Tóm tắt Luận án Chế tạo và nghiên cứu các đặc tính của dây nano Si

 lớp tối ưu là 10 nm cần thiết để chế tạo các SiNW. 
Ngoài ra S. Leela và đồng nghiệp [59] tổng hợp SiNW bằng phương 
pháp PECVD sử dụng kim loại xúc tác Au, chỉ ra rằng độ dày lớp xúc 
tác ảnh hưởng đến kích thước SiNW. Quan sát trên ảnh SEM thể hiện 
7 
ở Hình 2.13 đối với các mẫu dây Si chúng tôi chế tạo được với độ dày 
lớp xúc tác Au khác nhau, SiNW hình thành có kích thước to nhỏ đan 
xen nhau trong khoảng từ 10÷50 nm đồng thời mật độ hình thành ở 
các vị trí không đồng đều. Kết quả hình thái bề mặt của SiNW cho 
thấy kích thước cũng như mật độ SiNW phụ thuộc vào kích thước, mật 
độ phân bố của hạt hợp kim hình thành trên đế Si. Kích thước SiNW 
trong khoảng từ 10÷80 nm, các SiNW nhỏ đan xen các dây lớn, kết 
quả thu được khá tương đồng với kết quả hình thái hạt vàng. 
Hình 2.13 Hình thái bề mặt của hệ SiNW tổng hợp tại 1100 oC thời gian 
60 phút, lưu lượng khí 150 sccm, tỷ lệ Si:C (4:1), độ dày Au trên đế Si: a) 
1 nm, b) 2 nm, c) 4 nm 
Chúng tôi tiến hành tổng hợp SiNW không sử dụng xúc tác 
kim loại Au và sử dụng xúc tác Au. Kết quả cho thấy nếu không có 
xúc tác Au thì việc hình thành dây trở nên khó khăn hơn (không hình 
thành) khi có xúc tác nếu tiến hành tạo mẫu trong cùng một điều kiện 
chế tạo (Hình 2.14). 
Hình 2.14 Hình thái bề mặt của SiNW tổng hợp tại 1100 oC, thời gian 
60 phút, lưu lượng khí 150 sccm, tỷ lệ Si:C (4:1) với: a) Không xúc 
tác, b) xúc tác Au. 
a) b) 
c) 
8 
Kết quả thu được của chúng tôi, là thông tin để khẳng định rõ 
vai trò của kim loại xúc tác trong quá trình tổng hợp SiNW. Một số 
nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng nếu không sử dụng kim loại xúc tác 
thì điều kiện chế tạo SiNW thành công với nhiệt độ khoảng 1350 oC 
và thời gian mọc kéo dài khoảng 2÷3 giờ [4, 32, 62, 82]. 
2.6.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên cấu trúc của SiNW 
Theo giản đồ pha cho thấy tồn tại một trạng thái lỏng giữa 
kim loại xúc tác vàSi đồng thời sự hình thành hợp chất cùng tinh 
(eutectic). Khi tăng thành phần Si trong pha lỏng, tạo ra trạng thái 
quá bão hòa, gây ra sự tách pha giữa Si và kim loại xúc tác. Do vậy, 
việc lựa chọn nhiệt độ trong kỹ thuật bốc bay nhiệt chân không phụ 
thuộc vào điểm cùng tinh của kim loại đóng vai trò xúc tác. Nhóm 
nghiên cứu của Z. W. Pan cùng cộng sự [82] chỉ ra rằng SiNW có 
thể tổng hợp bằng phương pháp bốc bay nhiệt từ nguồn rắn trong 
điều kiện nhiệt độ bằng hoặc lớn hơn 1000 oC, còn dưới 900 oC không 
hình thành SiNW, mà chỉ tạo thành dây SiOx vô định hình. 
Hình 2.15 Hình thái bề mặt của hệ SiNW tổng hợp tại các nhiệt độ khác 
nhau trong khoảng thời gan 60 phút, lưu lượng khí 150 sccm và tỷ lệ 
Si:C (4:1). 
