Nghiên cứu các tính chất quang của bán dẫn vùng cấm rộng.PDF

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
ĐỄ TÀI:
N G H IÊ N CỨU CÁC TÍN H CH ẤT Q U A N G CỦA
BÁ N DẪN VỪNG C Â M R Ộ N G
Mã số: QT- 06-12
Chủ trì đề tài : TS. Phạm Văn Bển
Các cán bộ tham gia : CN. Phan Thanh Chương
TS. Đàm Hiếu Chí
ThS. Hoàng Chí Hiếu
CN. Bùi Hồng Vân
CN. ifcnrKrarGht -I
■J*| H O C Q UO C GIA HA
I ~f?ụNG TÃ IV * — ~~' I(Z 'ự .Ị fHi' /1Ệ(•
I
____
^ /: ^
HÀ NỘI - 2006
BÁO CÁO TÓM TẮT
ĐỂ TẢI: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT QUANG CỦA
BÁN DẪN VÙNG CẤM RỘNG
MÃ SỐ : QT- 06 -12
CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI : TS. PHẠM VĂN BỂN
CÁC CÁN BỘ THAM GIA: CN. PHAN THANH CHƯƠNG
TS. ĐÀM HIẾU CHÍ
THS. HOÀNG CHÍ HIẾU
CN. BÙI HỔNG VÂN
CN. ĐÀO KIM CHI
1. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
+ Xây dựng quy trình chế tạo bột phát quang ZnS bằng phương pháp gốm
+Nghiên cứu các tính chất quang của một số bán dẫn vùng cấm rộng: ZnS,

Znj.xFexSe (0< x< 0.1727)
2. Các kết quả đạt được
+ Tìm hiểu lý thuyết về cấu trúc tinh thể, cấu trúc vùng năng lượng và các tính chất
quang của bán dẫn vùng cấm rộng
+ Xây dựng quy trình chế tạo bột phát quang ZnS bằng phương pháp gốm
+ Nghiên cứu phổ phát quang của một số bán dẫn vùng cấm rộng: ZnS ,
Zn!_xFexSe (0< x< 0.1727)
* Kết quả đào tạo: 02 sinh viên bậc cử nhân
* Các công trình công bố:
+ 01 báo cáo khoa học tại Hội nghị Quang học, Quang phổ toàn quốc lần thứ IV,
Cần Thơ 15 -19/8/2006.
+ 01 báo cáo khoa học tại Hội nghị Khoa học Khoa Vật lý - Trường Đại học Khoa
học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, 15/10/ 2006.
3. Tình hình sử dụng kinh phí.
Tổng kinh phí được cấp : 15.000.000đ
+ Tiền điện, nước và xây dựng cơ sở vật chất 600.000đ
+ Vật tư văn phòng : 500.000đ
+ Hội nghị, in ấn báo cáo : 1.800.000đ
+ Công tác phí, tàu xe : 400.000đ
1
+ Thuê mướn
+ Vật tư hoá chất
+ Chi phí nghiệp vụ chuyên môn
+ Hỗ trợ đào tạo nghiên cứu khoa học
XÁC NHẬN CỦA BCN KHOA VẬT LÝ
PGS.TS. Nguyễn Thê Bình
: 5.600.000đ
: 3.100.000
: 2.400.000đ
: 600.000đ

CHỦ TRÌ ĐỂ TÀI
TS. Phạm Văn Bền
BRIEF REPORT
TITLE: INVESTIG ATION ON THE OPTICAL PROPETIES OF
SEM ICONDUCTORS W ITH THE WIDE FORBIDDEN BAND GAP
CODE: QT- 06-12
COOR DIMATOR : PHAM VAN BEN
KEY IMPLEMENTS: PHAN THANH CHUONG
DAM HIEU CHI
HOANG CHI HIEU
BUI HONG VAN
DAO KIM CHI
1. Objective and Matter of this study:
+ Construct the process of producing luminophor ZnS by ceramit method.
+ Investigate the optical properties of some wide forbidden band gap
semiconductors: ZnS, Zn] xFexSe (0 < X < 0.1727)
2. Main results:
We succeeded in:
+ Carrying out the theory of crystal, energy gap structure and optical properties of
wide forbidden band gap semiconductors.
+ Construct the process of producing luminophor ZnS by ceramit method.
+ Investigate luminescent spectrum of some wide forbidden band gap
semiconductors : ZnS, Znl xFexSe (0 < X < 0.1727)
+ Education results: 2 bachelor theses
Publications: 2 papers
1 paper on Fourth National Conference on Optics and Spectroscopy, Can Tho. 15-
19 August 2006.
1 paper on confference of physics fuculty, HUS, VNU, 11/10/2006
3
MỤC LỤC

Trang
I. MỞ ĐẦU 5
II. NỘI DUNG 5
1. Cấu trúc tinh thể, cấu trúc vùng năng lượng và các 5
tính chất quang của bán dẫn vùng cấm rộng
a. Cấu trúc tinh thể của bán dẫn vùng cấm rộng 5
b. Cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn vùng cấm rộng 7
c. Ánh hưởng của tạp chất lên cấu trúc mạng tinh thể,
hằng số mạng và pha từ của bán dẫn vùng cấm rộng 9
d. Ảnh hưởng của tạp chất lên cấu trúc vùng năng lượng của
bán dãn vùng cấm rộng 10
e. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ rộng vùng cấm của bán dẫn
vùng cấm rộng 14
f. Các cơ chế hấp thụ trong bán dẫn vùng cấm rộng 16
g. Các cơ chế tái hợp bức xạ trong bán dẫn vùng cấm rộng 19
2. Quy trình chế tạo và nghiên cứu phổ phát quang ZnS bàng phương
pháp gốm 24
á. Mở đầu 24
b. Quy trình chế tạo bột phát quang ZnS bằng phương pháp gốm 24
c. Phổ phát quang của ZnS 25
d. Kết luận 27
3. Phổ phát quang của tỉnh thể Zn!.xFexSe 27
a Mở đẩu 27
b. Mẫu nghiên cứu và thiết bị thực nghiêm 28
c. Kết quả và biện luận 28
d. Kết luận 31
r a . KẾT LUẬN 31
IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO 3 2
V. PHỤ LỤC
4

