Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2)

Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2) Nghiên cứu và chế tạo màng dẫn điện loại p sno2 đồng pha tạp sb và n từ BIA sno2 pha tạp sb2o3 trong hỗn hợp khí ( ar + x% n2)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MÀNG DẪN ĐIỆN LOẠI P SnO2 ĐỒNG PHA TẠP Sb VÀ N TỪ BIA SnO2 PHA TẠP Sb2O3 TRONG HỖN HỢP KHÍ ( Ar +X% N2 ) GVHD: SVTH: MSSV: KHÓA: TS LÊ TRẤN TS ĐẶNG HỮU PHÚC NGUYỄN TRẦN NGHĨA 16130044 2016 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2020 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ người gia đình ln chỗ dựa tinh thần, nguồn động viên to lớn cho lúc khó khăn để thuận lợi vượt qua hoàn thành tốt nhiệm vụ Tiếp đến, xin gửi lời biết ơn chân thành đến thầy hướng dẫn Ts Lê Trấn Cảm ơn thầy tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm mà thầy tích lũy sau nhiều năm làm khoa học cho Thầy dạy lối suy nghĩ làm việc khoa học, dạy phải trở thành người linh hoạt, ln chủ động trước tình Con chúc thầy khỏe mạnh, ngày thành công đường nghiên cứu khoa học mà thầy chọn Chúc thầy lui vui vẻ, lạc quan, thêm nhiều nguồn cảm hứng để nâng bước hệ sau Em xin cảm ơn anh Ts Đặng Hữu Phúc, anh đốc thúc em cố gắng để hồn thành tốt luận án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn anh, chúc anh nhiều sức khỏe ngày thành công công việc Cuối em xin cảm ơn quý Thầy (Cô) trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đặc biệt quý Thầy (Cô) thuộc khoa Khoa Học Ứng Dụng giúp em có tảng tri thức ln hỗ trợ để em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Dù cố gắng nhiều suốt trình làm khóa luận tốt nghiệp, thiếu sót điều khơng thể tránh khỏi, mong nhận góp ý sửa chữa Thầy (Cơ) để khóa luận tốt nghiệp hồn thành cách tốt Xin chân thành cảm ơn tất người! Trân trọng Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng năm 2020 Nguyễn Trần Nghĩa vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv LỜI CẢM ƠN vi LỜI CAM ĐOAN vii MỤC LỤC viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT x DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU xi DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH , BIỂU ĐỒ .xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SnO2 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước ngồi nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2 Cấu trúc tinh thể SnO2 1.3 Ứng dụng vật liệu SnO2 1.3.1 Pin mặt trời perovskite 1.3.2 SnO2 cho ứng dụng quang xúc tác 1.3.3 LED tử ngoại (UV) ứng dụng xử lý nước CHƯƠNG QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 10 2.1 Phương pháp tạo màng 10 2.1.1 Phương pháp phún xạ Magnetron DC 10 2.1.2 Chế tạo bia gốm 12 a) Thiết bị nguyên liệu chế tạo bia 12 b) Quy trình chế tạo bia gốm SnO2 12 c) Chuẩn bị cho trình tạo màng 14 d) Quá trình tạo màng 15 2.1.3 Kí hiệu mẫu 15 2.2 Các hệ đo đặc trưng tính chất vật liệu 16 2.2.1 Hệ đo truyền qua UV-Vis 16 2.2.2 Phép đo hiệu ứng Hall 17 viii 2.2.3 Hệ đo nhiễu xạ tia X 20 2.2.4 Hệ đo đặc trưng dòng I-V 21 2.2.5 Hệ xác định hình thái bề mặt AFM 22 2.2.6 Phân tích thành phần nguyên tố EDS 23 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 24 3.1 Thành phần nguyên tố màng SNTO-6-x 25 3.2 Tính chất điện màng SNTO-6-x 28 3.3 Tính chất quang màng SNTO-6-x 29 3.4 Cấu trúc tinh thể màng SNTO-6-x 31 3.5 Hình thái bề mặt màng SNTO-6-x 34 3.6 Khảo sát đặc trưng I-V tiếp xúc p-SNTO/n-Si 35 KẾT LUẬN 37 HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 ix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt DC Direct Current Dòng điện chiều LED Light Emitting Diode Diode phát