Với nhiệt độ 900 oC, cho thấy SiNW chưa hình thành, bề 
mặt vẫn chỉ là các hạt Au hình thành do sự nứt vỡ màng mỏng Au 
ở nhiệt độ cao hoặc co cụm lại thành các hạt hình cầu để giảm năng 
lượng liên kết của các nguyên tử Au trên bề mặt đế Si. Tại nhiệt độ 
tổng hợp 1000 oC, bắt đầu có sự hình thành SiNW nhưng còn khá 
ngắn và mật độ dây chưa đồng đều. Như vậy với kết quả khảo sát 
9 
cho thấy rằng, nhiệt độ tổng hợp dưới 1000 oC, sự phát triển SiNW 
là khó và nếu có thể xảy ra với tốc độ rất chậm. 
Tại nhiệt độ tổng hợp SiNW 1100 oC cho thấy SiNW hình 
thành với mật độ dây cao hơn, đường kính dây khá nhỏ cỡ khoảng 
20 nm. Nếu nhiệt độ tổng hợp tiếp tục tăng (khoảng 1200 oC) chúng 
tôi thấy kích thước và sự đồng đều dây sẽ thay đổi, có thể hình thành 
các SiNW có kích thước khá lớn dẫn đến dây sẽ bị đứt gãy, các kết 
quả này chưa thể hiện rõ nên không được trình bày trong luận án. Do 
khả năng của thiết bị nâng nhiệt của hệ chế tạo tối đa 1200 oC, nên 
chúng tôi không thể tiếp tục khảo sát ở nhiệt độ cao hơn. Tuy nhiên 
các kết quả SiNW hình thành trong vùng nhiệt độ khảo sát 1100 oC 
đến 1200 oC là phù hợp trong các nghiên cứu của chúng tôi. 
a) b) 
Hình 2.17 Hình thái bề mặt của SiNW dạng bạch tuộc tổng hợp tại nhiệt độ 
1100 oC, thời gian 60 phút, lưu lượng khí 150 sccm, tỷ lệ Si:C (4:1) : a) 
chưa khử Au, b) khử Au. 
Nhưng quá trình nâng nhiệt tới nhiệt độ tổng hợp không qua 
giai đoạn ổn định nhiệt. thời gian nâng nhiệt từ nhiệt độ phòng tới nhiệt 
độ tổng hợp 50 phút, dẫn đến kết quả SiNW tổng hợp được có cấu trúc 
dạng bạch tuộc. Kết quả này có thể giải thích, trong quá trình nâng nhiệt 
màng Au nóng chảy co cụm kết tủa thành các đám hoặc đảo Au đồng 
thời hình thành SiNW dẫn đến cấu trúc nhận được có dạng bạch tuộc. 
2.6.3. Ảnh hưởng của thời gian tổng hợp lên cấu trúc của SiNW 
Có thể thấy rằng, khi tăng thời gian tổng hợp từ 15 đến 120 
phút, độ dài của SiNW tăng lên (xem trong Hình 2.18(a-d) và các 
SiNW hình thành với mật độ cao và các dây dài nhất khi thời gian tổng 
hợp là 60 phút (như được chỉ ra trong Hình 2.18(c)). Tuy nhiên, nếu 
thời gian tổng hợp kéo dài (120 phút), dẫn đến SiNW hình thành với 
mật độ và kích thước thay đổi được chỉ ra trong Hình 2.18(d). Kết quả 
10 
quan sát trong Hình 2.18 cho thấy sự gia tăng chiều dài cũng như mật 
độ dây khi thời gian lắng đọng phù hợp. 
Khi thời gian lắng đọng 30 phút, bắt đầu nhú mầm hình thành 
SiNW với chiều dài cỡ micrô-mét, mật độ chưa cao (Hình 2.18b). Tiếp tục 
tăng thời gian tổng hợp lên 60 phút, dây hình thành với mật độ cao, chiều 
dài của SiNW tăng lên. 
Hình 2.18 Hình thái bề mặt SiNW tổng hợp tại 1100 oC, lưu lượng khí 
150 sccm, tỷ lệ Si:C (4:1) với thời gian lắng đọng: a) 15, b) 30, c) 60 và 
d) 120 phút. 
Với thời gian lắng đọng 120 phút cho thấy SiNW mọc dài ra, 
có thể một mức nào đó dây bị đứt gãy, điều này được giải thích do 
trong quá trình tổng hợp ở nhiệt độ cao với thời gian kéo dài dẫn đến 
trình hình thành các khuyết tật bên trong. Khi thời gian lắng đọng kéo 
dài thì SiNW trở nên dài hơn càng xa gốc dây mỏng hơn ở cuối. Các 
kết quả nghiên cứu của Al-Ruqeishi MS [4] đã cho rằng yếu tố thời 
gian quyết định đến sự hình thành dây Si dài hay ngắn, hoặc lớp SiOx 
dày hơn khi thời gian tổng hợp kéo dài. 