I. MỞ ĐẨU
Các bán dẫn vùng cấm rộng loại A2B6, A3B5 với độ rộng vùng cấm khoảng
một vằi electron vôn như: ZnSe, ZnS, CdTe, CdS, ZnO.v.v. được ứng dụng rộng rãi
trong các dụng cụ quang điện tử. Chúng dùng để chế tạo các đi ốt phát quang, quang
trở, những cửa sổ trong suốt trong vùng khả kiến và hồng ngoại gần [1, 2, 3, 4],
Trong phổ phát quang của các bán dẫn này từ 4,2K đến 300K, ngoài những vạch đặc
trưng cho sự tái hợp bức xạ của các exciton tự do, exciton liên kết trên các donor,
acceptor, các electron tự do từ vùng đẫn xuống các mức tạp chất, còn xuất hiện các
đám rộng đặc trưng cho sự tái hợp bức xạ của các cặp donor - acceptor [5, 6, 7, 8, 9].
Khi pha các kim loại chuyển tiếp như Mn, Fe, Ni, Co với vỏ điện tử 3d
chưa lấp đầy vào các bán dẫn vùng cấm rộng sẽ tạo thành các bán dẫn bán từ. Các
iôn của các kim loại trên (gọi là các iôn từ) sẽ tạo nên trong vùng cấm của các bán
dẫn này những mức năng lượng xác định. Vì thế trong phổ phát quang của các bán
dẫn vùng cấm rộng còn xuất hiện những vạch đặc trưng cho sự tái hợp bức xạ của
các pôlarôn từ liên kết, các đám phát quang đặc trưng cho các iôn từ và phổ phát
quang của chúng được chuyển sang vùng hồng ngoại gần [10, 11, 12, 13, 14].
Nhằm làm sáng tỏ một vài cơ chế tái hợp bức xạ và khả năng ứng dụng của
các bán dẫn vùng cấm rộng, chúng tôi thực hiện đề tài: Nghiên cứu các tính chất
quang của bán dẫn vùng cấm rộng
II. NỘI DUNG
l.Cấu trúc tinh thể, cấu trúc vùng năng lượng và các tính chất quang của bán
dẫn vùng cấm rộng
a. Cấu trúc tinh thể của bán dẫn vùng cấm rộng
Các tinh thể A2B6 A3B5 được tạo thành từ các kim tử nhóm 2 hoặc 3 (A) và các
nguyên tử á kim nhóm 6 hoặc 5 (B) liên kết với nhau theo dạng hỗn hợp iổn và cộng
hóa trị (ví dụ như ZnS :77% là liên kết iôn và 23% là liên kết cộng hóa trị). Trong
liên kết iôn các nguyên tử kim loại A cho hai điện tử hóa trị để trở thành iôn hóa trị
dương hai A2+ có cấu hình điện tử ở lớp ngoài cùng 3d2p6d10, các nguyên tử á kim B
nhận hai điện tử trở thành iôn hóa trị âm hai B2' có cấu hình lớp điện tử ngoài cùng
3s2p6. Trong liên kết cộng hóa trị mỗi nguyên tử A hay B đều đóng góp vào liên kết

chung 4 điện tử để tạo thành cấu hình đầy đủ của lớp vỏ điện tử. Nguyên tử A sẽ trở
thành iôn hóa trị âm hai A2" có cấu hình điện tử ngoài cùng 4s'p? còn nguyên tử B sẽ
trở thành iôn hóa trị dương hai B2+ với cấu hình lớp vỏ ngoài cùng 3s'p\
Các nguyên tử A và B liên kết với nhau theo một cấu trúc tuần hoàn, tạo thành
tinh thể. Có nhiều dạng hình thù khác nhau của tinh thể bán dẫn vùng cấm rộng,
nhưng đều xuất phát từ hai dạng cơ bản: đó là cấu trúc lập phương (sphalerite hay
zincblende) và cấu trúc lục giác (wurtzite). Việc tinh thể nhận cấu trúc lục giác hoặc
5
lập phương là tùy thuộc vào nhiệt độ và bản chất của từng hợp chất bán đẫn. Với tinh
thể ZnS thuộc nhóm A2B6 thì ở nhiệt độ nung nhỏ hơn 950°c tinh thể này thường có
cấu trúc lập phương ở nhiệt độ từ 950° đến 1020°c thì có khoảng 70% ZnS ở dạng
cấu trúc lục giác và ở nhiệt độ từ 1020°c đến 1200°c, ZnS hoàn toàn ở dạng cấu trúc
lục giác. Như vậy có thể xem 1020°c là nhiệt độ chuyển pha từ cấu trúc lập phương
sang cấu trúc lục giác. Với các tinh thể thuộc nhóm A3B5 thì mạng tinh thể của
chúng thường có cấu trúc dạng lập phương.
Tuy nhiên không thể xác định được khoảng nhiệt độ ổn định cho từng dạng
cấu hình của tinh thể. Với CdTe, cấu trúc dạng lục giác chỉ quan sát thấy ở mầu
màng còn cấu trúc dạng lập phương quan sát thấy ở mẫu rắn. Dù ở dạng cấu trúc lập
phương hay cấu trúc lục giác thì trong liên kết trật tự gần, mỗi nguyên tử A2 (hay B6)
đều nằm ở tâm của hình tứ diện tạo bởi bốn nguyên tử B6 (hay A2).
Hình 1: Cấu trúc của bán dẫn vùng cấm rộng
a : Dạng lập phương ( Sphalerite hay Zincblende )
b : Dạng lục giác ( hay Wurtzite ) 0
Nguyên tử A đượcký hiệu là : ^
Nguyên tử B được ký hiệu là: W
* Cấu trúc dạng lập phương (sphalerite hay zincblende)
Cấu trúc dạng lập phương được xây dựng trên cơ sở xếp quy luật xếp cầu của
hình lập phương với các đỉnh là nguyên tử B (S) được ký hiệu là o . Các nguyên tử A
(Zn) nằm trong một nửa số hồng bốn mặt, các hỗng A (Zn) được ký hiệu là # định
hướng song song với nhau (hình 1 a)

