Luận án Nghiên cứu chế tạo và khảo sát quá trình chuyển pha ZnS/ZnO của các cấu trúc nano ZnS một chiều

 tắt 
Các cấu trúc một chiều ZnS như đai, dây và thanh nano đã được chế tạo thành công 
bằng phương pháp bốc bay nhiệt bột ZnS lên trên đế Silic (Si) phủ kim loại xúc tác vàng 
(Au) tại nhiệt độ 1150 oC. Kết quả khảo sát bằng các phép đo nhiễu xạ tia X, phổ tán sắc 
năng lượng cho thấy mẫu nhận được là tinh thể lục giác ZnS, với tỷ lệ nguyên tố Zn/S ~ 1. 
Dưới sự kích thích của nguồn laser xung (Nd: YAG) bước sóng 266 nm, các đai nano ZnS 
cho phát xạ bờ vùng mạnh ở nhiệt độ phòng với đỉnh phát xạ tại bước sóng ~ 340 nm. Kết 
quả nghiên cứu sự phụ thuộc của phổ huỳnh quang vào mật độ công suất nguồn kích thích 
cho thấy sự xuất hiện của các mode phát xạ laser tự phát trong cấu trúc đai nano ZnS. Tại 
mật độ công suất nguồn kích thích laser ~ 47.62 kW/cm2 đai nano ZnS cho phát xạ laser ở 
các trạng thái exciton tại các bước sóng 334, 330, 328 nm với bán độ rộng các đỉnh phát xạ 
này cỡ khoảng 0.5 - 0.7 nm. Ngoài ra, phát xạ laser còn quan sát được ở các mẫu dây nano, 
đai nano ZnS/ZnO sau khi ôxy hóa nhiệt tại nhiệt độ 600 oC trong môi trường khí ôxy sau 
30 phút. Phát xạ laser ở các mẫu này được đặc trưng bởi sự tách các vạch phổ phát xạ gần 
bờ vùng của pha ZnO với bán độ rộng của các vạch phổ ~ 0.4 nm. Đặc biệt trong nghiên 
cứu của chúng tôi, sự ổn định của công nghệ nuôi, đã cho phép chế tạo được các cấu trúc 
một chiều ZnS, ZnS/ZnO và ZnO (bằng cách ôxy hóa nhiệt ZnS trong môi trường khí ôxy 
trong khi nuôi hoặc sau khi nuôi) có chất lượng tinh thể cao cho phát xạ bờ vùng mạnh ở 
nhiệt độ phòng. Lần đầu tiên các cấu trúc nano dị thể một chiều ZnS/ZnO cho phát xạ bờ 
vùng đồng thời của cả hai pha ZnS và ZnO ở nhiệt độ phòng đã được tạo ra. Việc nghiên 
cứu quá trình chuyển pha ZnS ZnO bằng phương pháp ôxy hóa nhiệt trong môi trường 
khí ôxy cho thấy khả năng điều khiển phát xạ bờ vùng (điều khiển độ rộng vùng cấm) 
trong cấu trúc nano tinh thể bán dẫn một chiều ZnS/ZnO. 
61 
3.1. GIỚI THIỆU 
ZnO, ZnS là hai chất bán dẫn vùng cấm thẳng nhóm II-VI đã và đang được xem như 
là những vật liệu tiềm năng nhất cho ứng dụng chế tạo các linh kiện quang điện tử, quang 
học và điện tử. Cả hai vật liệu ZnS và ZnO đều có tính chất vật lý cơ bản gần giống nhau 
như cấu trúc tinh thể, hằng số mạng, nhiệt độ nóng chảy .vv (bảng 3.1) [167]. Với vùng 
cấm rộng cỡ 3.37 eV của ZnO và 3.7 eV của ZnS ở nhiệt độ phòng (RT: 3.72 eV đối với 
pha tinh thể phập phương, 3.77 eV đối với pha tinh thể lục giác), ZnS, ZnO và các cấu trúc 
hợp chất của chúng cũng là ứng viên nhiều tiềm năng nhất cho phát xạ laser cực tím (UV 
laser) và trong các bộ thu (detector) làm việc trong dải bước sóng 320 - 400 nm [168]. 