quang CVD Chemical Vapor Deposition Lắng đọng hóa học PSC Perovskite Solar Cell Pin mặt trời Perovskite PCE Power conversion efficiency Hiệu suất chuyển đổi lượng ETL Electron transport layer Lớp dẫn truyền electron HTL Hole transport layer Lớp dẫn truyền lỗ trống PVA Polyvinyl Acetate Keo Polyvinyl Acetate TCO Transparent Conducting Oxide Oxit dẫn điện suốt UV-Vis Ultraviolet- Visible Tử ngoại - khả kiến XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X AFM Atomic force microscope Kính hiển vi lực nguyên tử EDS Energy-dispersive X-ray spectroscopy Phổ tán xạ lượng tia X ANTO Màng SnO2 pha tạp Al N SNTO Màng SnO2 pha tạp Sb N x DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tên màng SnO2 đồng pha tạp Sb N 15 Bảng 3.1 Thành phần nguyên tố màng SNTO-6-x với x% N2 (x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) 27 Bảng 3.2 Kết đo Hall màng SNTO-6-x lắng đọng 300°C với x% N2 (x= 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) 28 Bảng 3.3 Hằng số mạng màng SNTO-6-x lắng đọng 300°C từ bia SnO2 pha tạp 6% Sb2O3 với phần trăm N2 khác (x) hổn hợp khí phún xạ 33 xi DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể SnO2 a) Pha Rutile b) Pha Cubic Hình 1.2 Cấu trúc pin mặt trời perovskite b) Giản đồ vùng lượng pin mặt trời perovskite [22] Hình 1.3 Mơ hình dùng LEDs UV ứng dụng xử lý nước [8] Hình 2.1 Sơ đồ bố trí hệ phún xạ Magnetron DC 11 Hình 2.2 Máy nghiền trộn 12 Hình 2.3 a) Máy ép bia, b) Bia sau ép 13 Hình 2.4 Lị nung bia 13 Hình 2.5 Giản đồ nâng nhiệt để nung kết khối cho bia 14 Hình 2.6 a) Sơ đồ khối hệ đo UV-Vis b)Máy quang phổ UV-Vis 16 Hình 2.7 Nguyên tắc phép đo hiệu ứng Hall 17 Hình 2.8 Chuyển động hạt tải mang điện 18 Hình 2.9 Máy đo hiệu ứng Hall Ecopia HMS 3000 19 Hình 2.10 Sự nhiễu xạ tia X lên nút mạng tinh thể 20 Hình 2.11 Máy đo đặc trưng dịng I–V 21 Hình 2.12 Sơ đồ thành phần hệ AFM [40] 22 Hình 3.1 Ảnh EDX thành phần nguyên tố màng SNTO-6-x với x% N2 (x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) 25 Hình 3.2 Phổ truyền qua màng SNTO-6-x (với x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) lắng đọng 300C 30 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng SNTO-6-x lắng đọng 300°C với x% N2 (x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) 31 Hình 3.4 Ảnh AFM hình thái bề mặt màng SNTO-6-x với x% N2 (x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) lắng đọng nhiệt độ 300°C 35 Hình 3.5 Đặc trưng I-V màng SNTO-6-x lắng đọng 300°C với x% N2 ( x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) điều kiện không chiếu sáng chiếu sáng biễu diễn dạng đồ thị log I-V 36 xii MỞ ĐẦU Hiện nay, ngày có nhiều phát minh sử dụng nguồn lượng có sẵn tự nhiên ứng dụng hiệu vào lĩnh vực khoa học kĩ thuật, y học, quân sự… sống thường ngày người Trong số nguồn lượng tự nhiện ánh sáng mặt trời nói chủ đề nhà khoa học quan tâm nghiên cứu nhiều Một ứng dụng tiêu biểu nhà khoa học phát triển dựa vùng xạ khác ánh sáng mặt trời cảm biến quang Các cảm biến thiết bị quan trọng sử dụng ứng dụng thương mại hay quân khác Có thể kể đến đóng vai trị thơng tin liên lạc khơng gian, giám sát nhiễm, khử trùng nước, phát phóng tên lửa, hỏa hoạn, giám sát hiệu chuẩn xạ cực tím, phân tích hóa sinh, nghiên cứu thiên văn Tất ứng dụng đòi hỏi thiết bị phải có độ phản hồi quang học tỉ lệ tín hiệu tạp âm cao, thời gian hồi đáp nhanh [29,32] Hiện nay, cảm biến ánh sáng thường sử dụng vật liệu Si vật liệu có độ rộng vùng cấm tương đối thích hợp (~1.1 eV), mật độ trạng thái bề mặt thấp, có độ tin cậy khả phát cao Mặc dù cảm biến Si nhạy với ánh sáng vùng khả kiến hồng ngoại độ nhạy