Cấu trúc và tính chất quang của nano tinh thể bán dẫn znxcd1-Xs - Hoàng Thị Lan Hương

Tạp chí Khoa học và Công nghệ 54 (1A) (2016) 190-198 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA NANO TINH THỂ BÁN DẪN ZnxCd1-xS Hoàng Thị Lan Hương1, *, Nguyễn Huyền Trang2, Nguyễn Thị Thu Trang3, Nguyễn Thị Thúy Liễu 1, Nguyễn Xuân Nghĩa3 1Học viện Công nghệ Bưu chính - Viễn thông, km 10 đường Nguyễn Trãi, Hà Đông, Hà Nội 2Viện Vật lý, VAST, 10 Đào Tấn, quận Ba Đình, Hà Nội 3Viện Khoa học Vật liệu, VAST, 18 Hoàng Quốc Việt, quận Cầu Giấy, Hà Nội * Email: huonghtl@ptit.edu.vn Đến Tòa soạn: 30/08/2015; Chấp nhận đăng: 15/12/2015 TÓM TẮT Độ rộng vùng cấm của các nano tinh thể (NC) hợp kim có thể thay đổi được thông qua thay đổi kích thước và thành phần của chúng. Trong bài báo này, chúng tôi đã tổng hợp và khảo sát cấu trúc pha tinh thể của các NC ZnxCd1-xS có phân bố các nguyên tố hóa học đồng đều khi tỉ lệ Zn/Cd thay đổi. Các NC ZnxCd1-xS được tổng hợp từ zinc stearate, cadmium stearate và lưu huỳnh, trong môi trường phản ứng octadecene, tại nhiệt độ 280 ºC bằng phương pháp hóa ướt. Đây là cách chế tạo đơn giản, chi phí thấp và có độ lặp lại cao nhưng rất khó để nhận được nano tinh thể ZnxCd1-xS có phân bố các nguyên tố hóa học đồng đều do hoạt tính hóa học khác nhau của các tiền chất Zn và Cd. Cấu trúc và hằng số mạng của NC ZnxCd1-xS được làm rõ bởi giản đồ nhiễu xạ tia X, thành phần và hàm lượng của các nguyên tố hóa học trong hợp kim được xác định bởi phương pháp phân tích phổ tia X, sử dụng phổ kế tán sắc năng lượng (EDS), tính chất quang của các NC ZnxCd1-xS được nghiên cứu bởi phổ hấp thụ và quang huỳnh quang. Từ khóa: nano tinh thể ZnxCd1-xS, nhiễu xạ tia X, hấp thụ, quang huỳnh quang. 1. MỞ ĐẦU Khoa học nano là lĩnh vực đang được quan tâm hiện nay với đối tượng nghiên cứu là các vật liệu và cấu trúc có kích thước nanomet. Các NC bán dẫn có tính chất khác biệt so với tinh thể bán dẫn khối do hiệu ứng giam giữ lượng tử đối với các hạt tải điện và phonon. Theo đó, có thể thay đổi bước sóng phát xạ của chúng trong một vùng phổ rộng bằng cách thay đổi kích thước hạt. Tuy nhiên, việc thay đổi tính chất vật lý và hóa học của NC bán dẫn theo kích thước hạt thường gặp phải một số vấn đề cả về công nghệ chế tạo và hiệu suất phát xạ. Các NC bán dẫn có kích thước nhỏ hơn 2 nm thường phát triển rất nhanh tới kích thước lớn hơn. Do đó rất khó chủ động nhận được các hạt nhỏ có kích thước mong muốn. Bên cạnh đó, hiệu suất lượng tử của NC có kích thước nhỏ thường thấp hơn so với hiệu suất lượng tử của các NC có kích thước Cấu trúc và tính chất quang của nano tinh thể bán dẫn ZnxCd1-xS 191 lớn hơn do sự tăng tỉ số bề mặt/thể tích khi kích thước của NC giảm xuống. Giải pháp khắc phục vấn đề trên là điều khiển bước sóng phát xạ của NC bán dẫn bằng cách thay đổi thành phần hóa học