2.6.4. Ảnh hưởng của lưu lượng khí 
Nhóm nghiên cứu [108] đã chỉ ra rằng ảnh hưởng của lưu 
lượng khí Ar trong quá trình tổng hợp SiNW, các kết quả cho thấy nếu 
lưu lượng khí quá cao hoặc quá thấp thì quá trình hình thành các tinh 
thể SiNW không xảy ra hoặc xảy ra rất chậm. Thông số này là quan 
trọng trong quá trình tổng hợp các SiNW. 
Với lưu lượng khí Ar 50 sccm thì không đủ mang hơi SiO đến 
bề mặt đế có lớp xúc tác Au, do vậy việc hình thành dây có nhưng không 
đáng kể hoặc có những vị trí hầu như không quan sát được (Hình 2.19a). 
Khi lưu lượng khí tăng lên 100 sccm, bề mặt mẫu xuất hiện SiNW với 
mật độ có cải thiện hơn, các SiNW dài và kích thước khá đồng đều (Hình 
11 
2.19b). Khi tăng lưu lượng khí Ar lên 150 sccm, SiNW hình thành với 
mật độ cao với kích thước thay đổi rõ rệt cả đường kính lẫn chiều dài 
SiNW (Hình 2.19c) 
Hình 2.19 Hình thái bề mặt SiNW tổng hợp tại 1100 oC, thời gian 60 
phút, tỷ lệ Si:C (4:1) với lưu lượng khí: a) 50, b) 100, c) 150 và d) 
300 sccm. 
Khi tăng lưu lượng khí Ar lên đến 300 sccm, các SiNW hình 
thành với mật độ và cấu trúc thay đổi rõ rệt, sự hình thành này đã có 
tính định hướng hơn thay vì mọc ngẫu nhiên và lộn xộn trong trường 
hợp lưu lượng khí 50, 100 và 150 sccm. Sự phát triển của dây Si theo 
định hướng thẳng đứng và khá ngắn, cỡ nhỏ hơn 1 µm. Có thể lý giải 
do việc lưu lượng khí lớn, nguồn hơi do sự bốc bay nhiệt của bột Si 
xảy ra mạnh mẽ, các nguyên tử Si bám vào và khuếch tán xung quanh 
các hạt nanô Au tạo trạng thái quá bão hòa. Các nguyên tử Si tiếp tục 
khuếch tán vào vùng lỏng Au-Si quá bão hòa, sau đó kết tinh tạo cấu 
trúc một chiều là dây Si với định hướng ưu tiên (111). Các SiNW trong 
điều kiện mọc nêu trên có xu hướng định hướng thẳng với chiều dài 
khoảng 1 μm (Hình 2.19d). 
Có thể giải thích ảnh hưởng của lưu lượng khí lên cấu trúc 
SiNW hình thành trên đế Si (111), với các dây Si mọc thẳng định 
hướng nhưng khá ngắn do một trong hai yếu tố sau: 
* Sự phát triển dây mọc thẳng đứng có cấu trúc hoàn hảo thì 
duy trì tốc độ mọc là khó hơn so với các dây nằm ngang, nơi mà có sự 
khuyết tật xảy ra ảnh hưởng tới sự phát triển định hướng của dây nằm 
ngang trên mặt đế, khi đó hạt xúc tác trở nên khá linh động và phát 
triển nhanh chóng theo cơ chế mọc từ đỉnh, chiều dài có thể lên đến 
vài chục micrô-mét; 
12 
* Yếu tố khác có thể liên quan đến việc nguồn hơi Si cung cấp 
nhanh và mạnh trong thời gian ngắn. Hỗn hợp quan sát còn lại sau 
phản ứng chỉ còn lại màu đen của bột cácbon, thay vì với các trường 
hợp trên, bột còn lại vẫn còn sự pha trộn màu đen-xám của hỗn hợp 
Si:C, hỗn hợp còn lại này vẫn có thể sử dụng trong các nghiên cứu 
mọc dây Si nhưng tỷ lệ hỗn hợp đã thay đổi. 