vùng cực tím cịn thấp Ở vùng cực tím, cảm biến Si phải đối mặt với thách thức lớn độ phản hồi hình ảnh thấp hệ số phản xạ cao độ sâu thâm nhập tia cực tím Si Ví dụ, độ sâu thâm nhập cấu trúc PN Si điển hình phải lớn 200nm, nhiên độ sâu thâm nhập tia cực tím Si nhỏ 20nm bước sóng nhỏ 370 nm, hạt tải sinh chủ yếu bề gần bề mặt Si khuếch tán (~ 100nm) vào vùng dẫn làm cho hạt tải sinh bị tái hợp cách đáng kể từ làm giảm hiệu suất [44] Để khắc phục vấn đề nhạy vùng cực tím Si, vật liệu độ rộng vùng cấm lớn nhà khoa học quan tâm kim cương, SiC, nhóm III nitrides vật liệu độ rộng vùng cấm lớn II-VI Trong vật liệu đề cập trên, SnO2 có nhiều ưu điểm vượt trội so với bán dẫn nhóm II- VI độ rộng vùng cấm lớn (3,6 – 4,3 eV), bền hóa, nhiệt, thân thiện mơi trường, độc hại Cấu trúc cảm biến quang phân thành loại : quang dẫn, diode Schottky, kim loại/ bán dẫn/ kim loại tiếp xúc p – n [17] Trong cấu trúc nêu trên, cảm biến quang cấu trúc p – n sử dụng phổ biến có ưu điểm độ nhạy cao, thời gian phản hồi nhanh Tuy nhiên để chế tạo cấu trúc vật liệu SnO2 gặp nhiều hạn chế thiếu hụt vật liệu SnO2 loại p Cho đến nay, có nhiều cơng trình cơng bố cảm biến quang xạ cực tím SnO2 vật liệu loại p khác Si [15], NiO [23] … chưa có cơng trình nghiên cứu cảm biến quang cấu trúc đồng thể SnO2 Vì vậy, nghiên cứu vật liệu SnO2 loại p có tính chất quang, điện đáp ứng tương xứng với loại n SnO2 nhu cầu cần thiết Màng SnO2 đơn pha tạp kim loại Sb hay phi kim N2 gặp han chế nhiệt độ chế tạo cao (đơn pha tạp Sb) hay lượng Nito hòa tan thấp (đơn pha tạp N2) Vì vậy, khóa luận này, màng SnO2 đồng pha tạp Sb N đề xuất nghiên cứu để khắc phục hạn chế CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU SnO2 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước ngồi nước 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nước Ở nước ta có nhóm nghiên cứu Ts Lê Trấn thuộc trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh chủ trì, nghiên cứu màng dẫn điện suốt loại p SnO2 Trong đó, để cải thiện tính chất điện loại p màng SnO2 nhóm nghiên cứu tiến hành đồng pha tạp kim loại với phi kim N2 Thật vậy, nhóm nghiên cứu TS Lê Trấn cơng bố cơng trình đồng pha tạp Ga N vào màng SnO2 phương pháp phún xạ Magnetron DC [13], cơng trình khắc phục hiệu ứng bù xảy màng SnO2 đơn pha tạp Ga, nồng độ lỗ trống màng SnO2 đồng pha tạp Ga N cải thiện rõ rệt so với đơn pha tạp Ga (nồng độ lỗ trống cao đạt 6,99 x 1019 cm-3) Trong cơng bố khác, nhóm nghiên cứu tiến hành đồng pha tạp Al N [14] nhằm cải thiện tính chất điện loại p màng SnO2, cơng trình cho thấy việc đồng pha tạp Al N làm tăng khả hòa tan N giảm khuyết O tự nhiên (VO) mạng chủ SnO2 Các giá trị điện trở suất, nồng độ lỗ trống độ linh động lỗ trống đạt tốt màng ANTO-6-50 ( 7,1 x 10-3 Ω 𝑐𝑚; 6,24 x 1019 cm-3 14,1 𝒄𝒎𝟐 𝑽𝒔 ) 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Theo hiểu biết tác giá màng dẫn điện loại p SnO2 đề tài nhà khoa học giới quan tâm Những cơng trình liên quan đến đồng pha tạp để cải thiện tính chất điện màng SnO2 so với đơn pha tạp công bố ngày nhiều Qinan Mao cộng chế tạo thành công màng dẫn điện loại p SnO2 đồng pha tạp In-Ga phương pháp nhiệt phân phun Cơng trình nghiên cứu cấu trúc tinh thể, tính chất điện tính chất quang màng SnO2 đồng pha tạp In-Ga Kết nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy việc đồng pha tạp In-Ga làm giảm biến dạng mạng chủ SnO2 đáng kể so với đơn pha tạp In hay Ga, độ linh động màng đồng pha tạp cải thiện cách đáng kể Bên cạnh đó, nhiệt độ ủ thơng số ảnh hưởng đến tính chất điện màng SnO2 loại p Điều kiện chế tạo tối ưu màng SnO2 đồng pha tạp In-Ga