Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu zno pha tạp al và mn

 và Mn  i hc Khoa hc T nhiên  ngành: ; 60 44 07   2012 Abstract:      --yAlyO. Keywords: ; ; ;  Content MỞ ĐẦU    hu    công ngh :              thâ    Trong này,  ,    , chúng tôi       u p Al          2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO 1.1. Cấu trúc mạng tinh thể ZnO:  c giác wurtzite   C 4 6v – P 6 3 mc. M  u) và (1/3; 2/3; 1/3 + uu = 3/5. (hình 1. Hình 1.1: Cấu trúc lục giác wurtzite [3].  6] là: 1.2. Cấu trúc vùng năng lƣợng của ZnO dạng lục giác wurtzite:        A II B VI  A II B VI ng. u wurtzite. [3] ư O 2- Zn 2+ 3 1.3. Tính chất điện của ZnO   1.4. Tính chất quang của ZnO Ph hunh quang ca ZnO tn ti hai ci phát x. 1.5. Tính chất từ của ZnO: i ta nhn thy rng ZnO là mt vt liu ny trin vng cho vic pha tp st t. CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 2.1. Phương pháp chế tạo mẫu: Trong , Al   Phƣơng pháp gốm:  1-x Mn x O và Zn 1-x Al x O    Hình 1.3: Đường cong từ hóa phụ thuộ c nhiệ t độ củ a dây Zn 1-x Mn x O (x = 0,13) tạ i từ trường 500 Oe. Phía góc trên là đ ường từ trễ củ a quá trình từ hóa thu đ ược ở nhiệ t độ 5K [5]. Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng (a)- theo Birman và (b)- theo Thomas của ZnO ở lân cận k=0. 4 2.2. Các phép đo 2.2.1. Phép đo tính chất cấu trúc: 2.2.1.1. Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD):  t, p  2.2.1.2. Phép đo hiển vi điện tử quét (SEM): .     và nguyên     SEM  mô  trên hình 2.3. 2.2.1.3. Phép đo tính chất từ:            1-x Mn x          . 2.2.1.4. Phép đo tính chất quang:  Phép đo phổ tán xạ Raman: Hình 2.1: Nhiễ u xạ tia X góc nhỏ [5]. Hình 2.2: Thiế t bị nhiễ u xạ tia X, D5005 – Bruker, Siemens. Hình 2.3 :Mô phỏng tương tác chùm đ iệ n tử với chấ t rắ n. Hình 2.4: Máy SEM Jeol- JSM5410LV. 5  Trong    các  1-x Mn x O , Zn 1-y Al y O     -ng laser kích thích là 632,8 nm. 2.2.1.5. Phép đo tính chất điện  : CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trong   ,  1-x Mn x      1- y Al y         . 3.1. Kết quả của hệ mẫu Zn 1-x Mn x O: 3.1.1. Tính chất cấu trúc của hệ mẫu Zn 1-x Mn x O: 3.1.1 .1. Phổ nhiễu xạ tia X: Kt qu kho sát tính cht cu trúc da vào ph nhiu x tia X (XRD) ca h mu Zn 1- x Mn x O c trình bày trên hình 3.1. 0 ' Ct A      0 " 2 Gt fA        6 Nhìn vào ph nhiu x ta thy: Tt c các mu có cu trúc lc giác wurtzite vnh ng là (100), (002), (101), (102), (110), (103)  . 3.1.1.2. Ảnh SEM và phổ tán sắc năng lƣợng EDS của hệ mẫu Zn 1-x Mn x O:  Ảnh SEM: nh SEM ca h mu khi Zn 1-x Mn x O nung  1100 o C     3.2. a) x = 0,00 b) x = 0,02 c) x = 0,04 d) x = 0,06 20 30 40 50 60 70 * * C-êng ®é (®.v.t.y ) 2 theta (®é) (100) (101) (002) (102) (110) (103) (112) (200) (201) * Zn 1-x Mn x O x=0,10 x=0,08 x=0,06 x=0,04 x=0,02 *: ZnMn 2 O 4 x=0,00 Hình 3.1: Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của hệ mẫu khối Zn 1-x Mn x O. 7 e) x = 0,08 f) x = 0,10 Hình 3.2: Ảnh SEM của hệ mẫu Zn 1-x Mn x O.  