Bảng 3.1 Một số tính chất vật lý cơ bản của ZnS và ZnO 
Cấu trúc tinh thể 
Hằng số mạng 
Độ rộng 
vùng cấm 
(eV) 
Năng lượng 
liên kết 
exciton 
(meV) 
Nhiệt độ 
nóng 
chảy 
(K) 
Vị trí phát 
xạ UV 
(nm) 
a (nm) c (nm) 
ZnO (lục giác) 0.3249 0.5207 3.37 60 2248 368-390 
ZnS 
( lậpphương/ 
lục giác) 
0.3823 0.6261 3.72/3.77 39 2103 330 - 345 
ZnO có năng lượng liên kết exciton lớn 60 meV tại nhiệt độ phòng và phù hợp cho 
các ứng dụng quang điện tử tại bước sóng ngắn [23]. Năng lượng liên kết exciton cao trong 
tinh thể ZnO chính là nhân tố đảm bảo cho hiệu suất phát xạ exciton ở nhiệt độ phòng, và 
thực tế nghiên cứu đã cho thấy, các tinh thể ZnO chất lượng cao (cả dạng hạt, dạng màng 
mỏng, và dạng cấu trúc một chiều) có thể phát huỳnh quang (UV) khá cao tại nhiệt độ 
phòng. Hơn thế nữa, ZnO trong suốt với ánh sáng nhìn thấy và có thể có độ dẫn cao khi 
được pha tạp [204]. Mặt khác, cấu trúc không đối xứng tâm trong cấu trúc wurtzite và sự 
phân cực phát triển theo trục c đã làm cho vật liệu này trở thành vật liệu tự áp điện, tính áp 
điện kết hợp với cặp điện - cơ (electromechanical coupling) lớn, dẫn đến chúng có tính áp 
điện và hỏa điện (pyroelectric) mạnh rất hữu dụng trong các thiết bị truyền động, cảm biến 
áp điện, và thiết bị nano chuyển đổi năng lượng [20, 88, 130, 133, 206]. Mặt khác, ZnO 
cũng là một vật liệu tương hợp sinh học (biocompatible) với điểm đẳng điện cao (high 
isoelectric point-IEP) ~9.5, đã làm cho nó phù hợp cho sự hấp thụ protein với điểm đẳng 
điện thấp, do các protein tĩnh được điều khiển bằng tương tác tĩnh điện. Hơn nữa, Các cấu 
trúc nano của ZnO có các lợi ích có một không hai bao gồm diện tích bề mặt riêng lớn 
(high specific surface area), độc tính thấp, ổn định về mặt hóa học, tính hoạt động điện 
62 
hóa, và có độ dẫn cao. Do đó, chúng là vật liệu hứa hẹn các ứng dụng cho cảm biến sinh 
học và có thể sử dụng trực tiếp cho các ứng dụng y sinh mà không cần lớp phủ [180]. 
Tương tự như ZnO, ZnS là một chất bán dẫn đã được nghiên cứu rộng rãi. Trong tự 
nhiên ZnS ở dạng bột hoặc tinh thể có màu từ trắng tới vàng. Cả hai cấu trúc lập phương 
và lục giác của ZnS đều là liên kết đồng hóa trị. ZnS là một trong những chất bán dẫn được 
phát hiện đầu tiên và là một vật liệu quan trọng nhất trong ngành điện tử công nghiệp với 
những ứng dụng rộng rãi [177]. Vật liệu khối ZnS khi pha tạp thêm một vài phần triệu 
(ppm) chất hoạt hóa phù hợp đã được sử dụng như vật liệu huỳnh quang cho các ống tia 
âm cực sử dụng trong màn hiển thị X-quang. Ion kim loại pha tạp của ZnS là một trong 
những chủ đề nghiên cứu nóng nhất, ví dụ như, pha tạp mangan (Mn) tạo ra màu đỏ cam ~ 
590 nm và đồng (Cu) pha tạp ZnS được sử dụng trong các thiết bị điện huỳnh quang 
(ELD). ZnS cũng được kỳ vọng trong phát triển một số ứng dụng mới, bao gồm cả thiết bị 
quang học phi tuyến, điốt phát quang (LEDs), màn hình phẳng, cửa sổ hồng ngoại, phát xạ 
trường, cảm biến, và phát xạ laser [73, 87, 146, 147, 164, 172, 201]. 