của các NC hợp kim. Hiện nay, việc nghiên cứu NC hợp kim AxB1-xC còn đang hạn chế. Khó khăn trong các nghiên cứu là làm thế nào để có được một phương pháp tổng hợp các NC hợp kim có cấu trúc theo mong muốn đó là phân bố các nguyên tố hóa học đồng đều hoặc phân bố các nguyên tố hóa học thay đổi theo bán kính. Sự khác biệt giữa hợp kim có phân bố các nguyên tố hóa học thay đổi theo bán kính và hợp kim có phân bố các nguyên tố hóa học đồng đều là rất quan trọng do chúng có tính chất quang khác nhau [1, 2]. Trong quá trình tổng hợp các NC CdSe và CdSe/ZnSe, Zhong và các cộng sự [1] đã phát hiện ra rằng: Ban đầu ở nhiệt độ thấp họ thu được các NC có cấu trúc lõi/vỏ, nhưng khi nhiệt độ tăng cao thì cấu trúc lõi/vỏ nhanh chóng biến đổi thành cấu trúc hợp kim NC ZnxCd1-xSe. Quá trình biến đổi từ cấu trúc lõi/vỏ thành cấu trúc hợp kim đã được chứng minh thông qua việc nghiên cứu sự thay đổi đỉnh phổ huỳnh quang theo sự thay đổi của nhiệt độ. Knoll và các cộng sự đã tổng hợp các NC ZnxCd1-xS có phân bố các nguyên tố hóa học đồng đều tại nhiệt độ cao 310 ºC [3]. Một số nghiên cứu trong thời gian gần đây đối với các NC bán dẫn ba thành phần như CdSeS, ZnCdS, ZnCdSe, đã cho thấy bước sóng phát xạ có thể thay đổi từ miền tử ngoại đến miền hồng ngoại, thậm chí đối với các hạt có kích thước lớn. Bên cạnh đó, các NC bán dẫn hợp kim biểu hiện tính chất quang không thua kém so với các cấu trúc nano lõi/vỏ đang được sử dụng rộng rãi hiện nay [1 - 3]. Mặt khác tính chất quang của các NC còn phụ thuộc vào cấu trúc vùng năng lượng. Cấu trúc vùng năng lượng của các tinh thể bán dẫn A2B6 như CdSe, CdS, CdTe... là khá phức tạp. Vùng dẫn được xác định bởi quỹ đạo s của ion kim loại thuộc nhóm II, trong khi vùng hóa trị có cấu trúc phức tạp hơn và liên quan đến quỹ đạo p của Se, S, Te hoặc các nguyên tố nhóm VI khác [4], cấu trúc vùng năng lượng của các NC A2B6 phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể, ví dụ cấu trúc tinh thể kiểu zinc blende (Zb) hay cấu trúc tinh thể kiểu wurtzite (Wz). Cả hai loại cấu trúc tinh thể này đều thuộc mô hình quả cấu xếp chặt, sự chuyển đổi từ cấu trúc tinh thể kiểu Zb sang cấu trúc tinh thể kiểu Wz chỉ liên quan đến sự thay đổi tính đối xứng. Sự thay đổi cấu trúc tinh thể của NC A2B6 từ Zb sang Wz còn chưa rõ ràng. Một số công bố cho thấy cấu trúc tinh thể bị chi phối mạnh bởi nhiệt độ [5 - 6], và đặc tính hóa học của các phân tử hữu cơ được sử dụng để chế tạo NC [7 - 8]. Marray và các cộng sự khi chế tạo NC CdS, CdSe, CdTe nhận thấy rằng tại nhiệt độ cao, kích thước lớn của các NC và liên kết lỏng lẻo của ligan với bề mặt của NC có thể là nguyên nhân dẫn đến sự tạo thành các NC có cấu trúc Wz, trong khi đó cấu trúc Zb kém bền hơn về nhiệt động học thường nhận được khi chế tạo tại nhiệt độ thấp ( ≤ 240ºC) [9]. Leach và các cộng sự khi chế tạo