Nhóm đối xứng không gian của Sphalerite là: T2d F'43m. Ở cấu trúc Sphalerit
mỗi ô mạng nguyên tố có 4 phân tử A2B6 (ZnS). Mỗi nguyên tử A (Zn) đươc bao
quanh bởi 4 nguyên tử B (S) được đặt trên các đỉnh của tứ diện ở cùng khoảng cách
V3 —, trong đó a là hằng số mạng. Ngoài ra bất kỳ một nguyên tố nào thuộc cùng
4 ■ -
6
một loại cùng được bao quanh bởi 12 nguyên tử cùng loại đó ở khoảng cách V2 —,
trong đó 6 nguyên tử đặt ở đỉnh của lục giác nằm trên cùng một mặt phẳng, 6
nguyên tử còn lại tạo thành một phản lăng kính tam giác. Nếu đặt các nguyên tử của
một nguyên tố B (S) ở các nút mạng lập phương, tâm mạng có tọa độ cầu là (0, 0, 0)
thì các nguyên tử của nguyên tố kia tại các nút mạng của tinh thể Sphalerite này,
nhưng với nút mạng đầu có tọa độ (1/4, 1/4, 1/4). Khi đó 4 nguyên tử B (S) ở các vị
trí (0, 0, 0); (1, 1/2, 1/2); (1/2, 0, 1/2); (1/2, 1/2, 0) và 4 nguyên tử A (Zn) ở các vị trí
(1/4, 1/4, 1/4); (1/4, 3/4, 3/4); (3/4, 1/4, 3/4); (3/4, 3/4, 1/4). [3]
* Cấu trúc dạng lục giác (hay wurtzite)
+ Cấu trúc dạng lục giác (hay Wurtzite) được xây dựng dựa trên cơ sở quy
luật xếp cầu theo hình 6 cạnh của các nguyên tử B (S) được ký hiệu là trong đó
một nửa số hỗng bốn mặt chứa nguyên tử A được ký hiệu là định hướng song song
với nhau ( hình lb ) .
Nhóm đối xứng không gian của cấu trúc lục giác là: (J*6ự - P63mc.
ở cấu trúc Wurtzite, mỗi mạng nguyên tố cũng chứa 4 phân tử A2B6 (ZnS). Tọa độ
của mỗi nguyên tử A được bao quanh bởi 4 nguyên tử B (Z) đặt trên các đỉnh tứ diện
ở cùng khoảng cách [a2/3 + c2(u - 1/2)2]1/2, trong đó a là hằng số mạng, u là hằng số
mạng dọc theo trục z. Ngoài ra bất kỳ một nguyên tố nào thuộc cùng một loại cũng
được bao quanh bởi 12 nguyên tử cùng loại đó, trong đó có 6 nguyên tử ở đỉnh của
một lục giác nằm trong cùng mặt phẳng với nguyên tử đầu và cách nó một khoảng là
a, 6 nguyên tử kia ở đỉnh mặt lăng trụ có đáy là một tam diện ở khoảng cách bằng
2
2
[— + — ] 1 2 . Các tọa độ của các nguyên tử A (Zn) là (0, 0, 0); (1/3, 2/3, 1/2); và

3 4 ’ '
các tọa độ của các nguyên tử B(S) là (0, 0,4); (1/3, 2/3, 1/2 + u). [3]
b. Cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn vùng cấm rộng
Trong các bán dẫn do sự tương tác giữa các nguyên tử đặt gần nhau mà dẫn
đến các mức năng lượng của các nguyên tử bị dịch chuyển, tách mức, và mở rộng tạo
thành vùng gọi là vùng năng lượng. Có hai loại vùng; vùng hóa trị và vùng dẫn.
Vùng choán toàn bộ các electron và được tạo nên từ các mức năng lượng của các
electron bên trong của các nguyên tử tự do gọi là vùng hóa trị. Vùng choán một phần
các electron hoặc tự do và được tạo nên từ các mức năng lượng của các electron bên
ngoài của các nguyên tử cách ly gọi là vùng dẫn. Giữa vùng hóa trị và vùng dẫn là
vùng cấm. Khoảng cách năng lượng giữa đỉnh vùng hóa trị và đáy vùng dẫn gọi là độ
rộng vùng cấm Eg. Vói bán dẫn vùng cấm rộng thì Eg có giá trị từ 1 eV đến vài eV,
nên bằng chuyển động nhiệt, các electron không thể chuyển từ vùng hóa trị lên vùng
dẫn. Nhưng nhờ các kích thích bên ngoài như nhiệt năng, quang năng các electron
nhận thêm năng lượng chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn.
Để xác định phổ năng lượng của các elecctron trong các hợp chất bán dẫn ta
phải giải phương trình Shrodinger:
7
Việc tính toán lý thuyết năng lượng E(k) ngay cả đối với các tinh thể bán dẫn
đơn giản cũng rất phức tạp.Với dạng cấu trúc vùng năng lượng đơn giản nhất khi
vùng không bị lấp đầy thấp nhất có cực tiểu ở tâm vùng Brillouin và với trường hợp
không suy biến (k = 0) thì ở gần giá trị cực tiểu, năng lượng có thể phân tích theo
chuỗi lũy thừa sau:
E(k) = E0 + Ak2x + Bk2y + Ck2z + các số hạng bậc cao (2)
Trong đó: kx, ky, kz là ba thành phần của véc tơ sóng k
A, B, c là các hằng số dương
+ Trường hợp tinh thể có cấu trúc lập phương thì A = B = c, nãng lượng tính
cho đáy vùng nhận giá trị sau:
= + + (3)
2 me 2 me

Trong đó Ịfi là khối lượng hiệu dung của electron
Tương tự ở gần giá trị năng lượng cực đại trong vùng Brillouin với k = 0 ta có
nãng lượng.
E(k) = E’o -A k ỉ-B k Ị - C k ỉ (4)
Với tinh thể có cấu trúc lập phương A = B = c ta có
E M = É .~ 7 T —- k \ + k \ + * ’ )= É t - Ẩ k 1 (5)
2 mh lnìh
Trong đó m* là khối lượng hiệu dụng của lỗ trống.
Đổ thị của E(k) theo k ứng với vùng hoá trị và vùng dẫn đều có dạng parabol. Khi
cực tiểu của năng lượng vùng dẫn và cực đại của năng lượng của vùng hoá trị đều
nằm ở k = 0 ta có chuyển dời điện tử thẳng hay chuyển mức thẳng(hình 2a).
Khi cực tiểu của năng lượng vùng dẫn và cực đại của nãng lượng của vùng hoá trị
nằm ở k khác nhau ta có chuyển mức điện tử nghiêng hay chuyển mức nghiêng (hình
2b).
Khoảng cách về mặt nãng lượng giữa đáy vùng dẫn và đỉnh vùng hoá trị gọi là
độ rộng vùng cấm.
Eg = E0- E 0’ = EC- E V (6)
Hiy = E(k)iịí (1)
8
Ạ E(k) A E ík)
Ec
Ev
Hình 2: Chuyển mức thẳng (a) và chuyển mức nghiêng (b)
trong bán dẫn vùng cấm rộng
c. Ảnh hưởng của tạp chất lên cấu trúc mạng tinh thể, hàng sô mạng và pha từ
của bán đẫn vùng cấm rộng
Khi đưa các nguyên tử tạp chất vào trong các bán dẫn đơn hay bán dẫn họp
chất thì các nguyên tử tạp chất đã thay thế các nguyên tử chính của mạng tinh thể.
Khi đó, tính chất tuần hoàn của mạng tinh thể bị vi phạm, vì thể mà cấu trúc tinh
thể, cấu trúc vùng năng lượng, tính chất điện, tính chất từ và tính chất quang của bán