ghi nhận 500C với giá trị nồng độ độ linh động lỗ trống tương ứng 9,5 x 1017 cm-3 39,2 𝒄𝒎𝟐 𝑽𝒔 [31] trống tăng dần tiến hành tăng phần trăm pha tạp N2 hỗn hợp khí phún xạ, chứng tỏ hịa tan N vào mạng chủ tăng Tuy nhiên màng SNTO-6-90 có giá trị điện trở suất cao so với màng SNTO-6-75, giải thích cho điều độ linh động màng SNTO-6-90 giảm hình thành sai hỏng từ lệch mạng tinh thể Màng SNTO-6-75 đạt giá trị điện trở suất thấp 10 x 10-3 Ω 𝑐𝑚 với nồng độ hạt tải độ linh động 1,46 x 1020cm-3 4,26 𝒄𝒎𝟐 𝑽𝒔 , nguyên nhân phần trăm hỗn hợp khí phún xạ (75% N2) độ hòa tan N mạng chủ SnO2 cao so với phần trăm hỗn hợp khí phún xạ cịn lại khảo sát, độ linh động lỗ trống cao chất lượng tinh thể màng cải thiện (điều đề cập phần tiếp theo) 3.3 Tính chất quang màng SNTO-6-x Sự hòa tan N vào mạng chủ bên cạnh nhờ vào SbSn, việc tăng NO điều khiển phần trăm pha tạp N2 hỗn hợp khí phún xạ Do tính chất quang màng SNTO-6-x ( với x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) khảo sát vùng bước sóng từ 200-1100 nm (Hình 3.2.) với mục đích chứng minh thay đổi độ rộng vùng cấm hay ảnh hưởng N mạng chủ SnO2 Kết cho thấy thay O N khiến cho bờ hấp thụ dịch chuyển sang phía bước sóng dài diện acceptor N3- vùng cấm cho phép electron dịch chuyển từ mức acceptor N3- sang mức thấp vùng dẫn Đồng thời ta thấy bờ hấp thụ tử ngoại màng SNTO-6-x dịch sang vùng bước sóng dài x tăng, điều thay N3 O2- tăng theo hàm lượng N2 hổn hợp khí phún xạ Ngồi ra, tất màng SNTO-6-x lắng đọng đế thạch anh có độ truyền qua 80% 29 Hình 3.2 Phổ truyền qua màng SNTO-6-x (với x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) lắng đọng 300C 30 3.4 Cấu trúc tinh thể màng SNTO-6-x Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng SNTO-6-x lắng đọng 300°C với x% N2 (x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) 31 Cấu trúc tinh thể màng SNTO-6-x khảo sát phương pháp đo nhiễu xạ tia X nhằm mục đích quan sát ảnh hưởng N đến mạng chủ SnO2 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng SNTO-6-x với x% N2 (x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) lắng đọng nhiệt độ 300°C trình bày Hình 3.3 Kết cho ta thấy phần trăm pha tạp N2 thấp (x = 0, 15, 30) màng SNTO-6-x có cấu trúc tứ giác rutile với mặt SnO2 (002) mặt trội, nguyên nhân xuất khuyết VO mạng chủ SnO2 bắt nguồn từ thay Sn4+ Sb3, kết hồn tồn tương đồng với cơng trình [20] (Trong cơng trình này, màng SnO2 chế tạo điều kiện áp suất riêng phần oxy khác cho thấy mặt rutile (002) phát triển trội) Bên cạch đó, ta nhận thấy tăng phần trăm pha tạp N2 kích thước hạt màng SNTO-6-x tăng theo (Bảng 3.3.) Giải thích cho điều thay Sn4+ Sb3+ phần trăm N2 hỗn hợp khí phún xạ thấp chiếm ưu O2- thay N3- Tuy nhiên phần trăm N2 hỗn hợp khí phún xạ đạt 45% cường độ mặt SnO2 (002) có sụt giảm đáng kể đồng thời xuất thêm mặt SnO2 (101) pha cubic với mặt mạng cubic (111) mặt ưu tiên Nguyên nhân lượng N3- thay O2- mạng chủ SnO2 (NO) đủ lớn để gây tượng nén mạng tương đồng tạo nên chuyển pha từ rutile sang cubic Điều khẳng định cường độ mặt cubic (111) tăng theo phần trăm pha tạp N2 (x > 45%), đạt giá trị lớn x = 75% (SNTO-6-75) tương ứng với thay O2- N3- lớn Tuy nhiên tăng phần trăm pha tạp N2 hỗn hợp khí lên đến 90% (SNTO-6-90), ta lại nhận thấy cường độ mặt cubic (111) giảm thay nhiều, vượt giới hạn hòa tan N vào mạng chủ SnO2 từ gây sai hỏng không mong muốn mạng chủ 32 Bảng 3.3 Hằng số mạng màng SNTO-6-x lắng đọng 300°C từ bia SnO2 pha tạp 6% Sb2O3 với phần trăm N2 khác (x) hổn hợp khí phún xạ Góc nhiễu xạ 2θ (độ) Độ bán rộng (FWHM) (rad) Kích thước tinh thể D (nm) Hằng số mạng a (Å) Mật độ lệch