Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Luận văn ThS. Vật liệu và linh kiện Nano -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2012
Tổng quan về chất lượng tử và PMMA polyme. Trình bày các phương pháp nghiên cứu và đánh giá: phương pháp quang phủ (spin coating); tạo mạng bằng phương pháp bốc bay nhiệt chân không; chụp ảnh bề mặt (SEM); phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis; phương pháp đo phổ quang –huỳnh quang (PL); đo đặc trưng I-V của linh kiện; phép đo phổ hòng ngoại FTIR. Đưa ra kết quả nghiên cứu và thảo luận: chế tạo chấm lượng tử cdse; chế tạo màng tổ hợp nano CdSe/PMMA; phân bố chấm lượng tử CdSe nc-PMMA trong PMMA polymer; phép đo FT-IR; phép đo I-V; phổ hấp thụ của chấm lượng tử và vật liệu tổ hợp nano; kết quả đo huỳnh quang; phéo đo điện quang
Chƣơng I Chấm lƣợng 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
6
1.5 PMMA polyme........................................................................................... 29
Chƣơng III - Các phƣơng 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
Chƣơng 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
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.
CHƢƠNG I - CHẤM LƢỢNG TỬ, CÁC TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG
1.1 Giới thiệu chung về chấm lƣợng 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 hay 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,
d
y, 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 nz = 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
∆k
x→0. Tuy nhiên, sự phân bố các đường lại có tính gián đoạn, bởi vì
dọc theo các trục ky và kz chỉ tồn tại các giá trị năng lượng gián đoạn. (b)
Mật độ trạng thái g1d(E) trong phạm vi một đường dọc theo trục kx tỷ lệ
với E-1/2 . Mỗi đường hypecbol trên hình tương ứng với một trạng thái
( ky ,kz ) 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 g0d(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:
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
chấm lượng tử.
Như vậy, chấm lượng tử (Quantum dots, QDs) là các tinh thể nano bán
dẫn, có kích thước từ vài nm tới vài chục nm, thường có dạng hình cầu. Chấm
1.4
1.5
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Luận văn ThS. Vật liệu và linh kiện Nano -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2012
Tổng quan về chất lượng tử và PMMA polyme. Trình bày các phương pháp nghiên cứu và đánh giá: phương pháp quang phủ (spin coating); tạo mạng bằng phương pháp bốc bay nhiệt chân không; chụp ảnh bề mặt (SEM); phương pháp đo phổ hấp thụ UV-Vis; phương pháp đo phổ quang –huỳnh quang (PL); đo đặc trưng I-V của linh kiện; phép đo phổ hòng ngoại FTIR. Đưa ra kết quả nghiên cứu và thảo luận: chế tạo chấm lượng tử cdse; chế tạo màng tổ hợp nano CdSe/PMMA; phân bố chấm lượng tử CdSe nc-PMMA trong PMMA polymer; phép đo FT-IR; phép đo I-V; phổ hấp thụ của chấm lượng tử và vật liệu tổ hợp nano; kết quả đo huỳnh quang; phéo đo điện quang
Chƣơng I Chấm lƣợng 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
6
1.5 PMMA polyme........................................................................................... 29
Chƣơng III - Các phƣơng 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
Chƣơng 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
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.
CHƢƠNG I - CHẤM LƢỢNG TỬ, CÁC TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG
1.1 Giới thiệu chung về chấm lƣợng 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 hay 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,
d
y, 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 nz = 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
∆k
x→0. Tuy nhiên, sự phân bố các đường lại có tính gián đoạn, bởi vì
dọc theo các trục ky và kz chỉ tồn tại các giá trị năng lượng gián đoạn. (b)
Mật độ trạng thái g1d(E) trong phạm vi một đường dọc theo trục kx tỷ lệ
với E-1/2 . Mỗi đường hypecbol trên hình tương ứng với một trạng thái
( ky ,kz ) 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 g0d(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:
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
chấm lượng tử.
Như vậy, chấm lượng tử (Quantum dots, QDs) là các tinh thể nano bán
dẫn, có kích thước từ vài nm tới vài chục nm, thường có dạng hình cầu. Chấm
1.4
1.5
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