hợp kim CuInS2 cũng nhận thấy nhiệt độ chế tạo ảnh hưởng đến sự thay đổi cấu trúc tinh thể, khi nhiệt độ 115ºC các NC có cấu trúc tinh thể kiểu Zb, nhưng khi nhiệt độ tăng từ 115ºC đến 135ºC các NC có cấu trúc tinh thể kiểu Wz [6]. Nag và các cộng sự nghiên cứu vai trò của ligan lên đối với cấu trúc của NC CdSe, CdS nhận thấy oleic acid (OA) có vai trò ổn định pha cấu trúc Wz [7], trong khi đó trioctylphosphine (TOP) có vai trò ổn định pha cấu trúc Zb [9]. Khi nghiên cứu về vai trò của amine bậc nhất ảnh hưởng lên cấu trúc của NC ZnSe thì Panda [8] cho thấy lựa chọn tỉ lệ trioctylphosphine oxide (TOPO)/ octadecylamine (ODA) thích hợp cấu trúc tinh thể của NC ZnSe có thể biến đổi từ Wz đến Zb, cụ thể thay đổi tỉ lệ TOPO/ODA từ 3:2 đến 4:1 cấu trúc tinh thể của NC ZnSe biến đổi từ Wz sang Zb và hình dạng NC tương ứng chuyển dần từ dạng thanh sang dạng cầu. Điều này được giải thích là doTOPO là ligan liên kết mạnh với tiền chất ban đầu và làm cho quá trình tạo mầm chậm, quá trình phát triển tinh thể nhanh, trong khi đó ODA là ligan liên kết yếu với tiền chất ban đầu và chỉ có khả năng hấp phụ trên mặt đặc biệt nào đó của NC, do đó giảm lượng ODA quá trình mọc đằng hướng chiếm ưu thế, kết quả nhận dược NC có dạng cấu với cấu trúc Zb. Hoàng Thị Lan Hương, và NNK 192 Trong bài báo này, chúng tôi tổng hợp NC hợp kim ZnxCd1-xS có phân bố các nguyên tố hóa học đồng đều bằng phương pháp hóa ướt sử dụng kĩ thuật bơm nóng tại nhiệt độ 280 ºC, ở đó x biến thiên từ 0 đến 1, nghiên cứu tính chất quang ZnxCd1-xS của các NC và cấu trúc tinh thể của chúng khi hàm lượng x trong hợp kim thay đổi. Cụ thể chúng tôi nhận thấy hàm lượng x trong NC giảm có sự thay đổi cấu trúc tinh thể từ Zb sang cấu trúc Wz tương ứng với hình dạng NC chuyển từ dạng cầu sang dạng thanh. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Hóa chất Tất cả các hóa chất dùng để chế tạo các NC ZnxCd1-xS bao gồm: cadmium oxit (CdO, 99,99 %, bột), lưu huỳnh (S, 99,98 %, bột), 1-octadecene (ODE, 90 %), axit stearic (SA, 90 %), kẽm stearate (ZnSt2, 98 %), kẽm oxit (ZnO, 99,9 %), axit oleic (OA, 90 %). Các hóa chất dùng để làm sạch và phân tán các nano tinh thể bao gồm: isopropanol và toluene. 2.2. Chế tạo các nano tinh thể ZnxCd1-xS Chuẩn bị tiền chất: Dung dịch tiền chất Cd2+ nhận được bằng cách hòa 0,5 mmol CdO và 1 mmol SA trong 20 ml ODE tại 240 ºC. Dung dịch tiền chất Zn2+ được tạo ra khi hòa 0,5 mmol ZnSt2 trong 20 ml ODE tại 180 ºC. Trong khi đó dung dịch tiền chất S 2- nhận được bằng cách hòa 2 mmol S trong 10 ml ODE ở nhiệt độ 100 ºC. Chế tạo các NC ZnxCd1-xS: Do hoạt tính hóa học của tiền chất Zn và Cd khác nhau nên muốn tạo ra được các NC ZnxCd1-xS có phân bố các nguyên tố hóa học phải chế tạo tại nhiệt độ rất cao [2 - 3, 10]. Để tạo ra được các NC ZnxCd1-xS có phân bố hóa học đồng đều tại nhiệt độ 280 