Các nghiên cứu về tính chất quang của các cấu trúc nano một chiều ZnS và ZnO đã 
nhanh chóng bùng nổ trong những năm gần đây với những tâm phát xạ chính trong vùng 
nhìn thấy từ 400 - 650 nm và những phát xạ bờ vùng (vùng UV, 368 - 390 nm đối với ZnO 
và 330 -3 45 nm đối với ZnS, như trong bảng 3.1) tại nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ thấp đã 
được ghi nhận. Nguyên nhân đằng sau sự thay đổi trong vị trí phát xạ bờ vùng trong các 
cấu trúc nano tinh thể ZnO (sự sai khác về khích thước) có thể là do nồng độ các sai hỏng 
nội tại trong mạng nền [14, 68]. Để đạt được hiệu suất hoạt động của exciton tại nhiệt độ 
phòng thì năng lượng liên kết của các exciton phải lớn hơn nhiều so với năng lượng nhiệt ở 
nhiệt độ phòng (26 meV). Về vấn đề này thì cả hai loại vật liệu ZnO và ZnS đều là những 
ứng viên tốt bởi vì năng lượng liên kết exciton chúng tương ứng là 60 meV và 39 meV, lớn 
hơn ZnSe (22 meV) và GaN (25 meV) [94]. 
Gần đây, các phát xạ laser trên các cấu trúc nano một chiều ZnO đã được quan sát tại 
nhiệt độ phòng với ngưỡng phát xạ laser thấp (ví dụ: hình 3.1) [25, 48, 72, 83, 127, 135, 
157]. 
63 
Hình 3.1. (a) Sơ đồ minh họa dây nano nanolaser được mọc trên đế sapphire; (b)Ảnh FESEM 
của mảng dây nano ZnO; (c) Phổ phát xạ huỳnh quang của dây nano ZnO nanolaser dưới và 
trên ngưỡng phát laser; (d) Cường độ phát xạ của dây nano ZnO phụ thuộc vào năng lượng 
nguồn kích thích (bước sóng 266nm) tại nhiệt độ phòng [135] 
Hình 3.2. (a) Ảnh SEM của các dây nano ZnS được mọc trên đế anode ôxít nhôm được phủ lớp 
kim loại xúc tác vàng trong thời gian 30 phút bằng phương pháp điện hóa; (b) Phổ huỳnh quang 
của dây nano ZnS tại nhiệt độ phòng được kích thích bởi nguồn laser bước sóng 266 nm với mật 
độ công suất laser tăng 80-170 kW/cm 2[67] 
Đối với các cấu trúc nano ZnS 1D, các công trình nghiên cứu phát xạ laser ở nhiệt độ 
phòng của loại vật liệu này còn ít hơn so với các công bố về phát xạ laser trong các cấu 
trúc nano một chiều ZnO. Năm 2004 trên tạp chí Applied Physics Letters, tác giả Ding và 
các đồng nghiệp đã công bố quan sát được phát xạ laser trên các dây nano ZnS được mọc 
trên đế ôxít nhôm bằng phương pháp điện hóa trên anode ôxít nhôm [67]. Trên hình 3.2 (a) 
là ảnh SEM của các dây nano ZnS với đường kính trung bình khoảng 25 nm. Các dây nano 
ZnS này có cấu trúc đơn tinh thể lục giác. Phổ huỳnh quang của dây nano ZnS được kích 
thích bởi nguồn laser với bước sóng kích thích 266 nm, với mật độ công suất laser kích 
thích thấp 80 kW/cm2, có bán độ rộng đỉnh phổ là 12.6 nm tại bước sóng 334 nm (3.71eV). 