2.6.5. Vai trò của nguồn rắn 
Hình 2.20 Hình thái bề mặt SiNW tổng hợp tại 1100 oC, lưu lượng khí 
150 sccm, thời gian 60 phút với tỷ lệ Si:C: Si 100% (a), 4:0,5 (b), 4:1 (c). 
Quan sát ảnh FESEM một trong mẫu điển cho thấy nhiệt độ 
chế tạo 1100 oC khi vật liệu nguồn không có mặt của cácbon thì không 
quan sát thấy khả năng hình thành SiNW (Hình 2.20a). Với sự có mặt 
của cácbon theo tỷ lệ Si:C=4:0,5 cho thấy bắt đầu hình thành dây với 
mật độ thấp cũng như chiều dài dây ngắn (Hình 2.20b). 
Trong trường hợp tỷ lệ Si:C=4:1 cũng với cùng điều kiện thí 
nghiệm, cho thấy hiệu suất mọc SiNW cao với đường kính trong 
khoảng 30÷50 nm và chiều dài tăng lên đáng kể (Hình 2.20c). Kết quả 
này cho thấy rõ vai trò của bột C trong hỗn hợp nguồn rắn. Sự có mặt 
của cácbon có hai ý nghĩa: 
Thứ nhất, có sự tăng cường nhiệt độ bên trong hỗn hợp nguồn 
làm thúc đẩy quá trình bay hơi của bột Si. Sự hấp thụ nhiệt mạnh của 
cácbon làm tăng cường sự ủ nhiệt này. 
Thứ hai, cácbon còn có tác dụng giúp loại bỏ lớp ôxít bên 
ngoài các hạt bột Si đã bị môi trường ôxi hóa, cho phép các hạt Si tới 
tham gia quá trình mọc và phát triển dây tại vùng tiếp xúc lỏng-rắn 
của hợp kim Au-Si. Hiệu ứng này thúc đẩy quá trình phát triển định 
hướng và tốc độ mọc của SiNW. 
5.00m
5.00m
5.00m
a) b)
c)
13 
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HUỲNH QUANG, 
CẤU TRÚC CỦA SiNW 
3.1 Khảo sát hình thái và kích thước của hệ SiNW bằng kính hiển 
vi điện tử truyền qua (TEM) 
Hình ảnh TEM của đơn SiNW cho thấy một cấu trúc gồm lõi 
Si được bao bọc bởi lớp SiOx vô định (Hình 3.3). SiNW với cấu trúc 
lõi tinh thể Si-lớp ôxít silic đã được chế tạo bằng cách sử dụng phương 
pháp bay hơi nhiệt với nguồn nguyên liệu khác nhau [115], chẳng hạn 
như SiO [54], hỗn hợp Si-SiO2 [116], hoặc hỗn hợp Si-C [32]. Tùy 
thuộc vào các điều kiện thí nghiệm cụ thể, sự hình thành của một cấu 
trúc lõi vỏ Si/SiOx đã được quy cho hai cơ chế: 
* Cơ chế đầu tiên liên quan đến việc hấp thụ (của SiO từ pha 
hơi), ngưng tụ và tham gia phản ứng phân tách tại chỗ chất xúc tác 
(Au trong trường hợp của chúng tôi, hoặc SiO trong trường hợp không 
có chất xúc tác kim loại được sử dụng). 
* Sau khi phân tách, Si được hấp thụ vào các hạt nanô xúc tác, 
trong khi các ôxít vẫn còn ở bề mặt của hạt xúc tác. Sau đó, SiNW 
phát triển theo cơ chế VLS [81]. Cơ chế thứ hai liên quan đến quá trình 
ôxi hóa xuyên tâm với ôxi dư trong lò ống, dẫn đến sự hình thành của 
lớp ôxít silic vô định hình. 
Hình 3.3 Ảnh TEM của đơn dây nanô silic. 
Quan sát hình ảnh TEM (Hình 3.3) của một đơn dây nanô silic, 
cho rằng dây nanô có một lõi tinh thể và một vỏ bọc vô định hình, các 
lõi dây có cấu trúc lớp Si/SiOx, trong đó độ dày của mỗi lớp là nhỏ 
hơn nhiều so với đường kính của nó. Đường kính của lõi tinh thể 
khoảng 30 nm và độ dày của vỏ bao là khoảng 15 nm. Hình ảnh cho 
thấy SiNW có cấu trúc lõi vỏ không phải dạng ống. Các lớp ôxít silic 
vô định hình có vai trò như một lớp bảo vệ lõi tinh thể Si nằm bên 
trong [32]. 
