SỰ TỔNG HỢP VÀ NHỮNG TÍNH CHẤT QUANG CỦA MÀNG MỎNG TiO₂ PHA TẠP NANO BÁN DẪN NHẰM ỨNG DỤNG TRONG PHOTONIC

Lâm Quang Vinh, Dương Ái Phương

¹Khoa Vật Lý, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên

Tóm tắt:

            Nano bán dẫn đang được quan tâm rất lớn do tính chất quang phi tuyến và tính chất điện của nó. Tuy nhiên để có được những tính chất trên thì hạt nano được tổng hợp phải ổn định, vì vậy chúng ta cần ngăn chặn sự kết tủa, thu được kích thước đồng đều và điều khiển được kích thước, hơn nữa để tạo ra những thành phần mạch tích hợp cho tương lai, thi nano bán dẫn cần pha tạp trong màng thủy tinh trong suốt.

            Trong nghiên cứu này, chúng tôi trình bày những kết qủa tổng hợp nano bán dẫn CdS bằng việc dùng hợp chất mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) để ngăn chặn tốc độ phát triển của hạt nano. Chúng tôi đã thu được dung dịch nano CdS ổn định trong 1 ngày và có phân bố kích thước hẹp. Phổ hấp thu và phát quang được dùng để theo dõi tốc độ phát triển, sự tiến hoá về nồng độ và phân bố về kích thước của hạt. Bằng cách giảm tỉ số nồng độ của MPTMS/Cd thì kích thước trung bình của hạt tăng lên. Chúng tôi dùng kỹ thuật ^« Dip-coating ^» để tào màng mỏng TiO₂ pha tạp nano bán dẫn CdS, sau đó màng được xử lý nhiệt đến trên 500°C trong khí Nitơ, hạt nano vẫn duy trì trong màng.

            Màng thu được dẫn sóng với độ mất mát đo được khoảng 1 dB/cm, chiết suất và bề dày của màng được xác định từ kỹ thuầt M-line. Cuối cùng quang phi tuyến bậc 3 cũng được nghiên cứu bởi kỹ thuầt Z-Scan.    

SYNTHESIS AND OPTICAL PROPERTIES OF SEMICONDUCTOR NANOPARTICLES CDS EMBEDDED IN

TiO₂ THIN FILMS FOR PHOTONIC APPLICATIONS

Lam Quang Vinh, Duong Ai Phuong

The Faculty of Physics, University of natural Sciences

Abstract:

Semiconductor nanoparticles are of great interest owing to their nonlinear optical and electronic properties. However, in order to exhibit these properties the nanoparticles must be stabilized both to prevent their agglomeration as well as to obtain a uniform and controlled size. Furthermore, to elaborate the future all-optical integrated components, such nanoparticles need to be included into dense glassy thin films.

In this study we present results on CdS quantum dots capped with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS). We obtained a colloidal solution of CdS nanoparticles, stable for 1 day and having a narrow size distribution. Absorption and luminescence spectroscopies were used to follow the growth, the evolution of the concentration and of the size distribution of the nanocrystals. By decreasing the MPTMS/cadmium ratio, the initial particle mean diameter was slightly increased and the following growth kinetics was strongly enhanced in the solutions. Such CdS nanoparticles were then added to a TiO₂ sol, in order to stabilize the particles growth and to deposit thin films using the sol-gel dip-coating technique. After deposition and heat treatment up to 500°C under nitrogen, CdS quantum dots were still retained embedded in the TiO₂ matrix.

The thin films deposited on glass slides were able to support one guided mode. Using the m-line technique, the refractive index and film thickness were obtained. Propagation losses for such waveguides were measured to be 1 dB/cm. Finally the third-order optical nonlinearities were studied using the Z-scan technique.