ºC, chúng tôi chế tạo bằng cách một nửa hỗn hợp dung dịch tiền chất Zn2+ và Cd2+ được đưa vào bình ba cổ, điền khí nitơ để tạo môi trường khí trơ. Sau đó đun nóng hỗn hợp dung môi này đến nhiệt độ phản ứng (280 ºC). Tại nhiệt độ này, dung dịch S2- được phun nhanh vào bình phản ứng, sau đó tiếp tục phun nhỏ giọt vào bình phản ứng lượng hỗn hợp dung dịch tiền chất Zn2+ và Cd 2+ còn lại. Sau những khoảng thời gian định trước, một lượng mẫu sẽ được lấy ra khỏi bình phản ứng và được để nguội tự nhiên xuống nhiệt độ phòng. 2.3. Các phương pháp đặc trưng Ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM), phổ hấp thụ (Abs) và phổ huỳnh quang (PL) của các NC ZnxCd1-xS nhận được khi sử dụng thiết bị hiển vi điện tử truyền qua JEM 1010 (Jeol), thiết bị Jasco 670 (Varian) và hệ đo Varian Cary Eclipse. Cấu trúc của các NC ZnxCd1-xS được xác định bằng phương pháp đo nhiễu xạ tia X trên hệ nhiễu xạ kế D5000 Siemens, nguồn tia X là Cu Kα 1,5406 Å, thành phần và hàm lượng các nguyên tố hóa học trong hợp kim được xác định bởi phương pháp phân tích phổ tia X, sử dụng phổ kế tán sắc năng lượng (EDS). 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Để xem xét hình dạng và kích thước của các NC chế tạo được, chúng tôi đã chụp TEM của một số mẫu đại diện (Hình 1). Cấu trúc và tính chất quang của nano tinh thể bán dẫn ZnxCd1-xS 193 Hình 1. Ảnh TEM của các NC: (a) Zn0,72Cd0,28S; (b) Zn0,54Cd0,46S; (c) Zn0,51Cd0,49S; (d) Zn0,43Cd0,57S; (e) Zn0,29Cd0,71S; (f) Zn0,09Cd0,91S tại thời gian phản ứng 8 giờ. Từ Hình 1 nhận thấy các NC đều có kích thước tăng dần từ khoảng 5 nm đến khoảng 11 nm (tính trung bình cho khoảng 200 hạt bằng phần mềm ImageJ) khi hàm lượng Cd trong hợp kim tăng lên, đồng thời hình dạng các NC thay đổi tương ứng từ dạng tựa cầu sang dạng thanh, nguyên nhân là do khi tăng hàm lượng Cd thì hàm lượng SA tăng theo (do tỉ lệ CdO/SA = 1/2) đã có tác dụng làm chậm sự phát triển của NC, do đó nồng độ monomer trong dung dịch cao dẫn đến các NC được tạo thành có dạng hạt gạo [11]. Hình 2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các NC ZnxCd1-xS với các tỉ lệ Zn/Cd khác nhau tại thời gian phát triển tinh thể là 8 giờ. Các NC ZnxCd1-xS, sử dụng tiền chất cadimum stearate và zinc stearate, tổng hợp trong dung môi ODE được xác định cấu trúc bằng phương pháp đo nhiễu xạ tia X. Hình 2a và Hình 2b trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của các NC ZnxCd1-xS chế tạo ở nhiệt độ 280 ºC với các hàm lượng x khác nhau, thời gian phát triển tinh thể là 8 giờ. Hình 2 cho thấy khi tỉ lệ Zn/Cd giảm có sự thay đổi cấu trúc tinh thể từ Zb (ứng với 0,72 ≤ x ≤ 1) (hình 3a với các đỉnh nhiễu xạ tại góc 2θ ~ 28º, 47º và 56º tương ứng với các chỉ số Miller (111), ( 220), ( 311)) sang cấu trúc tinh thể Wz khi 0,72 < x ≤ 0 (Hình 2b với các đỉnh nhiễu xạ tại góc 2θ ~ 25,7º, 