14 
Hình 3.4. Ảnh TEM của một số SiNW được tổng hợp với nhiệt độ 1100 oC, 
thời gian 60 phút, lưu lượng khí 150 sccm, tỷ lệ S:C (4:1). 
Một số SiNW đã được tách ra khỏi đế Si để xác định đường 
kính thông qua phép đo TEM. Kết quả thu được cho thấy đường kính 
các dây tương đối đồng đều. Hình 3.4 thể hiện ảnh hiển vi điện tử 
truyền qua TEM đặc trưng của cấu trúc dây nanô Si tổng hợp ở nhiệt 
độ cao. Có thể quan sát rõ nét cấu trúc lõi Si/lớp SiOx của dây nanô Si, 
cho thấy dây SiNW tổng hợp được với các kích thước to nhỏ đan xen. 
Kích thước dây SiNW khoảng 10÷90 nm (Hình 3.4), tương ứng lõi Si 
tinh thể có đường kính từ một vài nm đến vài chục nm được bao bọc 
bởi lớp ôxít silic khá dày. 
Hình 3.5. Ảnh TEM của đơn dây nanô silic. 
Kết quả khảo sát TEM được minh họa trên Hình trong đó lõi 
tinh thể Si có thể quan sát được là phần màu đậm hơn nằm ở phía 
trong, trong khi lớp SiOx bao bọc có màu nhạt hơn bao bọc ở phía 
ngoài. Chúng tôi quan sát được chính là sự phân lớp sáng/tối, sự mấp 
mô bề mặt trong phần lõi của SiNW. Khi quan sát kỹ lõi SiNW, chúng 
tôi nhận thấy lõi có những lớp sáng tối xen kẽ nhau, kết quả này nhóm 
tác giả Phạm Thành Huy đã phân tích [88]. 
3.2. Huỳnh quang của SiNW 
3.2.1 Phương pháp phân tích huỳnh quang 
3.2.2. Hiệu ứng lượng tử, các sai hỏng và trạng thái bề mặt của 
SiNW 
3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ tổng hợp SiNW lên phổ huỳnh quang 
Quan sát phổ huỳnh quang ảnh hưởng bởi nhiệt độ cho 
thấy xuất hiện các đỉnh phát xạ nằm trong vùng 400-700 nm: 
480nm, 520 nm, 640 nm và 700 nm tương ứng với năng lượng 
15 
phát xạ 2,58; 2,38; 1,94; 1,77 eV, nguồn gốc của các đỉnh phát xạ 
trong vùng nhìn thấy của SiNW được cho là: 
Hình 3.9. Phổ huỳnh quang của SiNW tổng hợp tại nhiệt độ khác nhau với 
thời gian mọc 60 phút, 150 sccm, Si:C (4:1). 
Đỉnh phát xạ trong vùng ánh sáng đỏ ~ 700 nm chỉ xuất hiện 
ở một số mẫu SiNW tổng hợp được, đin̉h phát xạ này được giải thićh 
có thể là do một trong các nguyên nhân sau: 
* Sự tương quan giữa các sai hỏng tại biên Si/SiOx và sự tái hợp 
của điện tử - lỗ trống do sự giam giữ lượng tử trong lõi nanô tinh thể của 
SiNW có kích thước rất nhỏ (cỡ bán kính Bohr 5 nm) [23]; 
* Do trạng thái bề mặt của SiNW [108]; 
* Do các hạt nanô tinh thể Si trong mạng nền SiOx [99]; 
Đỉnh phát xạ 640 nm la ̀do các tâm sai hỏng ở bề mặt lớp tiếp 
xúc giữa tinh thể Si với lớp SiOx bao bọc như các nút khuyết ôxi gây 
ra. Kết quả này khá tương đồng với công trình của Zhang và cộng sự 
khi chế tạo các SiNW trong môi trường có ôxi [150]; 
Đỉnh phát xạ 520 nm và 480 nm do các tâm sai hỏng ở lớp 
SiOx gây ra, sự hình thành lớp ôxít silic trong quá trình tổng hợp ở 
nhiệt độ cao. 
