Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Giản đồ CIE và ảnh chụp LED phủ bột ZnO:Mn trên chip 310 nm(b)

Giản đồ CIE và ảnh chụp LED phủ bột ZnO:Mn trên chip 310 nm(b)

Tải bản đầy đủ - 0trang

35

màu CCT ~ 3772 K và CRI ~ 77. Mẫu phát xạ ánh sáng trong vùng màu vàng

và có chỉ số hoàn trả màu khá cao. Để nghiên cứu khả năng ứng dụng trong

chế tạo LED phát xạ ánh sáng trắng, chúng tôi phủ bột ZnO:Mn trên chip UV

310 nm, LED thu được cho phát xạ ánh sáng trắng ấm (ảnh chèn trong hình

3.5b).



Hình 3.6. (a) Phổ huỳnh quang của bột ZnO (1), bột ZnO:Mn (3%) đƣợc ủ

nhiệt ở các nhiệt độ 600 oC (2); 800 oC (3); 1000 oC (4); 1200 oC (5); (b) Phổ

huỳnh quang phụ thuộc vào nồng độ pha tạp ion Mn2+ ủ ở 800 oC trong thời

gian 1 giờ



36

Phổ PL của mẫu ZnO:Mn (3%) ủ tại 600 oC (đường 2 hình 3.6a) cho phổ

phát xạ dải rộng 420 - 950 nm với độ rộng bán phổ ~ 250 nm (lớn hơn khá

nhiều so với kết quả nhận được của nhóm tác giả Sundarakannan ~ 64 nm

[3]). Khi nhiệt độ ủ tăng, ở 800 oC (đường 3) cường độ đỉnh phát xạ ở bước

sóng 640 nm tăng, nguyên nhân làm tăng đỉnh phát xạ này có thể do ở nhiệt

độ ủ cao hơn các sai hỏng bề mặt liên quan đến nút khuyết oxy và kẽm điền

kẽ tăng hoặc do ion Mn khuếch tán trong mạng nền tăng. Khi tăng nhiệt độ ủ

lên 1000 oC (đường 4) thì cường độ huỳnh quang của mẫu giảm và bán độ

rộng của phổ phát xạ cũng giảm. Nguyên nhân làm giảm cường độ phát xạ

của mẫu có thể do ở nhiệt độ cao muối MnCl2 bị bay hơi một phần (do điểm

nóng chảy của MnCl2 ~ 650 oC) hoặc do hình thành oxit MnO2 trên bề mặt hạt

bột ZnO gây ra và đây cũng là nguyên nhân làm dập tắt huỳnh quang khi

nhiệt độ ủ tăng lên đến 1200 oC (đường 5) (xem kết quả đo FESEM hình 3.1

và XRD hình 3.3). Ngồi ra, kết quả khảo sát phát xạ bờ vùng ở bước sóng

383 nm cho thấy khi nhiệt độ ủ tăng dẫn đến cường độ phát xạ của đỉnh này

giảm cũng một lần nữa khẳng định nguyên nhân của sự giảm này là do ion

Mn2+ khuếch tán vào mạng nền và trong môi trường nhiệt độ cao làm tăng các

sai hỏng mạng nền ZnO. Với mẫu ZnO không pha tạp chế tạo bằng phương

pháp đồng kết tủa và ủ nhiệt ở 1000 oC trong thời gian 3 giờ (đường 1), độ

rộng bán phổ của phổ phát xạ nhận được là khá hẹp và tập trung chủ yếu

trong vùng phát xạ xanh lục. Trên cơ sở kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt

độ đến cấu trúc và tính chất quang của vật liệu, chúng tơi lựa chọn nhiệt độ ủ

ở 800 oC và tiến hành thay đổi nồng độ ion Mn đưa vào khuếch tán.

Kết quả đo phổ PL hình 3.6b cho thấy với mẫu ZnO khơng pha tạp hoặc

pha tạp nồng độ thấp 0,5 % thì bán độ rộng các đỉnh phát xạ hẹp hơn khá

nhiều so với các mẫu pha tạp. Khi nồng độ pha tạp tăng, bán độ rộng của các

đỉnh phổ phát xạ huỳnh quang tăng và bao trùm toàn bộ vùng ánh sáng khả

kiến. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ ion Mn lên phổ

phát xạ của bột ZnO:Mn ở trên cho thấy, vật liệu chế tạo được hồn tồn có

thể được sử dụng trong chế tạo điốt phát quang ánh sáng trắng.