27,4º, 28º, 38º, 45º, 49º, 53º tương ứng với các chỉ số Miller Hoàng Thị Lan Hương, và NNK 194 (100), (002), (101), (102), (110), (103), (112)), và vị trí các đỉnh nhiễu xạ dịch về phía góc 2θ nhỏ hơn, thể hiện sự tăng hàm lượng của ion Cd2+ trong NC. Hình 3 trình bày TEM và giản đồ nhiễu xạ tia X của NC Zn0,29Cd0,71S với thời gian phát triển tinh thể khác nhau tại nhiệt độ 280 ºC, để nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước NC đến cấu trúc tinh thể. Hình 3. TEM của NC Zn0,29Cd0,71S tại thời gian phát triển tinh thể (a) 1 giờ; (b) 8 giờ; (c) giản đồ nhiễu xạ tia X của NC Zn0,29Cd0,71S tại các thời gian nuôi tinh thể khác nhau. Có thể nhận thấy rằng khi kích thước tăng theo thời gian phản ứng thì các NC Zn0,29Cd0,71S đều có cấu trúc Wz Một số công bố thực nghiệm cho thấy rằng ligand có một vai trò quan trọng trong sự biến đổi cấu trúc và hình dạng của NC [7 - 9, 12]. Trong bài báo này chúng tôi thay đổi ligan SA bằng ligan OA với việc thay thế tiền chất cadimum stearate (CdSt2) và zinc stearate (ZnSt2) bằng chất tiền cadmium oleate (CdO- OA) và zinc oleate (ZnO – OA). Hình 4 trình bày TEM và giản đồ XRD của Zn0,29Cd0,71, S, Zn0,72Cd0,28 S sử dụng axit oleic (OA) và axit stearic (SA). Hình 4. TEM của NC: (a) Zn0,72Cd0,288; (b) Zn0,29Cd0,71S sử dụng axit oleic (OA); (c) ) Zn0,72Cd0,28S; (d) Zn0,29Cd0,71S sử dụng axit stearic (SA) và (e) giản đồ nhiễu xạ tia X của các NC sử dụng ligan OA và SA. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, sử dụng cả hai tiền chất ban đầu cadimum stearate, zinc stearate và tiền chất cadmium oleate, zinc oleate vẫn quan sát thấy sự thay đổi cấu trúc tinh thể từ cấu trúc kiểu Zb sang cấu trúc kiểu Wz khi hàm lượng ion Cd2+ trong hợp kim tăng lên (Hình 4). Tuy nhiên tốc độ phản ứng của cadimum stearate với lưu huỳnh là mạnh hơn so với tốc độ Cấu trúc và tính chất quang của nano tinh thể bán dẫn ZnxCd1-xS 195 phản ứng của cadmium oleate với lưu huỳnh, điều đó được thể hiện qua giản đồ nhiễu xạ tia X của các NC được biểu diễn trong hình 4(e). Như vậy khi tăng hàm lượng Cd thì các NC ZnxCd1-xS chúng tôi chế tạo tại nhiệt độ 280 ºC có cấu trúc thay đổi từ Zb sang cấu trúc tinh thể dạng Wz. Sự thay đổi cấu trúc tinh thể của NC ZnxCd1-xS có thể giải thích là do tốc độ phản ứng của tiền chất cadimum stearate với lưu huỳnh xảy ra mạnh hơn so với tốc độ phản ứng của tiền chất zinc stearate với lưu huỳnh, do đó khi hàm lượng Cd trong hợp kim tăng lên cấu trúc tinh thể thay đổi từ kiểu Zb sang kiểu Wz tương ứng với hình dạng các NC chuyển từ dạng tựa cầu sang dạng thanh [4, 10, 13]. Hình 5 trình bày phổ hấp thụ (Abs) và huỳnh quang (PL) của NC ZnxCd1- xS theo thời gian phản ứng và theo tỉ lệ Zn/Cd tăng dần. Hình 5. Phổ Abs và PL của các NC ZnxCd1-xS khác nhau: (a) Zn0,43Cd0,57S; (b) Zn0,51Cd0,49S; (c) Zn0,54Cd0,46S; (d) Zn0,72Cd0,28S, đường