dẫn pha tạp bị thay đổi.
+về cơ bản sự có mặt của các nguyên tử tạp chất trong khoảng nồng độ nhỏ vẫn
không làm thay đổi cấu trúc mạng tinh thể của chúng so với khi chưa pha tạp, nhưng
hàng số mạng a của tinh thể bị thay đổi (bị giảm)
+ Với Cd].xMnxTe: thì a bị giảm theo quy lu ậ t:
a = 6,487- 0,149x (A°) (7)
+ Ngoài ra, với bán dẫn loại bán từ : như bán dẫn vùng cấm rộng A2B6 pha
nguyên tố kim loại chuyển tiếp với lớp vỏ 3d chưa lấp đầy : Mn, Fe, Ni, Co thì sự
có mặt của các iôn từ này có thể làm thay đổi pha tử của các bán dẫn.
Ví dụ: Xét tinh thể Cdi_xMnxTe .
9
cần thiết để bứt một trong năm điện tử p iớn hơn độ rộng vùng cấm (tức là lớn hơn
năng lượng bứt một điện tử trong liên kết hóa học). Ngoài ra, bán kính iôn Mn
trong mạng tinh thể cùng bậc với bán kính iôn Cd2+, vì thế khả năng hòa tan của
chúng rất cao và có thể tạo nên các bán dẫn bán từ Cdi_xMnxTe trong một khoảne
nồng độ khá rộng (có thể đạt tới X = 0,7). Tùy thuộc vào nồng độ thành phần X cùa
Mn mà chúng có thể tồn tại ở ba pha: thuận từ (0< X <0,2), spin - glass
(0,2 < X < 0,6) và phản sắt từ (0,6< X < 0,7) (hình 3)
Hình 3. Giản đồ pha thuận từ (P), spin - glass (S) và phản sắt từ (A) của bán dẫn
bán từ Cdi_xMnxTe
d. Ảnh hưởng của tạp chất lên cấu trúc vùng năng lượng của bán dẫn
vùng cấm rộng
+ Bằng thực nghiệm, người ta thấy rằng đối với đa số các hợp chất bán dẫn vùng cấm
rộng, khi tăng nồng độ của tạp chất trong một khoảng nào đó thì độ rộng vùng cấm
của chúng tăng (hình 4).
+ Ví dụ : Với tinh thể ZnSxSe!_x, sự phụ thuộc của độ rộng vùng cấm của ZnSe vào
nồng độ X của s được xác định bằng công thức :
Eg(x) = Ea(x) + Ej(x) (8)
Trong đó :
Ea(x) là năng lượng của photôn ứng với các vạch exciton cơ bản trong phổ

phản xạ exciton tự do.
Eị(x) là năng lượng liên kết của exciton tự do.
10
Eg
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8
Hình 4: phụ thuộc độ rộng vùng cấm Eg của tinh thể
Cd^M n xTe vào nồng độ X của Mn ở 300 K
X
Hình 5 : Sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm Eg của ZnSxSe,.x
vào nồng độ X của s ở 78 K
+ Sự có mặt của các iôn từ Fe2/3+ và Mn2+ vẫn giữ cho các bán dẫn bán từ
Cd|.xFexTe, C d ^ M n J e có cấu trúc Zinc -blende trong khoảng nồng độ (0 < x< 0,7
) chỉ khi có tác dụng của từ trường ngoài mới thay đổi đáng kể cấu trúc của chúng.
Do các iôn từ có mômen spin định xứ tổng cộng khác không mà xảy ra tươne tác
spin - spin giữa các điện từ 3d của các iôn từ với các điện tử dẫn (hay còn £ỌÌ là
tươns tác trao đôi s-d). Độ lớn của năng lượng tương tác này tùy thuộc vào sự trật tự
11
hóa của các iôn từ Fe2/3+, Mn2+ trong tinh thể CdTe. Nếu các tinh thể Cd].xFexTe.
Cd).xMnxTe ở pha thuận từ thì tương tác giữa các iôn từ với nhau yếu, còn tương tác
trao đổi s-d biểu hiện mạnh, khiến độ rộng vùng cấm của tinh thể giảm. Hiện tượng
này đã được quan sát thấy trong phổ hấp thụ của Cdi.xFexTe và phổ phát quang của
Zri|.xMnxSe. Ngược lại khi các tinh thể ở pha spin- glass và đặc biệt là pha phản sất
từ, tương tác trao đổi s-d nhỏ hơn tương tác của các iôn từ với nhau, do đó dẫn đến
sự tăng dị thường độ rộng vùng cấm. Hiện tượng này được quan sát thấy trong phô
hấp thụ của Cd]_xMnxTe (0,4<x< 0,70) và phổ phát quang của Zni_xMnxSe (hình 6).
Bảng 1 : Vị trí các vạch phản xạ exciton cơ bản EA(x) và sự phụ thuộc độ rộng vùng
cấm của tinh thể ZnSxSe,_x vào nồng độ X của s ở 77 K.
Nồng độ X
Ea(x)
Eg(x) (eV)

MA°)
Ea (eV)
0.00
4439.1 2.791
2.811
0.45
4484.9
2.892 2.913
0.23 4204.5 2.949 2.969
0.26 4181.0 2.966 2.986
0.48 3911.0 2.3169 3.192
0.52 3855.0
3.227
3.239
0.62 3741.0 3.313
3.339
0.88 3519.0 3.522
3.550
0.9
3493.0 3.548
3.576
0.97 3341,0 3.710
3.739
1.00
3266.8 3.793
3.822
Hình 6: Sự phụ thuộc vị trí vạch exciton tự do của Znl x Mn, Se
vào nồng độ X của Mn
12
+ Để giải thích hiệu ứng trật tự từ liên quan đến tương tác trao đổi s-d nêu ở trên,