mạng SNTO-6-0 SnO2 Rutile (002) 57.68 1.21 7.50 - 0.0178 SNTO-6-15 SnO2 Rutile (002) 57.69 0.77 11.78 - 0.0072 SNTO-6-30 SnO2 Rutile (002) 58.00 0.58 15.67 - 0.0041 SNTO-6-45 SnO2 Cubic (111) 30.22 0.39 21.11 4.5654 0.0022 SNTO-6-60 SnO2 Cubic (111) 30.17 0.36 22.87 4.5579 0.0019 SNTO-6-75 SnO2 Cubic (111) 30.11 0.32 25.72 4.5488 0.0015 SNTO-6-90 SnO2 Cubic (111) 29.94 0.43 19.13 4.5231 0.0027 Pha-Mặt mạng (hkl) Mẫu 33 3.5 Hình thái bề mặt màng SNTO-6-x Để làm rõ thêm cho phần cấu trúc màng SNTO-6-x ( với x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90), ảnh hình thái bề mặt màng khảo sát kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) Hình 3.4 hiển thị hình ảnh AFM màng SNTO-6-x chế tạo nhiệt độ 300°C với phần trăm Nito khác Kết cho thấy kích thước hạt màng tương đối nhỏ tăng dần theo phần trăm pha tạp khí N2 Độ gồ ghề màng (RMS) giảm, nguyên nhân thay Sn4+ Sb3+ O2- N3- trở nên chiếm ưu thế, bề mặt màng trở nên đồng Kích thước hạt phân bố hạt màng SNTO-6-x x = 45 khơng đồng đều, giải thích cho điều màng SNTO-6-45 tồn lúc nhiều mặt mạng (cả rutile lẫn cubic), giai đoạn chuyển pha từ rutile sang cubic màng, điều phù hợp với kết nhiễu xạ tia X nêu phần 3.4 Khi chuyển pha hồn tồn từ rutile sang cubic (chỉ có mặt trội cubic (111)) màng SNTO-6-x (x >45)), thấy kích thước hạt màng tăng dần phân bố hạt màng đồng hơn, kích thước hạt màng đạt lớn màng SNTO-6-75 với giá trị độ gồ ghề RMS thấp đạt 0.92 nm Tuy nhiên x = 90 màng SNTO-6-x lại có độ gồ ghề RMS tăng kích thước hạt lại giảm, điều thay O2- N3- màng nhiều, vượt giới hạn hòa tan N mạng chủ SnO2 đề cập phần cấu trúc màng SNTO-6-x 34 Hình 3.4 Ảnh AFM hình thái bề mặt màng SNTO-6-x với x% N2 (x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) lắng đọng nhiệt độ 300°C 3.6 Khảo sát đặc trưng I-V tiếp xúc p-SNTO/n-Si Bên cạnh kết khảo sát tính chất quang, điện cấu trúc tinh thể màng SNTO, tính chất điện loại p khả ứng dụng làm cảm biến quang học màng SNTO khẳng định thơng qua đặc trưng dịng-thế (I-V) tiếp xúc dị thể p-SNTO-6-x/n-Si điều kiện chiếu sáng khơng chiếu sáng (Hình 3.5.) Kết cho thấy đặc trưng phi tuyến tính hay chỉnh lưu diode với hầu hết tiếp xúc dị thể có dịng nghịch xấp xỉ Giá trị dòng rò giảm ta tăng tỉ lệ phần trăm pha tạp N2 (tăng x SNTO-6-x), dòng nghịch tối đạt giá trị thấp 35 tiếp xúc SNTO-6-75/n-Si lần khẳng định chất lượng tinh thể tốt màng nêu phần 3.4 3.5 Tuy nhiên đặc trưng tối thể tính chất điện chưa làm rõ tính chất quang màng đặc trưng I-V cần khảo sát điều kiện chiếu sáng Kết từ Hình 3.5 cho thấy tất tiếp xúc dị thể cho dịng sáng phía phân cực nghịch cao gấp nhiều lần so với dòng tối Từ cho thấy vai trị lớp bán dẫn p SNTO tiếp xúc dị thể có tính chất quang điện photodiode, hiệu ứng quang điện tốt tiếp xúc SNTO-6-75/nSi lần khẳng định tính chất loại p màng SNTO-6-75 tốt nhất, phù hợp với kết phần trước Hình 3.5 Đặc trưng I-V màng SNTO-6-x lắng đọng 300°C với x% N2 ( x = 0, 15, 30, 45, 60, 75, 90) điều kiện không chiếu sáng chiếu sáng biễu diễn dạng đồ thị log I-V 36 KẾT LUẬN Trong khóa luận lần này, nhóm nghiên cứu nghiên cứu chế tạo thành công màng dẫn điện suốt SNTO loại p với độ tinh thể cao phương pháp phún xạ Magnetron DC Màng có tính chất điện loại p tốt chế tạo điều kiện nhiệt độ 3000C môi trường chứa hỗn hợp khí Ar N2 màng SNTO-6-75, với giá trị điện trở suất, độ linh động, nồng độ hạt tải màng  = 10 x 10-3 Ω 𝑐𝑚, µ = 4,26 𝑐𝑚2 𝑉𝑠 , n = 1,46 x 1020 cm-3 Độ truyền qua trung bình màng ghi nhận vùng khả kiến khoảng 80% Đồng thời nhóm nghiên cứu chế tạo thành công tiếp xúc dị thể p-SNTO/nSi với tiềm ứng dụng linh kiện