liền nét tương ứng phổ Abs, đường đứt nét tương ứng phổ PL. Hình 5 cho thấy trong phổ huỳnh quang quan sát thấy hai dải phát xạ: dải phát xạ chính quan sát trong vùng năng lượng cao tương ứng với quá trình chuyển dời tái hợp phát xạ của cặp điện tử - lỗ trống từ mức là 1Se tới mức của lỗ trống 1Sh3/2, đây là chuyển dời exciton cơ bản. Cực đại dải phát xạ ở vùng năng lượng cao của các NC ZnxCd1-xS đều dịch chuyển về phía năng lượng cao khi tỉ lệ Zn:Cd tăng lên. Sự dịch chuyển này là bằng chứng chứng tỏ rằng NC hợp kim ZnxCd1-xS đã được hình thành [1 - 3], chúng có độ rộng vùng cấm nằm trong khoảng giữa độ rộng vùng cấm của ZnS (3,7ev) và độ rộng vùng cấm của CdS (2,5eV) [3]. Ngoài ra, trong phổ huỳnh quang ta còn quan sát thấy một đám phát xạ rộng với cường độ yếu tại vùng năng lượng thấp, được quy cho phát xạ liên quan tới các trạng thái bề mặt của NC. Độ rộng vùng cấm của bán dẫn khối ZnxCd1-xS phụ thuộc vào thành phần [10] theo công thức sau: 261.059.05.2 xxEbulkg (1) Hoàng Thị Lan Hương, và NNK 196 Hình 6(a) trình bày phổ hấp thụ của các NC ZnxCd1-xS với hàm lượng x thay đổi từ 0 đến 1 tại 8 giờ phản ứng, vị trí đỉnh exciton thứ nhất trong phổ hấp thụ có giá trị bằng độ rộng vùng cấm của NC. Hình 6(b) trình bày sự phụ thuộc của độ rộng vùng cấm của NC ZnxCd1-xS theo x. Hình 6. (a) Phổ hấp thụ của các NC ZnxCd1-xS và (b) sự phụ thuộc độ rộng vùng cấm của các NC ZnxCd1-xS vào x. Yang và cộng sự [14] khi nghiên cứu về độ rộng vùng cấm của NC ZnxCd1-xSe thì nhận thấy khi đường kính hạt thay đổi từ 5,2 nm đến 10 nm tương ứng với chế độ giam giữ lượng tử yếu, khi đó độ rộng vùng cấm của các NC chủ yếu chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học của các nguyên tố trong NC hợp kim. Các NC chúng tôi chế tạo được có kích thước thay đổi từ khoảng 5 nm đến khoảng 11 nm, do đó độ rộng vùng cấm của các NC chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng các nguyên tố hóa học trong hợp kim, ở đây hiệu ứng giam giữ lượng tử không được quan sát rõ ràng (Hình 6(b)). Một bằng chứng để chứng minh các NC ZnxCd1-xS có phân bố các nguyên tố hóa học đồng đều là sự phụ thuộc tuyến tính của hằng số mạng vào hàm lượng x theo công thức sau: (2) Từ giản đồ nhiễu xạ XRD, xác định hằng số mạng a và hằng số mạng c của các NC. Bảng 1. Hằng số mạng a và hằng số mạng c của các NC ZnxCd1-xS Mẫu Hằng số mạng a (Å) Hằng số mạng c (Å) Zn0,51Cd0,49S 3,96 6,41 Zn0,43Cd0,57S 3,97 6,45 Zn0,29Cd0,71S 4,03 6,53 Zn0,09Cd0,91S 4,12 6,67 CdS 4,2 6,70 Hình 7. Sự phụ thuộc của hằng số mạng a và c theo x của các NC ZnxCd1-xS. Hình 7 cho thấy hằng số mạng thay đổi gần như tuyến tính với sự thay đổi của x, xu hướng thay đổi này hoàn toàn phù hợp với định luật Vegard, phản ánh phân bố các nguyên tố hóa học đồng đều trong các NC ZnxCd1-xS chế tạo tại nhiệt độ cao 280 ºC. CdSZnSSCdZn