Phát xạ cưỡng bức này có nguồn ngốc từ các chuyển mức vùng - vùng trong ZnS. Cường 
64 
độ kích thích tăng, bán độ rộng của đỉnh phổ phát xạ giảm xuống còn ~ 2.2 nm và đỉnh phổ 
phát xạ có tâm tại bước sóng 338 nm (3.67 eV). Năm 2010 trên tạp chí Nanoscale 
Research Letters, tác giả Yang và các đồng nghiệp cũng đã công bố quan sát được phát xạ 
laser tại nhiệt độ phòng của các dải nano ZnS. Đỉnh phát xạ laser tập trung quanh bước 
sóng 332 m với bán độ rộng dưới 0.4 nm dưới kích thích của nguồn laser 266 nm [60]. 
3.2. THỰC NGHIỆM 
Như đã trình bày ở chương 2, các cấu trúc nano tinh thể ZnS một chiều nhận được 
sau khi nuôi bằng phương pháp bốc bay nhiệt có chất lượng tinh thể tốt. Tuy nhiên sau khi 
chế tạo, do bề mặt lớn nên ở nhiệt độ phòng đã hình thành lên một lớp màng mỏng ZnO 
trên bề mặt dây nano ZnS ban đầu do bị ôxy hóa bởi môi trường không khí hoặc do ôxy dư 
trong hệ bốc bay nhiệt. Do vậy trong nghiên cứu này chúng tôi đã chủ động đưa khí ôxy 
vào trong lò bốc bay ngay trong quá trình nuôi (in situ oxidation) hoặc sau khi nuôi (post- 
oxidaiton) các cấu trúc nano ZnS một chiều nhằm mục đích nghiên cứu, khảo sát quá trình 
chuyển pha ZnS ZnO và sự ảnh hưởng của nhiệt độ ôxy hóa đến hình thái cấu trúc và 
tính chất quang của mẫu. Các bước thực nghiệm được tiến hành như sau: 
Bƣớc 1. Chế tạo các cấu trúc nano một chiều ZnS bằng phương pháp bốc bay nhiệt 
bột ZnS trên đế Si/Au theo cơ chế VLS như được trình bày trong chương 2 phần thực 
nghiệm. 
Bƣớc 2. Các cấu trúc nano ZnS một chiều như dây nano, đai nano nhận được sau khi 
nuôi được chủ động ôxy hóa trong môi trường khí ôxy ngay khi chế tạo (in situ oxidation) 
hoặc ôxy hóa sau khi nuôi (post oxidation) được ôxy hóa trong nhiệt độ 500 – 800 oC trong 
thời gian 30 phút. 
Các cấu trúc nano một chiều ZnS nhận được sau khi nuôi và ZnS/ZnO hoặc ZnO sau 
khi ôxy hóa được khảo sát một cách chi tiết về hình thái cấu trúc và tính chất quang thông 
qua các thiết bị hiện đại như: Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), đo phổ tán sắc năng 
lượng tia X (EDS), hiển vi điện tử quét (FESEM), phổ RAMAN, phổ huỳnh quang (PL), 
phổ kích thích huỳnh quang (PLE) tại nhiệt độ phòng và phổ huỳnh quang phụ thuộc vào 
nhiệt độ, phổ huỳnh quang catốt (CL), phổ huỳnh quang kích thích bằng laser xung (năng 
lượng cao với bước sóng kích thích 226 nm của hệ laser Nd:YAG) và phương pháp đo phổ 
huỳnh quang phụ thuộc vào mật độ công suất nguồn laser kích thích để nghiên cứu phát xạ 
laser trong mẫu chế tạo được. Các kết quả nghiên cứu sẽ được trình bày chi tiết dưới đây. 
65 
3.3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.3.1. Sự hình thành các cấu trúc nano một chiều ZnS bằng phƣơng pháp 
bốc bay nhiệt bột ZnS lên trên đế Si/Au theo cơ chế hơi - lỏng - rắn (VLS) 
3.3.1.1. Hình thái bề mặt và các đặc tính cấu trúc của các nano tinh thể một 
chiều ZnS nhận được sau khi nuôi 
Hình 3.3. Sơ đồ phân bố vùng nhiệt độ đặt đế trong lò và ảnh FESEM của các nano tinh thể ZnS 
một chiều tại các vùng nhiệt độ đặt đế khác nhau 
 Một ưu điểm nổi bật của công nghệ chế tạo các cấu trúc nano một chiều bằng 
phương pháp bốc bay nhiệt là khả năng tạo ra các hình thái cấu trúc một chiều khác 
nhau trong cùng một mẻ chế tạo. Tuỳ thuộc vào các điều kiện chế tạo cụ thể như nhiệt 
độ bốc bay, nhiệt độ đế, lưu lượng khí mang, loại đế sử dụngcác cấu trúc một chiều 
như dây, đai, thanh nanocó thể được chế tạo. 