R.B.Bylsma, W.M.Becker và J.Diouri, J.P.Lascaray đã dùng Hamilton tương tác:
Hu = -/ỉữx .ỵ j(r ~ R J)s.SJ
(9)
Trong đó: X - nồng độ của các iôn từ
J30 - hệ số tỷ lệ đặc trưng cho bản chất của các iôn từ.
s - Spin của điện tử đẫn ở vị trí r
Sj _ Spin của iôn từ thứ J ở vị trí Rj
J (r-Rj) - tích phân trao đổi
+ Sau khi lấy trung bình Hamiltơn tương tác này theo tất cả các momen từ
định xứ và tính đến sự phân bố ngẫu nhiên của các iôn từ trong tinh thể, phép tính
gần đúng của R.B.Bylsma, W.M.Becker áp dụng cho pha thuận từ của Zni_xMnxTe
đã tiên đoán sự giảm độ rộng vùng cấm. Ngược lại, phép tính gần đúng của
J.Diouri, J.P.Lascaray áp dụng cho pha phản sắt từ của Cd!.xMnxTe ở vùng nhiệt độ
thấp và T « TNeei đã tiên đoán sự tăng độ rộng vùng cấm .Vùng dẫn và vùng hóa trị
ở K = 0 đều bị dịch chuyển với số gia năng lượng tương ứng :
AE c =
AE
ỊC_ nỵ
4 2
4 2
eqc
s
ỉ \ eqv
c <7 2
(10)
(11)
Trong đó : me\ mp* là các khối lượng hiệu dụng của điện tử và lỗ trống trong vùng
dẫn và vùng hóa tr ị.
q là véc tơ đặc trưng cho sự phản sắt từ.
Sự dịch chuyển năng lượng toàn phần của vùng cấm được xác đinh bàng

AE VỜ AE„.
A E„ = AE, + A£ , =
4 2
<? n
(12)
Giá trị độ dịch chuyển này thay đổi từ vài meV đến vài chục meV, khi nồng độ
thành phần X của Mn thay đổi trong khoảng vài chục phần trăm.
+Mhư vậy, tương tác trao đổi s-d đã dẫn đến sự dịch chuyển, phân mức vùne
dẫn và vùng hóa trị của CdTe. Ngoài ra tương tác trao đôi cũng ảnh hưởng đến
hăng sô mạng (a = 6,486 - 0,148x với Cd].xMnxTe), cũng như năne lượns của các
13
loại phonon đặc trưng cho dao động mạng. Song một điều hết sức đặc biệt : Sự có
mặt của các iôn từ Fe2/3+ , Mn2+ trong tinh thể CdTe đã tạo nên những mức năng
lượng xác định trong vùng cấm của nó. Dưới tác dụng của trường tinh thể và
Hình 7: Sự phân mức năng lượng của iôn Fe2+ (3d6) trong trường tinh
thể của Cd].xFexTe.
tương tác spin- quĩ đạo, các mức này bị tách thành các phân mức (hình 7). Do đó
trong phổ hấp thụ và bức xạ của chúng, ngoài các vạch và đám đặc trưng cho sự
tái hợp của exciton tự do X, exciton liên kết trên các donor, acceptor trung hòa (X-
D°), (X- A°), điện tử tự do từ vùng dẫn xuống các mức acceptor (e-A°), và của các
cặp donor-acceptor (DAP), còn xuất hiện các đám rất rộng liên quan đến lớp vỏ 3d
t r ■ A , ' 2 / 3 + IV * 2 +
của các ion từ Fe , Mn .
e. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên độ rộng vùng cấm của bán dẫn vùng cấm rộng
Sự phụ thuộc của độ rộng vùng cấm Eg của bán dẫn vùng cấm rộng vào nhiệt
độ được biểu diễn bằng công thức Varshini (hình 8).
a .T 1
Eg(T) = Eg(0) - (13)
Trong đó: Eg(0) là độ rộng vùng cấm ở 0 K.
ỡ, a là các hệ số dịch chuyển nhiệt của độ rộng vùng cấm ứng

với nhiệt độ thấp và cao.
+ Như vậy độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn vừa phụ thuộc vào nồng độ X
của tạp chât vừa phụ thuộc vào nhiệt độ T của mẫu. Trong trường hgfp tổng
quát sự phụ thuộc này được xác định băng công thức sau:
a T 2 „
Eg (X,T)= Ek (0) + ax - ệ L — -b XT (14)
Trong đó: a, b là các hệ số tỉ lê được xác đinh bằng thực nghiệm.
X là độ cảm ứng từ.
X là nồng độ tạp chất.
T là nhiệt độ của mẫu.
14

► T
Hình 8 : Sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm Eg của bán
dẫn vào nhiệt độ
Bảng 2 : Giá trị độ rộng vùng cấm của một số hợp chất bán dẫn vùng cấm rộng
Các hợp chất
bán dẫn
Độ rộng vùng cấm Ee (v)
Ở 4.2 K
Ở 300 K
ZnSe 2.817
2.670
ZnS
3.700
3.640
ZnO
3.370
3.200
CdSe 1.850

1.740
ZnTe 2.390
2.280
CdTe 1.606
1.500
CdS 2.580
2.530
GaP 2.400
2.250
GaAs 1.520
1.430
ZnP
1.420
1.280
Có 3 cách xác định độ rộng vùng cấm bằng phương pháp quang: đo phổ hấp
thụ ở gần bờ hấp thụ, phổ phản xạ, phổ exciton. Trong đó phương phap đo phổ hấp
thụ ở bờ vùng cấm thường được áp dụng nhiều nhất và tương đối đơn giản. Đối với
15
những chuyển mức thẳng được phép số hấp thụ của một hợp chất bán dẫn được xác
định bằng hệ thức [13] :
a(h) = A (h v -E g)1/2 (15)
Trong đó A là một hằng số
Xây dựng đồ thị hiển diễn sự phụ thuộc của a 2 theo hv ta sẽ được đường
thẳng và kéo đoạn thẳng đó ta có điểm cắt trục hv tại hv = Eg. Đối với các chuyển
mức thẳng không thể xảy ra hấp thụ với hv < Eg.
a 2
+ hv
Eg
Hình 9 : Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ ở gần bờ vùng cấm
vào nãng lượng hấp thụ của bán dẫn vùng cấm rộng