37

3.2. Kết quả nghiên cứu chế tạo bột huỳnh quang ZnO pha tạp Cu

3.2.1. Kết quả khảo sát hình thái và cấu trúc bột huỳnh quang ZnO:Cu

Bột huỳnh quang ZnO pha tạp ion Cu2+ được chế tạo bằng phương pháp

khuếch tán bề mặt. Sử dụng bột ZnO chế tạo được bằng phương pháp đồng kết

tủa, sau đó dung muối Cu(NO3)2 như nguồn tạp chất. Các ion Cu2+ được khuếch

tán trong mạng nền ZnO bởi năng lượng nhiệt. Để khảo sát hình thái cấu trúc và

tính chất quang của vật liệu, chúng tôi cũng tiến hành các phép đo FESEM, XRD

và PL, PLE. Các kết quả nghiên cứu được thảo luận chi tiết ở phần sau.

Kết quả khảo sát hình thái bề mặt của bột ZnO:Cu bằng phương pháp

đồng kết tủa kết hợp với khuếch tán bề mặt được thể hiện trong hình 3.7.



Hình 3.7. Ảnh FESEM của bột ZnO:Cu (3%) ủ tại nhiệt độ 600 oC (a);

800oC (b); 1000 oC (c); 1200 oC (d)

Hình 3.7 là Ảnh FESEM của bột ZnO:Cu (3%) ủ tại nhiệt độ 600 o

1200 C trong thời gian 1 giờ. Ở nhiệt độ ủ 600 oC, các hạt bột huỳnh quang

có kích thước cỡ 300 nm tới vài micromet và có biên hạt khá rõ ràng. Các hạt

bột huỳnh quang này có dạng hình khối. Tăng nhiệt độ ủ lên 800 oC, kích

thước hạt bột huỳnh quang gần như khơng thay đổi. Ở nhiệt độ ủ cao hơn

1000 - 1200 oC, kích thước các hạt bột huỳnh quang tăng và phân bố trong



38

khoảng từ 500 nm cho tới 3 - 5 micromet. Ở nhiệt độ ủ 1200 oC, biên các hạt

bột huỳnh quang rất rõ ràng và bề mặt các hạt bột nhẵn bóng dạng khối cầu.

Hình dạng hạt bột huỳnh quang thay đổi từ dạng hình khối sang dạng cầu có

thể do ở nhiệt độ ủ 1200 oC gần điểm nóng chảy của ZnO nên một phần lớp

vỏ ZnO bị bay hơi. Mặt khác ở tại nhiệt độ ủ này cũng thấy bề mặt hạt bột

ZnO cũng xuất hiện các hạt nano màu trắng, các hạt bột này có thể do ở nhiệt

độ cao Cu tương tác với Oxi bề mặt tạo ra lớp CuO và do ứng xuất nhiệt lớp

màng oxit đồng co cụm lại thành dạng hạt như ta quan sát thấy.

Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ đến cấu trúc tinh thể của vật liệu,

chúng tôi tiến hành đo phổ nhiễu xạ tia X từ nhiệt độ 600 - 1200 oC. Kết quả

khảo sát cấu trúc của vật liệu được thể hiện trên hình 3.8.



Hình 3.8. Phổ XRD của bột huỳnh quang ZnO:Cu đƣợc ủ ở các nhiệt độ từ 600 1200 oC trong thời gian 1 giờ (a); Phổ XRD quan sát ở góc nhiễu xạ hẹp (b)



39

Trên phổ nhiễu xạ XRD hình 3.8a cho thấy pha tinh thể ZnO nhận được

là pha tinh thể lục giác (theo thẻ chuẩn PDF số: 01 - 075 - 6445) [4], [7], [19].

Ở nhiệt độ ủ 600 - 800 oC các pha tinh thể quan sát được là đơn pha tinh thể

ZnO. Tuy nhiên ở nhiệt độ ủ cao hơn 1000 - 1200 oC có xuất hiện các đỉnh

nhiễu xạ có cường độ yếu, các đỉnh nhiễu xạ này là của pha tinh thể CuO tạo

ra. Kết quả này cũng tương tự như quan sát được trên ảnh FESEM hình 3.7.