cxxcc xx 11 Cấu trúc và tính chất quang của nano tinh thể bán dẫn ZnxCd1-xS 197 4. KẾT LUẬN Chúng tôi đã chế tạo thành công các NC ZnxCd1-xS tại nhiệt độ 280 ºC. Sự dịch chuyển một cách liên tục và có hệ thống của đỉnh phổ hấp thụ và huỳnh quang về phía năng lượng cao và sự dịch chuyển liên tục của đỉnh nhiễu xạ tia X của các họ mặt (002), (110) và (112) về phía góc 2θ lớn khi hàm lượng Zn trong hợp kim tăng lên chứng tỏ sự hình thành của NC hợp kim có các nguyên tố hóa học phân bố đồng đều. Hơn nữa sự thay đổi một cách tuyến tính của hằng số mạng a và hằng số mạng c theo hàm lượng x tuân theo định luật Vegard là bằng chứng khẳng định các NC hợp kim ZnxCd1-xS mà chúng tôi chế tạo có các nguyên tố hóa học phân bố đồng đều. Cấu trúc tinh thể của NC ZnxCd1-xS phụ thuộc vào tỉ lệ Zn/Cd, cụ thể khi tăng hàm lượng Cd trong hợp kim quan sát thấy sự biến đổi tinh thể từ kiểu cấu trúc Zb sang kiểu cấu trúc Wz, tương ứng với hình dạng NC thay đổi từ dạng tựa cầu sang dạng thanh, nguyên nhân là do tốc độ phản ứng của cadmium stearate với lưu huỳnh tại nhiệt độ 280 ºC là mạnh hơn so với tốc độ phản ứng của zinc stearate với lưu huỳnh. Lời cảm ơn. Công trình này được thực hiện tại Phòng thí nghiệm trọng điểm, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Zhong X., Mingyong H., Zhili D., Timothy J.W., Wolfgang K. - Composition-Tunable ZnxCd1- xSe Nanocrystals with High Luminescence and Stability, J. Am. Chem. Soc 125 (2003) 8589 - 8594. 2. Regulacio M. D., Han Y. - Composition-Tunable Alloyed Semiconductor Nanocrystals, Accounts of Chemical Research 621 (2009) 621- 630. 3. Zhong Z., Knoll W., Han M. - Alloyed ZnxCd1-xS Nanocrystals with Highly Narrow Luminescence Spectral Width, J. Am. Chem. Soc, 125 (2003) 13559 - 13563. 4. Xu Y., Thesis Ph. D., Blacksburg, Virginia, chapter 2 (2005). 5. Banerjee R.,, Jayakrishnan R., P Ayyub P. - Effect of the size-induced structural transformation on the band gap in CdS nanoparticles, J. Phys: Condens. Matter 12 (2000) 10647 - 10654 6. Leach A. D. P., Mast. L. G., Hernández-Pagán E. A., Macdonald J. E. - Phase dependent visible to near-infrared photoluminescence of CuInS2 nanocrystals, J. Mater. Chem. C, 3 (2015) 3258 - 3265. 7. Nag A., Hazarik A., Shanavas V., Sharma S., Dasgupta I., Sarma D. D. - Crystal structure engineering by fine - tuning the surface energy: The case of CdE ( E = S/Se) nanocrystals, J. Phys. Chem. Lett, 2 (2011) 706 - 712. 8. Panda A. B., Acharya S., Efrima S., Yuval Golan Y. - Synthesis, assembly, and optical properties of shape - and phase - controlled ZnSe nanostructures, Langmuir 23 (2007) 765 - 770. 9. Cirillo M., Aubert T., Gomes R., Deun R. V., Emplit P., Biermann A., Lange H., Thomsen C., Brainis E., Hens Z. - “Flash” Synthesis of CdSe/CdS Core−Shell Quantum Dots, Chem. Mater. 