f. Các cơ chê hấp thụ trong bán dẫn vùng cấm rộng
Khi chiếu một bức xạ điện từ với tần số V vào một hợp chất bán dẫn thì xảy ra
sự hấp thụ các phôtồn của bức xạ điện tử đó. Hệ số hấp thụ a của hợp chất bán dẫn
có thể xem là xác suất hấp thụ phôtôn. Nếu trong hợp chất bán dẫn tồn tại một sô' cơ
chế hấp thụ độc lập nhau, đặc trưng bằng các xác suất (ỵ (v) thì xác suất tổng cộng
của các quá trình hấp thụ là:
a = x , a (v) (16)
Quá trình hấp thụ bức xạ liên quan đến sự chuyển đổi nãng lượng của phôtôn
sang dạng năng lượng khác của tinh thể, nên trong bán dẫn vùng cấm rộng có một số
cơ chế hấp thụ sau (hình 10)
16
Hình 10 : Một số cơ chế hấp thụ trong bán dẫn vùng cấm rộng
+ Hấp thụ cơ bản (hay hấp thụ riêng) liên quan đến chuyển mức của các điện tử giữa
vùng năng lượng cho phép: từ vùng hoá trị lên vùng dẫn (chuyển mức 1). Hấp thụ
này có đặc điểm.
- Nãng lượng hấp thụ hv > Eg
- Phổ hấp thụ có một vùng mà hệ số hấp thụ giảm nhanh ứng với bờ hấp thụ.
- Đối với chuyển mức nghiêng nhất thiết phải có sự tham gia của phônôn.
+ Hấp thụ của các hạt tử điện tự do liên quan đến chuyển mức của điện tử e
hoặc lỗ trống h trong các vùng năng lượng cho phép (điện tử trong vùng dẫn hoặc lỗ
trống trong vùng hoá trị) hoặc giữa các vùng con cho phép. Hấp thụ này có dang
đường cong đơn điệu, không có cực đại vì hấp thụ này không có tính lọc lựa (các
chuyển mức 2 và 2 a). Với hấp thụ ứng với chuyển mức giữa các vùng con cho phép
trong vùng năng lượng cho phép thì có cực đại, cực tiểu xen kẽ vì hấp thụ này có tính
lọc lựa (các chuyển mức 2b, 2c, 2d).
17
+ Hấp thụ ứng với chuyển mức của các hạt tải điện làm cho nguyên tử tạp
chất từ trung hòa chuyển sang iôn (chuyển mức 3 và 3a). Chuyển mức này nằm trong
vùng hồng ngoại xa.
+ Hấp thụ ứng với chuyển mức của các hạt tải điện làm cho nguyên tử tạp

chất từ iôn chuyển sang trung hòa nằm trong vùng gần bờ hấp thụ cơ bản (chuyển
mức 3b, 3c). Nếu các tâm đó là các tâm sâu thì phổ dịch về phía sóng dài.
+ Hấp thụ ứng với chuyển mức giữa các mức tạp chất (chuyển mức 4) cũng
nằm gần bờ hấp thụ. Nếu các tạp chất đó là các tâm sâu thì phổ hấp thụ cũng dịch
chuyển về phía sóng dài.
+ Hấp thụ excitôn liên quan đến sự hình thành của cặp điện tử e‘ và lỗ trống h
có tương tác culông (chuyển mức 5).Phổ năng lượng hấp thụ excitôn nàm ở gần bờ
hấp thụ.
+ Hấp thụ phonôn liên quan đến việc chuyển năng lượng ánh sáng thành năng
lượng dao động mạng ở vùng hổng ngoại xa.
+ Hấp thụ plasma xảy ra trong điều kiện nồng độ hạt tải điện tự do đủ cao và
thường mang tính cộng hưởng: cộng hưởng plasma. Hệ số hấp thụ vùng này rất cao.
Người ta thường nghiên cứu phổ phản xạ của mẫu. Cực đại của phổ phản xạ plasma
thường nằm ở vùng hồng ngoại xa.
+ Hấp thụ xảy ra trong một tâm tạp: Khi pha các kim loại chuyển tiếp như
Mn, Fe, Ni, Co với lớp vỏ 3d chưa lấp đầy vào các hợp chất bán dẫn vùng cấm rộng,
thì các iôn của các kim loại trên sẽ tạo nên trong vùng cấm những mức năng lượng
xác định. Dưới tác dụng của trường tinh thể các mức năng lượng này được tách thành
các mức con. Khi chiếu bức xạ vào hợp chất bán dẫn luôn xảy ra sự hấp thụ liên
quan đến chuyển dời giữa các phân mức nhỏ của các nguyên tử và iôn của các kim
loại chuyển tiếp. Kết quả ta thu được một đám hấp thu tương đối rộng [11] (hình 10).
Loại hấp thụ này cũng xảy ra giữa các mức năng lượng đặc trưng cho lớp vỏ
chưa lấp đầy 4f của các iôn rất hiếm khi chúng được pha tạp vào hợp chất bán dẫn
vùng cấm rộng. Nhưng phổ hấp thụ đặc trưng cho các iôn đất hiếm này thường là
phổ vạch, vì lớp vỏ không chứa đẩy 4f nằm sâu bên trong của vỏ nguyên tử nên ít bị
ảnh hưởng của trường tinh thể.
18
1000 ^ 1 1

1

1

E (cm-1)
18000 19000 20000 21000 22000
Hình 11 : Phổ hấp thụ dặc trưng cho các ion Mn2+ trong
tinh thể Cd]_xMnxTe ( x=0.7) ở nhiệt độ T= 5 K
g. Các cơ chê tái hợp bức xạ trong bán dẫn vùng cấm rộng
Khi hấp thụ năng lượng kích thích, trong các bán dẫn vùng cấm rộng, có thể
xảy ra các cơ chế tái hợp bức xạ chủ yếu sau (hình 11).
h
Hình 12: một số loại chuyển dời bức xạ trong bán dẫn vùng cấm rộng
+Tái hợp của các điện tử và lỗ trống tự do: tái hợp bức xạ vùng -vùng(đường 1).
+ Tái hợp bức xạ của excitôn tự do và excitồn liên kết (đường 2),
+ Tái hợp bức xạ của các hạt điện tự do với các hạt tải điện định xứ trên các tâm tap
chất: tái hợp vùng - tạp chất (đường 3).
+ Tái hợp bức xạ của các hạt tải điện đinh xứ trên các tâm tạp chất: tái hợp bức xạ
của cặp donor - acceptor (đường 4).
19
+ Tái hợp bức xạ nội trong một tâm tạp
* Tái hợp bức xạ vùng - vùng.
Xét một bán dẫn vùng cấm thẳng bị kích thích bởi bức xạ (ánh sáng). Sau quá
trình hấp thụ phôtốn, các hạt tải điện tử do (e\ h) sẽ bị tán xạ, sau một thời gian hổi
phục, điện tử sẽ chiếm vị trí đáy vùng dẫn, còn lỗ trống sẽ chiếm vị trí đỉnh vùng hoá
trị. Trạng thái này được hình thành trong khoảng từ 10 10 - 10 12s. Cường độ của đám
bức xạ đặc trưng cho tái hợp vùng - vùng được xác định bằng công thức (10) [13]:
I = B (h v - E g) e x p ( - ^ 9 ^ ) (17)
Kí
Trong đó: B : là một hằng số
Eg : là độ rộng vùng cấm

