Nghiên cứu này được thực hiện trên cơ sở khảo sát sự hình thành Vanadium dioxit (VO2) bằng phương pháp CVD hai vùng nhiệt kết hợp plasma tăng cường. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của plasma đến việc hình thành màng mỏng trên đế thủy tinh đồng thời xác định điều kiện tối ưu nhất để hình thành màng Vanadium dioxit.
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MÀNG VANADIUM DIOXIT BẰNG PHƯƠNG PHÁP CVD HAI VÙNG NHIỆT KẾT HỢP PLASMA TĂNG CƯỜNG Nguyễn Thị Kim Trúc*, Nguyễn Trung Hiếu Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh *Tác giả liên lạc: kimtruc1213@gmail.com TÓM TẮT Nghiên cứu thực sở khảo sát hình thành Vanadium dioxit (VO2) phương pháp CVD hai vùng nhiệt kết hợp plasma tăng cường Nghiên cứu ảnh hưởng plasma đến việc hình thành màng mỏng đế thủy tinh đồng thời xác định điều kiện tối ưu để hình thành màng Vanadium dioxit Từ đó, tiến hành thống kê biên độ trễ nhiệt để tìm quy luật hình thành màng Vanadium dioxit Từ khóa: Sự hình thành màng, vanadium dioxit (VO2), plasma tăng cường, CVD FABRICATION AND CHARACTERIZATION OF THIN FILM VANADIUM DIOXIT BY PLASMA – ASSISTED CHEMICAL VAPOR DEPOSITION Nguyen Thi Kim Truc*, Nguyen Trung Hieu University of Science – VNU Ho Chi Minh City *Corresponding Author: kimtruc1213@gmail.com ABSTRACT This study aims at investigating fabrication and characterization of thin film Vanadium dioxit (VO2) by plasma – assisted chemical vapor deposition Researching the effect of plasma on the formation of thin films on glass substrates and determine the optimum conditions for formation of thin film vanadium dioxide Thus, statistical latency to find out the rules of formation of pure Vanadium dioxide thin film Keywords: Thin film formation, vanadium dioxit (VO2), plasma – assisted, chemical vapor deposition (CVD) TỔNG QUAN Gần việc nghiên cứu tìm kiếm loại vật liệu cấu trúc nano với đặc tính đạt nhiều thành cơng đáng kể Trong phải kể đến hướng nghiên cứu vật liệu biến đổi tính chất quang, tác dụng nhiệt độ, gọi vật liệu nhiệt sắc (themochromic) Đây hướng nghiên cứu triển vọng việc tận dụng khai thác nguồn lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường Hiện nay, nhiều nhà khoa học giới, đặc biệt Mỹ, Thuỵ Điển, Pháp, Nhật Bản, Đức,… tập trung nghiên cứu loại vật liệu phát nhiều hiệu ứng hiệu ứng nhiệt sắc, điện sắc, quang sắc,… Trên sở nhà khoa học tập trung nghiên cứu công nghệ chế tạo loại linh kiện hiển thị mới, cửa sổ thông minh (Smart-windows), chuyển mạch nhiệt - điện - quang, loại sensor hóa học, sensor khí với độ nhạy chọn lọc ion cao Các kết nghiên cứu mở nhiều triển vọng ứng dụng loại vật liệu khoa học kỹ thuật 466 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 đời sống Vật liệu nhiệt sắc (Thermochromic) vật liệu thay đổi màu nhiệt độ thay đổi (tức có nhiệt độ tác động lên vật liệu, làm chúng thay đổi độ truyền qua, phản xạ hay hấp thụ) Nói cách khác, vật liệu nhiệt sắc dễ dàng cho ánh sáng khả kiến qua, ngăn chặn xạ gây nóng (chế độ mát), kiểm sóa t ánh sáng hồng ngoại lên đến 90% 80% ánh sáng nhìn thấy ngược lại, cản phần ánh sáng cho phép nhiệt tràn vào (chế độ ấm) Quá trình chuyển đổi chế độ vài phút thay vài vật liệu khác Một vật liệu điển hình nhóm vật liệu nhiệt sắc màng Vanadium Dioxit (VO2) Chúng thường sử dụng để chế tạo cửa sổ thơng q trình chuyển pha điện môi sang kim loại nhanh vài phút nhiệt độ chuyển pha không cao 68°C NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nguyên liệu Bột β-diketonate complex vanadyl acetylacetonate, [VO(acac)2] 98.0% với khối lượng nguyên tử 265,16 g/mol; khí Argon Oxy Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp lắng đọng hóa học (CVD – Chemical Vapor Deposition) hai vùng nhiệt kết hợp plasma tăng cường để chế tạo màng VO2 đế thủy tinh Mẫu sau chế