3.2.4 Ảnh hưởng của thời gian tổng hợp lên phổ huỳnh quang 
Với thời gian lắng đọng 30 phút xuất hiện đỉnh phát xạ huỳnh 
quang 400, 600 và 640 nm tương ứng với năng lượng phát xạ 3,1; 2,48 
và 1,94 eV, trong quá trình tổng hợp SiNW lớp ôxít silic luôn hình 
thành bảo vệ lõi tinh thể Si, đồng thời xuất hiện sai hỏng hoặc những 
khuyết tật trong mẫu SiNW khi tổng hợp tại nhiệt độ cao trong khoảng 
thời gian lắng đọng này. 
Tiếp tục tăng thời gian tổng hợp 60 phút, quan sát phổ quang 
huỳnh quang cho thấy dải phổ phát xạ mở rộng hơn, có sự thay đổi 
đỉnh về phía sóng dài, xuất hiện các đỉnh phát xạ 520 nm, 640 nm và 
700 nm tương ứng với năng lượng phát xạ 2,38; 1,94 và 1,77 eV. Kết 
16 
quả này cho thấy trong mẫu SiNW xuất hiện các sai hỏng, khuyết tật 
trong tinh thể Si khi tổng hợp ở nhiệt độ cao, thời gian kéo dài. 
Hình 3.10 Phổ huỳnh quang của SiNW tổng hợp 1100 oC, 150 sccm, Si:C 
(4:1) với thời gian mọc khác nhau. 
Nhưng khi tiến hành tổng hợp SiNW với thời gian khoảng 2 
giờ, kết quả khảo sát cho thấy sự thay đổi vùng phổ phát xạ về phía sóng 
ngắn với các đỉnh phát xạ 400 nm, 500 nm tương ứng năng lượng 3,1 
và 2,48 eV, chứng tỏ SiNW bị ôxi hóa nhiều dẫn đến hình thành lớp 
ôxít silic chủ yếu. Điều này có thể giải thích do các nguyên nhân sau: 
* Thứ nhất: Nồng độ ôxi dư trong buồng phản ứng trong quá 
trình tổng hợp ở nhiệt độ cao có thể cao hơn dẫn tới tạo ra một lớp ôxít 
silic [75]. Trong nghiên cứu của tác giả, do buồng phản ứng (ống lò 
thạch anh) không được hút chân không trước quá trình nuôi, mà chỉ 
được làm sạch bằng cách thổi khí Ar qua buồng phản ứng liên tục 
trong suốt quá trình tổng hợp SiNW để loại bỏ khí ôxi dư hoặc lượng 
ôxi sinh ra từ thành ống (thuyền chứa mẫu) ở nhiệt độ cao. Do vậy, 
lượng ôxi dư có thể tồn tại trong buồng phản ứng, dẫn tới trong quá 
trình hình thành mẫu SiNW luôn tạo thành một lớp ôxít silic. 
* Thứ hai: Hơi SiO sinh ra từ phản ứng giữa cácbon với lớp 
ôxít silic tự nhiên bao bọc hạt nanô Si khuếch tán vào hạt kim loại xúc 
tác Au hình thành lớp vỏ ôxít silic [54]. 
* Thứ ba: Bột cácbon có thể phản ứng với lớp ôxít tự nhiên 
của hạt nanô Si hình thành hơi SiO. Hơi Si bay hơi từ hạt nanô Si và 
hơi SiO cùng lúc khuếch tán vào hạt kim loại xúc tác Au, khi đạt trạng 
thái bão hoà do xu hướng tách pha, Si sẽ khuếch tán về vùng đã có 
nhiều Si, trong khi SiO2 khuếch tán về vùng có nhiều SiOx dẫn tới hiện 
tượng phân pha và hình thành cấu nên trúc lõi Si và lớp SiOx bao bọc 
như đã quan sát thấy trên Hình 3.5. 
* Thứ tư: Sự hình thành lớp ôxít silic sau khi mẫu SiNW tiếp 
xúc với môi trường khí quyển [47]. 