 Trong nghiên cứu này, để nghiên cứu sự hình thành các cấu trúc nano một chiều, 
chúng tôi đã tiến hành bốc bay bột ZnS và khảo sát sự phụ thuộc của hình thái cấu 
trúc vào nhiệt độ đế tại các vùng nhiệt độ khác nhau của các cấu trúc nano tinh thể 
ZnS một chiều, theo sơ đồ phân bố nhiệt độ minh hoạ trên hình 3.3. Trong sơ đồ này: 
 Vùng I (nhiệt độ đế 900 - 1100 oC): là vùng đế Si/Au được đặt cách nguồn vật 
liệu khoảng ~ 5 cm. 
 Vùng II (nhiệt độ đế 800 - 900 oC): là vùng đế Si/Au được đặt cách nguồn vật 
liệu khoảng ~ 7 cm. 
 Vùng III (nhiệt độ đế 750 - 800 oC): là vùng đế Si/Au được đặt cách nguồn vật 
liệu khoảng ~9 cm. 
66 
 Kết quả quan sát ảnh FESEM của các mẫu nhận tương ứng với các vùng nhiệt 
độ (hình 3.3) cho thấy: tại Vùng I - vùng gần nguồn bốc bay nhất, các cấu trúc một 
chiều hình thành là các đai nano với kích thước bề rộng vài micromét, bề ngang từ cỡ 
vài nanomét đến vài chục nanomét và chiều dài lên tới vài chục cho đến vài trăm 
micromét. Tại vùng II, cấu trúc một chiều nhận được là các đai nano, xen lẫn các dây 
nano. Các dây nano có đường kính từ vài chục đến vài trăm nm và chiều dài cỡ hàng 
chục micromét. Tại vùng nhiệt độ đế thấp nhất (Vùng III), sản phẩm nhận được là các 
dây nano, được phân bố theo lớp khác nhau, phía trên là các dây nano dài đến vài 
chục micromét và đường kính dây kích thước từ 50 – 300 nm, trong khi lớp bên dưới 
là các dây ngắn, kích thước lớn và bề mặt gồ ghề. Khi quan sát ở độ phân giải cao 
hơn, hình chèn trong các hình 3.3 (I, III), kết quả cho thấy trên đỉnh/ở đầu các đai 
hoặc dây nano đều xuất hiện các hạt kim loại xúc tác vàng. Điều này, chứng tỏ cơ chế 
mọc các cấu trúc nano một chiều ZnS trong nghiên cứu của chúng tôi là theo cơ chế 
VLS. 
Hình 3.4. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của đai nano ZnS nhận được sau khi nuôi 
Hình 3.4 là kết quả khảo sát phổ nhiễu xạ tia X của đai nano nhận được tại vùng 
I. Phổ được đặc trưng bởi các đỉnh nhiễu xạ sắc nét, có cường độ cao hoàn toàn 
tương ứng với các đỉnh nhiễu xạ trên các mặt phẳng tinh thể của tinh thể ZnS lục giác 
(theo thẻ chuẩn số 98-007-1748). Ngoài ra, trên phổ chỉ quan sát được các đỉnh nhiễu 
xạ liên quan đến kim loại xúc tác vàng. Từ kết quả phân tích phổ XRD, có thể nhận 
thấy các cấu trúc nano tinh thể một chiều ZnS nhận được sau khi nuôi bằng phương 
pháp bốc bay nhiệt theo cơ chế VLS, là đơn pha và có chất lượng tinh thể cao. 