K : là hằng số Bolztman
T : là nhiệt độ tuyệt đối
Với bán dẫn có vùng cấm không thẳng, thì tái hợp bức xạ vùng - vùng của
điện tử sẽ có thể xảy ra kèm theo sự bức xạ và hấp thụ phonôn. Sự tham gia của
phonon là đảm bảo cho xung lượng được bảo toàn .
Nếu chuyển mức kèm theo bức xạ phonon thì năng lượng bức xạ nhỏ hơn độ
rộng vùng cấm :
hvmin = Eg - Ep (18)
Nếu chuyển mức kèm theo hap thụ phonon thì nãng lượng bức xạ lớn hơn độ
rộng vùng cấm :
hv=Eg + Ep (19)
Trong đó: Ep là năng lượng của phonon.
Lượng tử sáng này dễ bị hợp chất bán dẫn hấp thụ lại nên không phát ra được.
Cường độ của đám bức xạ đặc trưng cho tái hợp vùng - vùng vói chuyển mức
nghiêng được xác định bằng công thức:
I = I„ (hv - Eg + Ep)2 exp (- ) (20)
kĩ
* Tái hợp bức xạ excitôn tự do
Exciton là trạng thái liên kết của cặp điện tử lỗ trống (e - h) trong
tinh thể bán dẫn. Liên kết của cặp hạt tải điện tử này tổn tại là do tương tác
culông giữa điện tử và lỗ trống. Có hai loại exciton: Exciton Frenkel và Exciton
Wannier- Mott. Exciton Frenkel đó là exciton có bán kính nhỏ, trong đó điện tử và
lỗ trống tương tác với nhau bởi lực culông, chúng luôn luôn định xứ trong một nút
mạng. Nãng lượng hv < Eg mà tinh thể bán dẫn hấp thụ dùng để tạo ra cặp e - h+
đó.
Exciton Wannier - Mott đó là exciton có bán kính lớn: Khoảng cách trung
bình giữa e và h lớn hơn hằng số mạng a của tinh thể một vài lần. Nhiều exciton tự
do liên kết với nhau tạo thành tổ hợp exciton tự do.
Theo mô hình Wannier-Mott, exciton tự do có cấu trúc tương tự như nguyên
tử hiđrô : gồm một lỗ trống có điện tích dương e và một điện tử có điên tích -e. Nó

có khối lượng hiệu dụng fj = ^ coi như tập trung tại trọng tám G và chuyển
m, * m h
động tịnh tiến tự do trong tinh thể. Năng lượng toàn phần của exciton tự do gổm có :
20
- Năng lượng tương tác của điện tử lỗ trống trong exciton được xác định bằng hệ
- Động năng chuyển động tự do của exciton trong tinh thể
p 2
Eđ= f - (23)
2//
Trong đó : p = tik là xung lượng chuyển động khối tâm của exciton
Nếu chọn gốc nãng lượng là đỉnh vùng hoá trị thì ta có năng lượng toàn phần
của exciton là :
Exciton không tồn tại ở nãng lượng cao, chúng sẽ bị phân huỷ thành electron
và lỗ trống tự do, vì thế có thể coi như năng lượng iôn hoá hay năng lượng liên
kết của exciton .
Với chuyển mức thẳng năng lượng của exciton tự do tính từ đỉnh vùng hoá trị
được xác định bằng công thức :
Từ công thức (25) ta thấy rằng phổ hấp thụ và bức xạ của exciton gồm những
vạch hẹp ứng với n= 1, 2, 3 Các vạch này sẽ xít lại và lẫn vào vùng phổ hấp thụ
biên của hợp chất bán dẫn.Thường ta chỉ quan sát được những vạch ứng VỚI n =1, 2
vì các vạch tiếp theo có cường độ giảm rất nhanh.
Trong chuyển mức thẳng của exciton tự do cũng có thể có sự tham gia của
phonôn. Khi đó, trong phổ bức xạ ta quan sát thấy vạch exciton tự do và những vạch
lặp lại phonôn của nó dịch về phía sóng dài.
* Tái hợp bức xạ của exciton liên kết:
Exciton liên kết là cặp điện tử - lỗ trống được liên kết với nhau và liên kết trên
một tâm tạp nào đó. Tâm tạp có thể là donor, acceptor trung hòa hoặc donor,
acceptor đã bị ion hóa. Như vậy exciton liên kết không chuyển động tự do trong tinh
thể bán dẫn. Phổ bức xạ của exciton liên kết gồm những vạch hẹp với năng lượng
nhỏ hơn nãng lượng tái hợp của exciton tự do vì nó không chuyển động được trong

tinh thể.
Năng lượng của các vạch đậc trưng cho sự bức xạ của exciton liên kết được
xác định bằng hệ thức:
thức :
4
(21)
Trong đó £: là hằng số điện môi của tinh thể
n = 1,2, 3,
4
( 22)
(24)
(25)
n
21
hv = Eg - Elk (26)
Trong đó: E|k là năng lượng của exciton liên kết. E|k thỏa mãn điểu kiện:
0,055Ej < Eik < 0,33 Ei (27)
Ở đây Eị là năng lượng iôn hóa tạp chất.
Trong các bán dẫn có vùng cấm không thẳng, có chứa tạp chất, để bảo toàn
xung lượng, exciton không những có thể trao đổi xung lượng với phonon của mạng
tinh thể mà còn có thể truyền xung lượng cho nguyên tử tạp chất.
* Tái hợp bức xạ với chuyển mức giữa vùng và mức tạp chất.
+ Chuyển mức nông: Trong các hợp chất bán dẫn tồn tại các mức tạp chất bị
ion hóa donor hoặc acceptor, có thể xảy ra các chuyển mức của các hạt tải điện đến
các mức đó như sau:
- Điện tử từ vùng dẫn chuyển xuống mức donor.
- Lỗ trống từ vùng hóa trị bị bắt lên mức acceptor. Những chuyển mức trên
có thể là các chuyển mức kèm theo bức xạ photon, nhưng với xác xuất nhỏ hơn bức
xạ phonon vì tiết điện bắt hạt tải điện trong trường hợp bức xạ phonôn lớn hơn nhiều
tiết diện bắt các hạt tải điện trong trường hợp bức xạ photôn (khoảng 104 lần). Vì