tạo khảo sát phần trăm VO2 hình thành máy đo nhiễu xạ tia X, hệ đo UV – vis sử dụng để khảo sát độ truyền qua hệ đo điện trở theo nhiệt độ thiết kế riêng để khảo sát tính chất điện màng VO2 Phân tích thống kê số liệu Các kết thực nghiệm thống Kỷ yếu khoa học kê vẽ đồ thị phần mềm Origin Mỗi đơn vị thí nghiệm thực mười lần KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Ảnh hưởng khoản cách nguồn đế đến hình thành màng VO2 Với điều kiện chế tạo, khoảng cách chế tạo 10 mẫu thống kê biên độ trễ nhiệt theo khoảng cách Ở khoảng cách 16 cm, độ trễ nhiệt thấp có tượng bão hịa vị trí 17 18 cm Điều khẳng định thêm vị trí 16 cm, màng Vanadium Oxit ưu tiên hình thành pha VO2 nhiều so với pha khác Ảnh hưởng plasma đến hình thành màng VO2 Chúng nhận thấy hai cho nhiệt độ chuyển pha gần 70°C, màng có hỗ trợ plasma chuyển pha nhanh biên độ trễ nhiệt hẹp Kết cho thấy độ kết tinh màng có hỗ trợ plasma tốt Dưới hỗ trợ plasma khoảng cách hai tâm lò 16 cm, màng VO2 tạo cho kết tinh tốt nhất, với khuynh hướng phát triển theo mặt (011) Ảnh hưởng tỷ lệ Argon Oxy đến hình thành màng VO2 Lưu lượng khí Argon cố định 100 sccm lưu lượng khí Oxy thay đổi từ 10 sccm đến 100 sccm Chúng nhận thấy tính chất điện hệ màng chia thành vùng: Vùng lưu lượng khí Oxy từ 10 sccm đến 30 scmm, màng hình thành đa phần kim loại phần tiền chất chưa phản ứng, màng có màu xanh đen đường tăng - hạ nhiệt chưa thể rõ tượng chuyển pha Vùng 2, lưu lượng khí Oxy khoảng 40 sccm đến 60 sccm, màng hình thành dần có màu vàng đặc trưng VO2, 467 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 chưa thật đồng toàn màng, màng nhạt dần đến phía cuối đế Trong đó, lưu lượng khí Oxy 40 sccm có biên độ trễ nhiệt nhỏ đường trễ nhiệt lưu lượng khí Oxy 40 sccm dựng đứng thể rõ tính chất chuyển pha ~ 70°C so với đường trễ nhiệt lưu lượng khí 50 sccm sccm Vùng lưu lượng khí Oxy 70 sccm đến 100 sccm, đường trễ nhiệt thể rõ tính chất chuyển pha VO2: hai đường điện trở màng lúc nâng nhiệt hạ nhiệt gần dựng đứng nhiệt độ chuyển pha VO2 (tại nhiệt độ ~ 70°C) So sánh đường chuyển pha, nhận thấy màng hình Kỷ yếu khoa học thành 80 sccm Oxy tốt có đường trễ nhiệt dựng đứng hẹp nhiệt độ chuyển pha cho màu vàng đặc trưng tính chất điện màng tốt so với màng hình thành 70 – 90 – 100 sccm Oxy KẾT LUẬN Màng VO2 chế tạo từ phương pháp CVD hai nguồn nhiệt cho kết tinh ưu tiên theo định hướng với thông số tối ưu: Khoảng cách hai tâm lò 16 cm; tỷ lệ lưu lượng khí Argon: Oxy khoảng từ 1:1 đến 1,5:1; Nhiệt độ lắng đọng màng tốt ~ 380oC TÀI LIỆU THAM KHẢO E U DONEV Metal-Semiconductor transitions in nanoscale vanadium dioxidethin film, subwavelength holes, and nanoparticles PhD Thesis, Vanderbilt Unversity, USA, 2008 H T T QUỲNH Chế tạo màng VO2 phương pháp CVD hai vùng nhiệt, Khóa luận tốt nghiệp Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQG TP Hồ Chí Minh, 2016 N BAHLAWANE AND D LENOBLE Vanadium oxide compounds: Structure, properties, and growth from the gas phase Chem Vap Depos., vol 20, no 7-9, pp 299-311, 2014 T MARUYAMA AND Y IKUTA Vanadium dioxide thin films prepared by chemical vapour deposition from vanadium ( Ill ) acetylacetonate J Mater Sci., vol 28, pp 5073–5078, 1993 468 ... phương pháp lắng đọng hóa học (CVD – Chemical Vapor Deposition) hai vùng nhiệt kết hợp plasma tăng cường để chế tạo màng VO2 đế thủy tinh Mẫu sau chế tạo khảo sát phần trăm VO2 hình thành máy... điện màng tốt so với màng hình thành 70 – 90 – 100 sccm Oxy KẾT LUẬN Màng VO2 chế tạo từ phương pháp CVD hai nguồn nhiệt cho kết tinh ưu tiên theo định hướng với thông số tối ưu: Khoảng cách hai. .. thấy hai cho nhiệt độ chuyển pha gần 70°C, màng có hỗ trợ plasma chuyển pha nhanh biên độ trễ nhiệt hẹp Kết cho thấy độ kết tinh màng có hỗ trợ plasma tốt Dưới hỗ trợ plasma khoảng cách hai tâm