photodiode Với ưu điểm độ nhạy sáng cao, ổn định thời gian dài có giá thành rẻ tương đối so với vật liệu khác màng dẫn điện suốt SNTO (loại p) hứa hẹn có khả phát triển mạnh mẽ việc chế tạo cảm biến ánh sáng tương lai 37 HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Nhằm mục đích mở rộng việc nghiên cứu đề tài tiềm này, chúng tơi đề nghị số hướng có khả phát triển : - Khảo sát điều kiện xử lý mẫu cho bề mặt mẫu đạt hiệu bắt giữ ánh sáng tốt - Khảo sát độ bền màng theo thời gian nhiệt độ - Nghiên cứu khả ứng dụng làm cảm biến quang vùng tử ngoại cách chế tạo màng loại p-SNTO đế loại n khác 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO Arif, M., et al., A Bi2WO6-based hybrid heterostructures photocatalyst with enhanced photodecomposition and photocatalytic hydrogen evolution through Z-scheme process Journal of industrial and engineering chemistry, 2019 69: p 345-357 Autin, O., et al., Evaluation of a UV-light emitting diodes unit for the removal of micropollutants in water for low energy advanced oxidation processes Chemosphere, 2013 92(6): p 745-751 Babu, B., et al., Sunlight-driven photocatalytic activity of SnO2 QDs-g-C3N4 nanolayers Materials Letters, 2018 212: p 327-331 Babu, B., et al., Enhanced visible-light-active photocatalytic performance using CdS nanorods decorated with colloidal SnO2 quantum dots: optimization of core–shell nanostructure Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2019 76: p 476-487 Babu, B., et al., Enhanced visible light photocatalytic activity of Cu-doped SnO2 quantum dots by solution combustion synthesis Journal of Alloys and Compounds, 2017 703: p 330-336 Babu, B., et al., Novel in-situ synthesis of Au/SnO2 quantum dots for enhanced visible-light-driven photocatalytic applications Ceramics International, 2019 45(5): p 5743-5750 Bera, A., et al., Perovskite oxide SrTiO3 as an efficient electron transporter for hybrid perovskite solar cells The Journal of Physical Chemistry C, 2014 118(49): p 28494-28501 Chen, J., S Loeb, and J.-H Kim, LED revolution: fundamentals and prospects for UV disinfection applications Environmental Science: Water Research & Technology, 2017 3(2): p 188-202 Chen, X., et al., The synthesis of ZnO/SnO porous nanofibers for dye adsorption and degradation Dalton Transactions, 2015 44(7): p 3034-3042 10 Chikhale, L., et al., Effect of Bi doping on structural, morphological, optical and ethanol vapor response properties of SnO2 nanoparticles Materials science in semiconductor processing, 2014 27: p 121-129 11 Cong, H.-P., S Xin, and S.-H Yu, Flexible nitrogen-doped graphene/SnO2 foams promise kinetically stable lithium storage Nano Energy, 2015 13: p 482-490 12 Dang, H.P., et al., The optimum fabrication condition of p-type antimony tin oxide thin films prepared by DC magnetron sputtering Journal of Nanomaterials, 2016 2016 39 13 Dang, H.P., et al., Eliminating the charge compensation effect in Ga-doped SnO2 films by N doping Journal of Alloys and Compounds, 2019 776: p 276-286 14 Duong, A.Q., H.P Dang, and T Le, Studying and fabricating optical, electrical, and structural properties of p-type Al-and N-co-doped SnO2 (ANTO) films and investigating the photo-electro effect of p-ANTO/n-Si heterojunctions Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 2020 390: p 112334 15 Exarhos, G.J and X.