17 
3.2.5. Ảnh hưởng của lưu lượng khí lên phổ huỳnh quang 
Quan sát trên phổ PL ở Hình 3.11 của ba mẫu tương ứng 
trên cho thấy đỉnh phát xạ 600-700 nm với cường độ mạnh chỉ xuất 
hiện ở mẫu dây với tốc độ lưu lượng khí 150 sccm, ngoài ra còn 
xuất hiện đỉnh phát xạ 520 nm. Chứng tỏ với lưu lượng khí này 
SiNW đồng thời vừa hình thành lớp ôxít silic vừa hình thành lõi 
tinh thể Si. Khi giảm tốc độ lưu lượng khí xuống 100 sccm, phổ 
huỳnh quang của mẫu xuất hiện các đỉnh phát xạ khoảng từ 
400÷550 nm. Như vậy với lưu lượng dòng chảy khí này SiNW hình 
thành chủ yếu lớp ôxít silic. Chúng tôi tiến hành giảm tốc độ lưu 
lượng khí 50 sccm, cho thấy phổ huỳnh quang của mẫu SiNW hầu 
như không xuất hiện các đỉnh phát xạ. Kết quả này hoàn toàn phù 
hợp với hình thái bề mặt mẫu thu được (Hình 2.18). 
Hình 3.11 Phổ huỳnh quang của hệ SiNW tổng hợp tại 1100 oC, thời gian 
60 phút, tỷ lệ Si:C (4:1) với lưu lượng khí khác nhau. 
Từ phổ huỳnh quang chúng tôi đã quan sát thấy được sự tăng 
huỳnh quang mẫu SiNW khi lưu lượng khí tăng lên đến 150 sccm và 
cũng đã thấy rằng sự tăng cường huỳnh quang này có liên quan chặt 
chẽ với nồng độ nút khuyết ôxi có trong lớp ôxít của dây Si. Từ đó, 
chúng tôi cho rằng, có sự ôxi hóa xảy ra trong quá trình hình thành 
SiNW và đó cũng là nguyên nhân chính gây ra sự tăng hoặc giảm 
cường độ huỳnh quang của các mẫu. Khi lưu lượng tăng mạnh, cụ thể 
với lưu lượng khí lên đến 300 sccm, phổ huỳnh quang của mẫu chúng 
tôi đo ở hai dải phổ từ 420 ÷ 500 nm (tương ứng năng lượng 2,95 ÷ 
2,48 eV) và 720 ÷ 800 nm (tương ứng năng lượng 1,72 ÷ 1,55 eV), 
cho thấy xuất hiện hai đỉnh phát xạ 480 nm, 760 nm. Như vậy với lưu 
lượng khí 300 sccm dây SiNW luôn hình thành lớp ôxít silic bao bọc 
lõi tinh thể Si. 
18 
Hình 3.12 Phổ huỳnh quang của SiNW với lưu lượng khí 300 sccm. 
3.2.6. Ảnh hưởng của nguồn vật liệu lên phổ huỳnh quang 
Quan sát thấy phổ huỳnh quang hai mẫu này (Hình 2.13) đều 
bao gồm hai đỉnh. Với trường hợp mẫu SiNW hình thành với tỷ lệ vật 
liệu nguồn Si:C=4:0,5 phổ huỳnh quang xuất hiện các đỉnh phát xạ 
khoảng 400 nm và 500 nm. Một điểm nữa có thể quan sát là đỉnh phổ 
nhỏ tại bước sóng ~ 760 nm (1,63 eV). Sự tồn tại đỉnh phổ này có liên 
quan đến sự tái hợp của các tâm phát quang trong cấu trúc lõi của Si, 
do các khuyết tật cũng như các sai hỏng trong quá trình tổng hợp ở 
nhiệt độ cao gây ra. 
Hình 3.13 Phổ huỳnh quang của SiNW tổng hợp tại 1100 oC, thời 
gian 60 phút, lưu lượng khí 150 sccm với tỷ lệ Si:C tương ứng a) 
4:0,5; b) 4:1. 
Rõ ràng rằng, với tỷ lệ Si:C nêu trên, SiNW hình thành với 
tốc độ phát triển chậm, ngắn và chủ yếu hình thành lớp ôxít silic, bên 
cạnh đó lõi tinh thể Si cũng hình thành với kích thước khá nhỏ. 
Khi tỷ lệ hỗn hợp tăng lên với tỷ lệ Si:C=4:1, ta quan sát thấy 
thấy dạng phổ với các “vai” quan sát tại các vùng bước sóng khoảng 
520, 640 và 700 nm. Chúng tôi cho rằng, các đỉn