26 (2014) 1154 - 1160. Hoàng Thị Lan Hương, và NNK 198 10. Zhigang C., Qiwei T., Yuelin S., JianmaoY., Junqing H. - One-pot synthesis of ZnxCd1-xS nanocrystals with tunable optical properties from molecular precursors, Journal of Alloys and Compounds 506 (2010) 804 - 810. 11. Yordanova G., Yoshimurab H., Dushkina. D., Fine control of the growth and optical properties of CdSe quantum dots by varying the amount of stearic acid in a liquid paraffin matrix, Physicochem. Eng. Aspects 322 (2008) 177 - 182. 12. Cao Y. C., Wang J., One - Pot Synthesis of High - Quality Zinc Blence CdS Nanocrystal, J. Am, Chem. Soc. 126 (2004) 14336 - 14337. 13. Panda A. B., Acharya S., Efrima S., Yuval Golan Y., (2007), Synthesis, assembly, and optical properties of shape – and phase – controlled ZnSe nanostructures, Langmuir 23 (2007) 765 - 770. 14. Yang C. C., Li S., Size, Dimensionality, and Constituent Stoichiometry Dependence of Bandgap Energies in Semiconductor Quantum Dots and Wires, J. Phys. Chem. C 112 (2008) 2851- 2856. ABSTRACT STRUCTURE AND OPTICAL PROPERTIES OF ZnxCd1-xS NANOCRYSTALS Hoang Thi Lan Huong 1,* , Nguyen Huyen Trang 2 , Nguyen Thi Thu Trang 3 , Nguyen Thi Thuy Lieu 1 , Nguyen Xuan Nghia 3 1 Posts and Telecommunications Institute of Technology, Km 10, Nguyen Trai Rd., Ha Dong 2 Institute of Physics, VAST, 10 Dao Tan, Ba Dinh, Hanoi 3 Institute of Materials Science, VAST, 18 Hoang Quoc Viet, Cau Giay, Hanoi * Email: huonghtl@ptit.edu.vn This research is on band gap engineering via control of nanocrystal composition, which has been achieved by adjusting the constituent stoichiometries of alloyed semiconductors. In this work, we have synthesized and examined the structure of the crystalline phase NC ZnxCd1-xS with the distribution of colloidal homogeneous ZnxCd1-xS by changing the ratio Zn/Cd. Colloidal ZnCdS nanocrystals have been synthesized using zinc stearate, cadmium stearate and sulfur as precursors and octadecene as the reaction medium and solvent at 280 ºC by wet chemical routes. This is a simple, inexpensive, and reproducible preparation route, but it is difficult to obtain homogeneous alloys due to the different reactivities of Zn and Cd precusors. In this work, we report the colloidal synthesis of single crystalline ZnxCd1-xS, with phase changes from Wurtzite to Zince blence when the stoichiometric ratio of Zn/Cd increases. The alloy structure and lattice parameter have been supported by the characteristic X-ray diffraction (XRD) and the composition and concentration of the chemical elements in the alloy have been determined by the method of X-ray spectral analysis using energy dispersive spectrometer (EDS). The optical properties of alloy have been studied by spectral absorption and photoluminescence. Keywords: ZnxCd1-xS nanocrytals, X-ray diffraction, absorption, photoluminescence.