-D Zhou, Discovery-based design of transparent conducting oxide films Thin solid films, 2007 515(18): p 7025-7052 16 Gholipour, S., et al., Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells based on a Low‐Cost Carbon Cloth Advanced Energy Materials, 2016 6(20): p 1601116 17 Ginley, D.S and C Bright, Transparent conducting oxides MRS bulletin, 2000 25(8): p 15-18 18 Humayun, M., et al., Exceptional co-catalyst free photocatalytic activities of B and Fe co-doped SrTiO for CO conversion and H evolution Nano Research, 2018 11(12): p 6391-6404 19 Jarzebski, Z and J Marton, Physical properties of SnO2 materials: I preparation and defect structure Journal of the electrochemical Society, 1976 123(7): p 199C 20 Ji, Y.C., et al., Structures, optical properties, and electrical transport processes of SnO2 films with oxygen deficiencies physica status solidi (b), 2013 250(10): p 21452152 21 Jiang, Q., et al., Surface passivation of perovskite film for efficient solar cells Nature Photonics, 2019 13(7): p 460-466 22 Ke, W., et al., Low-temperature solution-processed tin oxide as an alternative electron transporting layer for efficient perovskite solar cells Journal of the American Chemical Society, 2015 137(21): p 6730-6733 23 Kim, H., et al., Doped ZnO thin films as anode materials for organic lightemitting diodes Thin solid films, 2002 420: p 539-543 24 Kim, J.-S., et al., Indium–tin oxide treatments for single-and double-layer polymeric light-emitting diodes: The relation between the anode physical, chemical, and morphological properties and the device performance Journal of applied physics, 1998 84(12): p 6859-6870 25 Kojima, A., et al., Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells Journal of the American Chemical Society, 2009 131(17): p 60506051 40 26 Leijtens, T., et al., Overcoming ultraviolet light instability of sensitized TiO with meso-superstructured organometal tri-halide perovskite solar cells Nature communications, 2013 4(1): p 1-8 27 Li, J., et al., Polyaniline modified SnO2 nanoparticles for efficient photocatalytic reduction of aqueous Cr (VI) under visible light Separation and Purification Technology, 2018 201: p 120-129 28 Li, Y., et al., Realizing a SnO 2-based ultraviolet light-emitting diode via breaking the dipole-forbidden rule NPG Asia Materials, 2012 4(11): p e30-e30 29 Liu, K., M Sakurai, and M Aono, ZnO-based ultraviolet photodetectors Sensors, 2010 10(9): p 8604-8634 30 Lu, C., et al., Zn-doped SnO2 hierarchical structures formed by a hydrothermal route with remarkably enhanced photocatalytic performance Ceramics International, 2018 44(13): p 15145-15152 31 Mao, Q., Z Ji, and L Zhao, Mobility enhancement of p‐type SnO2 by In–Ga co‐ doping physica status solidi (b), 2010 247(2): p 299-302 32 Minami, T., Substitution of transparent conducting oxide thin films for indium tin oxide transparent electrode applications Thin solid films, 2008 516(7): p 1314-1321 33 Mori, M., et al., Development of a new water sterilization device with a 365 nm UV-LED Medical & biological engineering & computing, 2007 45(12): p 1237-1241 34 Nguyen, T.T., et al., Studying the influence of deposition temperature and nitrogen contents on the structural, optical, and electrical properties of N-doped SnO2 films prepared by direct current magnetron sputtering Ceramics International, 2019 45(7): p 9147-9156 35 Oh, L.S., et al., Zn2SnO4-based photoelectrodes for organolead halide perovskite solar cells The Journal of Physical Chemistry C, 2014 118(40): p 22991-22994 36 Pirnie, M., et al., Ultraviolet disinfection guidance manual for the final long term enhanced surface water treatment rule: EPA 815-R-06-007 2006: EPA 37 Qin, M., et al., Perovskite solar cells based on low-temperature processed indium oxide electron selective layers ACS applied materials & interfaces, 