Phổ tán sắc năng lƣợng EDS:  nh thành phn các cht có trong mu, chúng tôi tin  tán sc ng (EDS).Trên các ph     3.3 3.4 ch xut hin ba thành phn Zn, Mn và O, không xut hin nguyên t nào khác. Hình 3.3: Phổ tán sắc EDS của mẫu Zn 0.94 Mn 0.06 O 3.1.2. Kết quả đo Raman của hệ mẫu Zn 1-x Mn x O: nh 3.4   Zn 1-x Mn x O        . H3.7  3.12                    0,00 0,10. 8 200 300 400 500 600 700 800 900 0 100 200 300 400 500 600 700 800 C-êng ®é (®.v.t.®) Sè sãng (cm -1) 0% 2% 4% 6% 8% 10% E 2low A 1 (TO) E 1 (TO) E 2 (high) A 1 (LO) Hình 3.6: Phổ tán xạ Raman của hệ mẫu Zn 1-x Mn x O. 200 300 400 500 600 700 800 900 2000 4000 6000 8000 C-êng ®é (®.v.t.®) Sè sãng (cm -1 ) ZnO 332 cm-1 378 cm-1 412 cm-1 437 cm-1 528 cm-1 Hình 3.4: Phổ tán xạ Raman của mẫu ZnO chưa pha ta ̣ p. Khi tng n  pha t   s d chuy c các nh -1 và 522 cm -1  sang 414 cm -1 và 526 cm -1 . 3.1.3. Kết quả đo tính chất từ của hệ mẫu Zn 1-x Mn x O: -0.08 -0.04 0.00 0.04 0.08 M (emu/g) H (kOe) x = 0 x = 0.02 x = 0.04 x = 0.06 x = 0.08 x = 0.1 -5 -10-15 5 10 15 9 Hình3.5: Đường cong từ trễ của hệ mẫu khối Zn 1-x Mn x O.   3.2. Kết quả đo của hệ mẫu Zn 1-y Al y O: 3.2.1. Kết quả đo tính chất cấu trúc của hệ mẫu Zn 1- y Al y O: 3.2.1.1. Phổ nhiễu xạ tia X: 3.14 l  1-y Al y O. 20 30 40 50 60 70 (201) (112) (200) * * ** * * * 2.thetha (®é) C-êng ®é (®.v.t.y) y=0,00 y=0,03 y =0,06 y=0,09 y=0,12 y=0,15 *: ZnAl 2 O 4 (100) (002) ( 1 01 ) (102) (110) (103) Hình 3.6: Phổ nhiễu xạ tia X của hê ̣ Zn 1-y Al y O.  (XRD) ta   trên   a ZnO. 3.2.1.2. Ảnh SEM và phổ tán sắc năng lƣợng EDS của hệ mẫu Zn 1-y Al y O  ẢNH SEM 10 3.7 nh SEM  1-y Al y O            0  15%. a) y =0,00 b) y =0,03 c) y =0,06 d) y = 0,09 e) y= 0,12 f) y = 0,15 Hình 3.7: Ảnh SEM của hệ mẫu Zn 1-y Al y O.      3.7 ta  C  u.  Phổ tán sắc năng lượng EDS :          hàn trong   1-y Al y O,     tán sc   EDS g. [...]... a m u Zn0.9 4Al0 .06O Trờn ph ta thy s xut hin nh ca 3 nguyờn t Zn, O, Al cú trong thnh phn ca tt c h mu Zn1-yAlyO 3.2.2 Kt qu o Raman ca h mu Zn1-yAlyO: 900 A1(LO) 0 % Al- 3% Al- 6% Al- 9% Al- 12% Al- 15% E2LOW+B1high 600 E2(high) 700 A1(TO) E1(TO) E2LOW C-ờng độ (đ.v.t.đ) 800 500 400 300 200 100 0 200 300 400 500 600 700 800 900 Số sóng cm-1 Hinh 3.8: Ph Raman ca hờ m u Zn1-yAlyO Khi nng pha tp nh (y... súng kho sỏt i v i mu pha tp Mn: T ụ ph thuc t trng cc a i cua cac mõu tng dn v t giỏ tr 0,027; 0,051, 0,048; 0,051 emu/g tng ng v i cỏc nụ ng ụ Mn pha ta p x = 0,02; 0,04; 0,06 v 0,08 i vi mu pha Al: Khi pha tp hm lng nh (y = 0; 0,03; 0,06) giỏ tr ca in dung, dn tng dn khi nng pha tp tng v t cc i thnh phn 6% iờ u o cho thõ y a tim c nụ ng ụ pha ta p tụ i u cho hờ Zn1-yAlyO References 14 Ting... and Alexander A Balandina, MicroRaman investigation of optical phonons in ZnO nanocrystals, Nano-Device Laboratory, Department of Electrical Engineering, University of California-Riverside [30] Klingshim C.F (1995), Semiconductors Optics, Berlin 16 [31] Liua, W.F Hsieha, C.-H Hsub, K.S Liangb, F.S.