67 
Hình 3.5. Ảnh FESEM (a) và phổ EDS (b) của đai nano ZnS nhận được sau khi nuôi 
Để kiểm tra một lần nữa thông số về thành phần hoá học của các cấu trúc nano 
mộ chiều ZnS chế tạo được. Chúng tôi đã chụp ảnh FESEM kết hợp với phân tích 
thành phần hoá học sử dụng thiết bị đo phổ tán sắc năng lượng (EDS) tích hợp trong 
kính hiển vi điện tử quét có độ phân giải siêu cao Jeol JSM-7600F. Kết quả nhận 
được được minh hoạ trên hình 3.5 (a) và 3.5 (b). Kết quả cho thấy thành phần hoá học 
chủ yếu của đai và dây nano quan sát tương ứng trên hình 5 (a) là Zn, S và một lượng 
nhỏ O (chiếm 5.1 % về nguyên tử). Kết quả cũng cho thấy có tồn tại một lượng nhỏ 
Si trong kết quả phân tích. Lượng Si này theo chúng tôi, là thành phần của đế Si. Với 
tỷ lệ 49.1 nguyên tử % Zn, và 45.2 % nguyên tử S, có thể kết luận dây và đai nhận 
được là ZnS. Sự xuất hiện của O trong kết quả phân tích chứng tỏ các dây nano, đai 
nano ZnS nhận được có thể đã bị ôxy hóa tự nhiên tại nhiệt độ phòng hoặc bị ôxy hóa 
một phần trong quá trình nuôi do ôxy dư trong buồng bốc bay. Ngoài ra, sự tồn tại 
của O trong lớp SiO2 tự nhiên hình thành trên đế Si, cũng có thể có đóng góp vào kết 
quả phân tích ở trên. Kết quả nhận được ở trên là khá phù hợp với các công bố gần 
đây về các cấu trúc một chiều ZnS, trong đó dường như luôn tồn tại một lượng ôxy 
(ZnO) trong các cấu trúc nano ZnS chế tạo được [139]. Sự tồn tại của O vì thế chắc 
chắn sẽ ảnh hưởng ít nhiều đến các tính chất của dây/đai nano ZnS và do đó cần phải 
được nghiên cứu một cách hệ thống và sâu sắc hơn. 
3.3.1.2. Tính chất quang của dây nano, đai nano ZnS nhận được sau khi nuôi 
* Phổ huỳnh quang và phổ kích thích huỳnh quang của dây nano, đai nano ZnS nhận 
được sau khi nuôi 
Hình 3.6 là phổ PL và PLE của các dây, đai nano ZnS nhận sau khi nuôi. Phổ PL 
được đặc trưng bởi một dải phát xạ rộng với cực trị đỉnh phổ tại bước sóng ~ 500 nm. Đây 
là đỉnh phát xạ thường quan sát được trong các mẫu cấu trúc một chiều ZnS và được giải 
68 
thích là do các sai hỏng liên quan đến các nút khuyết ôxy hoặc do sai hỏng Zn-O-S gây nên 
trên bề mặt của dây ZnS [39, 71, 128, 154]. Một số tác giả khác cho rằng nguồn gốc của 
phát xạ xanh lục này là do tạp kim loại xúc tác vàng gây ra [128]. 
Hình 3.6. Phổ huỳnh quang (PL) và phổ kích thích huỳnh quang (PLE) tại nhiệt độ phòng của 
dây, đai nano ZnS nhận được sau khi nuôi 
Phổ PLE tương ứng của đỉnh 500 nm được đặc trưng bởi 3 đỉnh tại các bước sóng ~ 
280, 337 và 375 nm. Đỉnh 280 và 337 nm là liên quan đến các hấp thụ gần bờ vùng của 
ZnS. Ở đây đã có một sự dịch chuyển xanh đáng kể về phía năng lượng cao so với bờ vùng 
của ZnS khối ở ~ 342 nm. Đỉnh kích thích tại 375 nm có thể được giải thích là do hấp thụ 
gần bờ vùng của ZnO. Như vậy, kết quả khảo sát phổ PLE một lần nữa khẳng định sự tồn 
tại của pha tinh thể ZnO trong các cấu trúc nano một chiều ZnS ngay trước khi mẫu được 
ôxy hoá. 
