mà trong đó các hiệu ứng về kích thước lượng tử thể hiện rõ nét. Đồng

thời hiện nay người ta đang tìm cách đưa các tâm quang học vào nano tinh thể nền nhằm nâng

cao hiệu suất phát xạ của chúng, các hệ này được gọi là các chấm lượng tử pha tạp. Các tâm

quang học được chọn là các ion kim loại chuyển tiếp trong đó có Mn, có bước sóng phát xạ nằm

trong vùng nhìn thấy. Lần đầu tiên, tại phòng Thí nghiệm Quang học và Quang phổ - Khoa Vật

lý, Đại học Sư phạm Thái Nguyên, chúng tôi đã nghiên cứu chế tạo thành công các tinh thể nano

bán dẫn CdS và CdS pha tạp Mn (CdS:Mn) bằng phương pháp hoá học. Để nghiên cứu ảnh

hưởng của hiệu ứng kích thước lượng tử đến tương tác điện tử - phonon trong các chấm lượng

tử CdS:Mn, chúng tôi tiến hành đo phổ tán xạ Raman. Đây là một trong những phương pháp

hữu hiệu cung cấp những thông tin về thành phần của mẫu, cấu trúc và các trạng thái dao động

điện tử trong các hệ bị giam giữ mà không cần phá huỷ mẫu [2, 3].

2. Thực nghiệm

Các tinh thể nano bán dẫn CdS:Mn được chế tạo bằng phương pháp keo hoá học từ các muối

của cadmium, lưu huỳnh và Mn (Cd(CH3COO)2.2H2O, C2H5NS và Mn(CH3COO)2.2H2O). Chất

bẫy bề mặt sử dụng để khống chế kích thước của các tinh thể nano CdS được dùng là 3-

mercaptopropyltrimethoxysilane (MPS) cùng với dung môi là methanol.

Các tinh thể nano CdS được tiến hành đo phổ tán xạ Micro - Raman bằng máy quang

phổ Micro - Raman LABRAM - 1B của hãng Jobin - Yvon (Pháp) có tại viện Khoa học Vật

liệu, thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt nam, với nguồn sáng kích thích là Laser He - Ne,

với cấu hình tán xạ ngược. Từ phổ tán xạ Raman, có thể quan sát thấy các mode dao động đặc

trưng cho tinh thể tương ứng, và từ sự mở rộng vạch phổ và sự dịch đỉnh của vạch phổ dao

động, kích thước của các tinh thể nano cũng có thể được ước tính.