-S Chienc(2006), Inuence of the threading dislocations on the electrical properties in epitaxial ZnO thin... Leedy(2007), Alternative dielectric lms for rf MEMS capacitive switches depositedusing atomic layer deposited Al 2O3 /ZnO alloys Sensors and Actuators A 135 [18] Chang Y.Q, Way D.B., Luo X.H, Chen X.H (2003), Magnetic properties of Mn_ doped ZnO nanowires, Appl Phys Lett 83, 4020 [19] Chen, T.H Fang, F.Y Hung, L.W Ji, S.J Chang, S.J Young, Y.J Hsiao (2008), The crystallization and physical properties of Al- doped... A Calleja, J Arbiol, X.G Capdevila, M Segarra, Ll Aragonốs and J Fontcuberta (2007), Structural and magnetic properties of ZnO: TM (TM:Co ,Mn) nanopowders, J Magn Magn Mater 317 e211-e214 [39] Sedky, Ayman Al- Sawalha and Amal M Yassin (2008),, Enhancement of Electrical Conductivity of ZnO Ceramic Varistor by Al doping A., Egypt J Solids, Vol 31, No (2), 205 - 213 [40] Shih-Shou Lo, Dison Huang, Chun... sỏt mt s tớnh cht ca mng mng trờn c s ZnO v kh nng ng dng ca chỳng, Lun vn tin s Vt lý, khoa Vt lý trng HKHTN HQGHN [10] Lu Tun Ti (2008) , Giỏo Trỡnh Vt Liu T, Nh Xut Bn i Hc Quc Gia H Ni [11] Tụ Thnh Tõm (2011) , khúa lun tt nghip HKHTN H Ni , Ch to v nghiờn cu tớnh cht in ca vt liu ZnO pha tp P [12] Nguyn Cao Ti (2006), Ch to v kho sỏt mt s tớnh cht ca vt liu bỏn dn ZnO pha tp Mn, Lun vn thc s vt... epitaxial ZnO thin lms, Journal of Crystal Growth 297, 294 - 299 [32] Lu, Y Z Zhang, Z Z Ye, L P Zhu, B H Zhao, and Q L Liang, Appl(2006), Phys Lett 88, 222114 [33] Mohd Rafie Johan, Lim May Ting(2011), Structural, Thermal and Electrical Properties of Nano Manganese-Composite Polymer Electrolytes,Int.J Electrochem Sci., vol 6., 4737 4748 [34] Mỹjdat ầAGLAR, Saliha ILICAN, Yasemin ầALAR (2006), Influence... structure on structural and electrical properties of ZnO films, Trakya Univ J Sci, 7(2), , 153-159 [35] Murday, J S, (2002), AMPTIAC Newsletter 6 [36] ệzgỹr, Ya.I.Alivov, C.Liu, A.Teke, M.A.Reshchikov, S.Doan, V.Avrutin, S.-J Cho, H Morkoỗd (2005), J.Appl.Phys 98, 041301 [37] Pauling, L., The Nature of the Chemical Bond (3rd Edn.), Ithaca, NY: Cornell University Press, (1960) [38] Rubi, A Calleja, J Arbiol,... Chen(2009), Raman scattering and band-gap variations of Al- doped ZnO nanoparticles synthesized by a chemical colloid process, J Phys D: Appl Phys 42 ,095420 [41] Shufen Wang, Zhicheng Zhang, Huarong Liu, Wei Zhang, Zhen Qian, Bibo Wang (2010),, Colloid Polym Sci , 288, 10311039 [42] Te-Hua Fang, and Shao-Hui Kang (2010), Physical Properties of ZnO: Al Nanorods for Piezoelectric Nanogenerator Application... Current Nanoscience, Vol 6, No 5, 505 - 511 [43] Thomas, J Phys Chem Solids, 15, (1960), pp.86 17 [44] M Tzolov, U N Tzenov, D Dimova-Malinovska, M Kalitzova, C Pizzuto, G Vitali, G Zollo, I Ivanov, (2000), Vibrational properties and structure of undoped and Al- doped ZnO lms deposited by RF magnetron sputtering Thin Solid Films 379, 28 - 36 [45] V Vaithianathan, B T Lee, C H Chang, K Asokan, and S S .  Chế tạo và nghiên cứu tính chất điện của vật liệu ZnO pha tạp P  (2006) tạo và khảo sát một số tính chất của vật liệu. FT-Raman và Micro-Raman, TP.HCM.  (2005), “ Nghiên cứu chế tạo và khảo sát một số tính chất của màng mỏng trên cơ sở ZnO và khả năng