* Phổ huỳnh quang catốt tại nhiệt độ phòng của các cấu trúc nano một chiều ZnS 
nhận được sau khi nuôi 
Trong nghiên cứu về các cấu trúc nano tinh thể một chiều, do các cấu trúc này 
thường được nuôi trên các loại đế khác nhau, trong đó có loại đế mà thành phần hoá học 
của nó có thể ảnh hưởng đến thành phần và tính chất quang của các cấu trúc một chiều 
nhận được, dẫn tới rất khó rút ra kết luận một cách chắc chắn về nguyên nhân, nguồn gốc 
của các phổ PL quan sát. Vấn đề này đã được giải quyết trong nghiên cứu của chúng tôi 
bằng cách sử dụng thiết bị đo phổ huỳnh quang catốt (MonoCL4- Gatan) và hệ phân tích 
thành phần nguyên tố hóa học (EDS-XMAX50 OXFORD) được tích hợp trong hệ đo hiển 
vi điện tử quét phân giải siêu cao (Jeol JSM-7600F) cho phép đo được chính xác thành 
phần và tính chất quang của các cấu trúc ở quy mô nanomét. Với hệ thiết bị này, chúng tôi 
có thể có thông tin đồng thời về hình thái bề mặt, thành phần nguyên tố hóa học và phổ 
69 
huỳnh quang catốt trên cùng một vị trí ảnh và có thể đo phổ CL ở chế độ toàn phổ và chế 
độ tại một điểm (spot). Ảnh FESEM-CL cũng có thể cho thông tin về các phát xạ trong 
vùng nhìn thấy, vùng UV hoặc vùng không phát xạ. 
Hình 3.7. Ảnh FESEM-CL được đánh dấu các vị trí đo phổ CL (Spot 1, 2, 3) (a); Phổ huỳnh 
quang catốt (CL-cathodoluminescence) chế độ toàn phổ (b); Phổ huỳnh quang catốt tại vị trí 1 
(SPOT 1) được FIT theo hàm GAUSS tại 5 đỉnh phát xạ 337, 370, 440, 520 và 600 nm (c); Phổ 
CL tại các vị trí khác nhau được đánh dấu trên ảnh FESEM-CL (d) của các đai nano ZnS nhận 
được sau khi nuôi 
Hình 3.7 (a) là ảnh FESEM ở chế độ đo CL toàn phổ và vị trí đánh dấu đo CL 
tại spot 1&2 trên đai nano ZnS nhận được sau khi nuôi. Ở chế độ đo toàn phổ (hình 
3.7 b), phổ CL nhận được là do đóng góp bởi toàn bộ các dây nano, đai nano ZnS có 
trong ảnh FESEM-CL. Trên phổ CL ở chế độ toàn phổ cho thấy có hai vùng phát xạ 
chính: i) vùng phát xạ UV gồm 2 đỉnh phổ có bước sóng 337 nm và 370 nm, nguồn 
gốc của các đỉnh phát xạ này là do các chuyển mức phát xạ gần bờ vùng (NBE) trong 
hai pha ZnS và ZnO tương ứng [58, 71, 128, 177]; ii) và một dải phát xạ rộng trong 
vùng nhìn thấy có cường độ mạnh có đỉnh tại 2 bước sóng 440 nm và 520 nm (ngoài 
ra còn một đỉnh phát xạ có bước sóng khoảng 670 nm được cho là hài bậc hai của 
đỉnh 337 nm). Đỉnh phát xạ 440 nm được cho là do các nút khuyết S (S vacancies) 
gây ra, trong khi đỉnh phát xạ 520 nm có thể được giải thích do các sai hỏng liên quan 
70 
đến Zn-O-S [39, 71, 128, 154]. Nhận định này của chúng tôi về nguồn gốc của đỉnh 
phát xạ 520 nm là phù hợp với kết quả phân tích phổ EDS ở trên với ~ 5.1 % nguyên 
tử của ôxy tồn tại trong mẫu và hầu hết là ở trên bề mặt dây/đai nano (kết quả phân 
tích EDS mapping). 
Hình 3.7. (c) là phổ CL đo tại nhiệt độ phòng tại vị trí spot 1 được đánh dấu trên ảnh 
FESEM-CL và được FIT theo hàm GAUSS tại vị trí 5 đỉnh (337, 370, 440, 520, 600 nm). 
Trên phổ CL đo tại