năng lượng iôn hóa Ei nhỏ, nên bước sóng của photôn phát ra là lớn, rơi vào vùng
hồng ngoại.
+ Chuyển mức sâu: Các chuyển mức của các điện tử từ mức donor xuống
vùng hóa trị và từ vùng dẫn xuống mức acceptor gọi là các chuyển mức sâu.
Nếu chuyển mức là thẳng thì : hv = Eg - Ej
Nếu chuyển mức là nghiêng th ì: hv = Eg - E; - Ep
Trong đó: E; là năng lượng ion hóa donor hoặc acceptor tương ứng.
Ep là năng lượng của phonôn tham gia vào tái hợp. Thực nghiệm cho thấy các
chuyển mức sâu chỉ xảy ra đối với các bán dẫn pha tạp ít. Khi tăng nồng độ tạp chất,
có thể hình thành vùng tạp chất làm nhòe ranh giới các vùng cơ bản.
Đối với bán dẫn vùng cấm thẳng jỵìe < YYI nên năng lượng iôn hóa donor
Ed nhỏ hơn năng lượng iốn hóa acceptor EA. Khi đó dễ dàng phân biệt đựoc hai loại
chuyển mức sâu.
- Chuyển mức của các điện tử từ vùng dần xuống mức acceptor, bức xạ ra các
photôn với năng lượng: hv! = Eg - EA
- Chuyển mức của các điện tử mức donor xuống vùng hóa trị, bức xạ các
photôn với nãng lượng: hv2 = Eg - ED
Đối với bán dẫn có ED = EA, muốn xác định bản chất của các chuyển mức
phải xét sự thay đổi của cường độ bức xạ theo nồng độ tâm tạp.
Nếu bán dẫn có vùng cấm không thẳng thì chuyển mức donor - vùng hóa trị
và chuyển mức vùng dẫn - mức acceptor cần có sự tham gia của phonỏn.
22
* Tái hợp bức xạ cặp donor - acceptor
+ Trong các bán dẫn tạp chất, các nguyên tử tạp chất thay thế các nguyên tử
của mạng tinh thể, khi bị iôn hóa làm xuất hiện các mức năng lượng trong vùng cấm
của bán dẫn. Có hai loại tạp chất donor và acceptor. Trong một số chất bán dẫn chỉ
tổn tại tạp donor hoặc acceptor, nhưng có nhiều chất bán dẫn đồng thời có cả tạp
donor và acceptor. Khi đó trong bán dẫn này tạo thành cặp donor - acceptor VỚI nãng
lượng tương tác Culông
Tương tác culông giữa donor và acceptor làm giảm năng lượng liên kết đi AE, vì thế

khi tái hợp D - A, phôtôn phát ra có năng lượng:
* Tái hợp bức xạ nội trong một tâm:
Khi được kích thích, trong các hợp chất bán dẫn có pha tạp những nguyên tỏ'
với lớp vỏ điện tử 3d hoặc 4f chưa lấp đầy, thường xảy ra sự chuyển dời bức xạ của
các điện tử ở các lớp vỏ chưa lấp đầy này, nó được gọi là bức xạ nội trong một tâm.
Bức xạ này xảy ra ở mọi nhiệt độ: từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao nhưng ở nhiệt độ
thấp thì cường độ của đám và vạch khá mạnh. Tùy thuộc vào từng loại tám tạp có
mặt trong hợp chất bán dẫn mà phổ bức xạ của đặc trưng cho nó có thể dưới dạng
những đám khá rộng hoặc những vạch hẹp (hình 13). Nếu tâm tạp nào bị ảnh hưởng
mạnh của trường tinh thể (các nguyên tố với lớp vỏ 3d chưa lấp đầy) thì phổ bức xạ
của nó gồm những đám rộng. Nếu tâm tạp nào bị ảnh hưởng ít của trường tinh thể
(các nguyên tố với lớp vỏ 4f chưa lấp đầy) thì phổ bức xạ của nó gồm những vạch
2
(28)
(29)
hv = Eg - (E - AE) = Eg - (Ed + EA) +
£ r
(30)
23
4 4
^A] E
4 r2
6-r,
Hình 13 : Sự chuyển dời bức xạ đặc trưng cho ion Mn 2+
trong bán dẫn Cd].x Mnx Te
2. Quy trình chê tạo và nghiên cứu phổ phát quang ZnS bằng phương pháp gôm
a. Mở đầu
Phổ phát quang của luminophor ZnS gồm những vạch, đám rộng nằm
trong vùng tử ngoại, khả kiến và hồng ngoại gần. Sự xuất hiện những vạch và
những đám phát quang này vói cuờng độ m ạnh hay yếu phụ thuộc vào phương

pháp và điều kiện chế tạo bột phát quang chúng tôi đã chế tạo các mẫu bột phát
quang ZnS dưới dạng bột và nghiên cứu phổ phát quang của chúng trong vùng
khả kiến.
b. Quy trình chê tạo bột phát quang ZnS bằng phương pháp gốm
Các mẫu bột bột phátquang ZnS được chế tạo bằng phương pháp gôrn từ
bột nguyên liệu ZnS đạt độ sạch tiêu chuẩn PA. Bột nguyên liệu ZnS này được
xấy sơ bộ ở 100°c trong 2h và được nghiền nhỏ trong thời gian 8h, sau đó nó
đuỢc chứa trong các ống thạch anh có nắp đậy và được nung trong lò nung có
nhiệt độ tối đa 1100°c vối độ ổn định ±3°c ở các nhiệt độ và thòi gian xác định
trong không khí và khí trơ argon. Với quy trình này chúng tôi đã chế tạo được
ba loạt mẫu QLl, QL2, QL3.
+ QLl: được tạo ra bằng cách nung bột nguyên liệu ZnS trong không khí
ở các nhiệt độ từ 850 °c đến 1100 °c và thời gian nung 15 phút.
+ QL2: được tạo ra bằng cách nung bột nguyên liệu ZnS trong không khí
ở 920°c với những khoảng thời gian từ 15 phút đến 180 phút.
+ QL3: được tạo ra bằng cách nung bột nguyên liệu ZnS ở 900 °c và thòi
gian nung là 90 phút trong khí argon với vận tốc thổi khí qua lò
V = 0,93 cm/phút.
24