2016 8(13): p 84608466 38 Roose, B., et al., Mesoporous SnO2 electron selective contact enables UV-stable perovskite solar cells Nano Energy, 2016 30: p 517-522 41 39 Roose, B., et al., A Ga-doped SnO mesoporous contact for UV stable highly efficient perovskite solar cells Journal of Materials Chemistry A, 2018 6(4): p 18501857 40 Santos, N.C and M.A Castanho, An overview of the biophysical applications of atomic force microscopy Biophysical chemistry, 2004 107(2): p 133-149 41 Singkammo, S., et al., Electrolytically exfoliated graphene-loaded flame-made Ni-doped SnO2 composite film for acetone sensing ACS applied materials & interfaces, 2015 7(5): p 3077-3092 42 Son, D.-Y., et al., 11% efficient perovskite solar cell based on ZnO nanorods: an effective charge collection system The Journal of Physical Chemistry C, 2014 118(30): p 16567-16573 43 Sun, X., et al., Structural, electronic, and optical properties of N-doped SnO2 The Journal of Physical Chemistry C, 2008 112(26): p 9861-9864 44 Wan, X., et al., A self-powered high-performance graphene/silicon ultraviolet photodetector with ultra-shallow junction: breaking the limit of silicon? npj 2D Materials and Applications, 2017 1(1): p 1-8 45 Wu, Y., et al., Study of p-type AlN-doped SnO2 thin films and its transparent devices Applied Surface Science, 2015 328: p 262-268 46 Yanagi, H., et al., Bipolarity in electrical conduction of transparent oxide semiconductor CuInO with delafossite structure Applied Physics Letters, 2001 78(11): p 1583-1585 47 Yang, L., et al., Efficient hydrogen evolution over Sb doped SnO2 photocatalyst sensitized by Eosin Y under visible light irradiation Nano Energy, 2017 36: p 331-340 48 Zhang, J., et al., Preparation of ultra-thin and high-quality WO3 compact layers and comparision of WO3 and TiO2 compact layer thickness in planar perovskite solar cells Journal of Solid State Chemistry, 2016 238: p 223-228 49 Zhang, Y., J Gao, and Z Chen, A solid-state chemical reduction approach to synthesize graphitic carbon nitride with tunable nitrogen defects for efficient visiblelight photocatalytic hydrogen evolution Journal of colloid and interface science, 2019 535: p 331-340 50 Zheng, X., et al., Photocatalytic degradation of benzene over different morphology BiPO4: Revealing the significant contribution of high–energy facets and oxygen vacancies Applied Catalysis B: Environmental, 2019 243: p 780-789 42 51 Zhou, Y., et al., GaN codoping and annealing on the optoelectronic properties of SnO2 thin films Journal of Alloys and Compounds, 2018 732: p 555-560 52 Zhu, L., et al., Mesoporous BaSnO layer based perovskite solar cells Chemical Communications, 2016 52(5): p 970-973 53 Zhu, Z., et al., Enhanced efficiency and stability of inverted perovskite solar cells using highly crystalline SnO2 nanocrystals as the robust electron‐transporting layer Advanced Materials, 2016 28(30): p 6478-6484 43 ... li? ?n quan đ? ?n đồng pha t? ?p để cải thi? ?n tính chất đi? ?n màng SnO2 so với đ? ?n pha t? ?p công bố ngày nhiều Qinan Mao cộng chế tạo thành cơng màng d? ?n đi? ?n loại p SnO2 đồng pha t? ?p In-Ga phương ph? ?p. .. công trình đồng pha t? ?p Ga N vào màng SnO2 phương ph? ?p ph? ?n xạ Magnetron DC [13], cơng trình khắc phục hiệu ứng bù xảy màng SnO2 đ? ?n pha t? ?p Ga, n? ??ng độ lỗ trống màng SnO2 đồng pha t? ?p Ga N cải... spectroscopy Phổ t? ?n xạ lượng tia X ANTO Màng SnO2 pha t? ?p Al N SNTO Màng SnO2 pha t? ?p Sb N x DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 T? ?n màng SnO2 đồng pha t? ?p Sb N 15 Bảng 3.1 Thành ph? ?n nguy? ?n tố màng