Quan sát ở góc nhiễu xạ hẹp hơn (hình 3.8b) ở mặt nhiễu xạ (101) cho thấy ở

nhiệt độ ủ cao hơn từ 1000 - 1200 oC có sự dịch lệch khá mạnh vị trí đỉnh nhiễu

xạ này (~ 0,06 độ). Nguyên nhân của sự dịch chuyển các đỉnh nhiễu xạ khi nhiệt

độ tăng là do khi ion Cu2+ khuếch tán vào mạng nền ZnO đã gây ra ứng suất

mạng và mặt khác như đã biết bán kính bohr (Cu2+: 0,73 Å, Zn2+: 0,74 Å).

3.2.2. Kết quả phân tích tính chất quang của bột huỳnh quang ZnO:Cu

Để nghiên cứu tính chất quang của vật liệu, chúng tơi tiến hành đo phổ

huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang. Phổ huỳnh quang và phổ kích

thích huỳnh quang của bột ZnO:Cu (3 %) ủ ở nhiệt độ 600 oC trong thời gian

1 giờ được thể hiện trên hình 3.9.



Hình 3.9. Phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang của bột ZnO:Cu



40

Trên phổ PL hình 3.9 của bột ZnO:Cu được kích thích bởi bước sóng

280 nm của đèn Xe. Kết quả nhận được cho thấy một dải phát xạ xanh lục

rộng từ 420 - 700 nm có đỉnh ở bước sóng 525 nm. Đỉnh phát xạ xanh lục có

nguồn gốc liên quan đến các chuyển mức phát xạ của ion Cu2+ trong mạng

nền ZnO [4], [7]. Đo phổ kích thích huỳnh quang (PLE) ở đỉnh phát xạ

525nm cho thấy đỉnh hấp thụ kích thích mạnh ở bước sóng 378 nm, hấp thụ

kích thích này là do hấp thụ trong vùng cấm của ZnO (thông thường ở

380nm). Việc đỉnh hấp thụ kích thích dịch xanh có thể là do hiệu ứng kích

thước hoặc do tương tác của ion Cu2+ trong mạng nền ZnO gây ra. Ngồi đỉnh

hấp thụ kích thích gần bờ vùng của ZnO, chúng tơi còn quan sát được đỉnh

hấp thụ kích thích nhỏ hơn ở bước sóng 365 nm và một vùng hấp thụ kích

thích mạnh dưới 270 nm.

Để khảo sát nhiệt độ ủ đến tính chất quang của vật liệu, chúng tôi giữ

nồng độ tạp 3 % và ủ ở các nhiệt độ từ 600 - 1200 oC. Kết quả khảo sát được

thể hiện trên hình 3.10.



C-êng ®é (®vty.)



ZnO:Cu (3%)



600oC

800oC



1000oC



400



450



500



550



1200oC



600



650



700



750



800



B-íc sãng (nm)



Hình 3.10. Phổ huỳnh quang của bột ZnO:Cu (3 %)

ủ ở nhiệt độ 600 - 1200 oC



850



41

Trên phổ PL hình 3.10 cho thấy ở nhiệt độ ủ 600 oC chỉ quan sát được

duy nhất đỉnh phát xạ do tạp ion Cu2+ gây ra ở bước sóng 525 nm. Khi nhiệt

độ ủ ở 800 oC quan sát thấy ngồi đỉnh phát xạ 525 nm còn có phát xạ bờ

vùng ở bước sóng ~ 381 nm và một vùng phát xạ mở rộng từ 650 - 850 nm.

Vùng phát xạ được mở rộng trong vùng ánh sáng đỏ có thể có nguồn gốc từ

các phát xạ ở trạng thái ion hóa của các nút khuyết oxy gây ra. Tuy nhiên, khi

ủ ở nhiệt độ cao hơn 1000, 1200 oC cường độ phát xạ của mẫu giảm mạnh và

không quan sát được các phát xạ bờ vùng của ZnO.



Hình 3.11. Phổ huỳnh quang sử dụng phần mềm ColorCalculator

và giản đồ CIE của mẫu bột ZnO:Cu 3 % ủ ở 800 oC trong thời gian 1 giờ



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Giản đồ CIE và ảnh chụp LED phủ bột ZnO:Mn trên chip 310 nm(b)

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×