Báo cáo kết quả chế tạo màng ITO cds tio2 cấu trúc nano bằng phương pháp bốc hơi chân không và ủ nhiệt và khảo sát cấu trúc nano của màng ITO cds tio2

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU ĐỀ TÀI: BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG QUANG HÓA CỦA MÀNG NANO ITO/CdS/TiO2 (ZnO) ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Ô NHIỄM CHẤT HỮU CƠ Báo cáo: Báo cáo kết chế tạo màng ITO/CdS/TiO2 cấu trúc nano phương pháp bốc chân không ủ nhiệt khảo sát cấu trúc nano màng ITO/CdS/TiO2 Người thực hiện: Nguyễn Thúy Vân Đơn vị: Phòng Vật liệu Ứng dụng Quang sợi Viện Khoa học Vật liệu – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Tháng 5/2012 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nghiên cứu chế tạo màng mỏng TiO2 màng FTO, ITO, thạch anh (quartz) có độ dày, độ xốp, độ truyền qua mong muốn I Các phương pháp chế tạo màng mỏng Hiện có nhiều phương pháp khác để chế tạo vật liệu dạng màng mỏng với chiều dày từ vài nanomet đến vài micromet, chí chế tạo màng mỏng với chiều dày vài lớp nguyên tử Các phương pháp sử dụng phổ biến là: - Lắng đọng pha hóa học (Chemical Vapour Deposition - CVD) - Lắng đọng pha vật lý (Physical Vapour Deposition - PVD) - Các phương pháp sol-gel, điện hóa, quay phủ ly tâm v.v… Căn vào điều kiện thực tế Việt Nam, chúng tơi chọn ba phương pháp, là: - Lắng đọng pha vật lý (sử dụng hai phương pháp bốc bay nhiệt bốc bay chùm tia điện tử); - Phương pháp quay phủ ly tâm - Phương pháp phún xạ (sputtering) Phương pháp bốc bay nhiệt Bốc bay nhiệt sử dụng nguồn nhiệt trực tiếp nhờ thuyền điện trở gọi bốc bay nhiệt Thuyền điện trở thường dùng volfram, tantan, molipden dây xoắn thành nhỏ Vật liệu cần bốc bay (còn gọi vật liệu gốc) đặt trực tiếp thuyền Buồng hút chân không với áp suất khoảng 10-3-10-6 torr Khi thuyền đốt nóng lên đến nhiệt độ cao nhiệt độ hóa vật liệu gốc, phần tử hóa bay lắng đọng để Đây phương pháp có nhiều thuận tiện có nhiều ưu điểm để chế tạo màng mỏng kim loại đơn chất nhôm, bạc, vàng Khi bốc bay hợp chất nhiều thành phần, phương pháp có nhược điểm lớn “hợp kim hóa” thuyền vật liệu gốc hóa khơng đồng thời phần tử, màng nhận có chất lượng khơng cao hợp thức hóa học, khơng thành phần khơng hồn hảo cấu trúc tinh thể Phương pháp bốc bay chùm tia điện tử a) Cơ sở lý thuyết: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đặc điểm bật phương pháp chùm tia điện tử khác với phương pháp bốc bay nhiệt hay phún xạ catốt sử dụng lượng chùm electron hội tụ trực tiếp vật liệu Khi chùm electron lượng cao bắn phá vật liệu tồn động electron chuyển thành nhiệt electron bị dừng đột ngột Nguyên lý hoạt động súng điện tử chân khơng hồn tồn giống đèn điện tử ba cực (triơt): catốt sợi dây volfram có điện áp tới -10kV Điện áp điện cực lưới điều khiển có độ chênh điện áp cần thiết so với catôt Anốt thường tồn thành chng thép khơng rỉ Khác với triốt, thiết bị chân khơng cịn có nam châm điện với từ trường có hướng song song với sợi catốt (vng góc với hướng bay electron) Điều khiển độ lớn từ trường chỉnh khoảng cách hội tụ chùm tia điện tử Quỹ đạo bay chùm tia điện tử định hai yếu tố quan trọng vận tốc ban đầu thoát khỏi catốt độ lớn từ trường, theo định luật Lorentz: F=-ev x B Mật độ dòng electron Je sinh phát xạ nhiệt đốt nóng dây catốt thể phương trình Richardson: Je = AT2exp[(-eФ)/kT)] A số Richardson, e độ lớn điện tích electron Ф cơng suất thốt, Tnhiệt độ sợi đốt Khi nguồn phát xạ hoạt động mức bão hịa dịng catốt cực đại điều khiển việc lựa chọn dòng đốt Dưới mức bão hòa, mật độ dòng phụ thuộc vào gia tốc Động ban đầu electron phát xạ 3kT/2, không đáng kể so với động cuối chúng đạt sau gia tốc điện trường chiều với điện áp cao từ đến 10kV Chùm electron bắn từ súng điện tử chuyển động cung tròn khác hội tự vào bia vật liệu Đường chùm electron thăm dò cách định lượng Quĩ đạo electron tính tốn tích phân phương trình chuyển động Các kết rằng: xác định vị trí ban đầu electron sợi phát xạ điện trường từ trường, phát từ sợi phát xạ, điều khiển bắn xác vào bia vật liệu theo cung tròn Những electron nằm bên sợi phát xạ điều khiển hội tụ vào bia vật liệu hồn tồn xác So sánh quĩ đạo chuyển động electron phát từ vị trí sợi phát xạ cho thấy electron xuất LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com phát từ vị trí bên sợi phát xạ bắn vào chén nung xác electron xuất phát bên trái sợi phát xạ xác vị trí xuất phát bên sợi phát xạ Đối với vị trí bên phải sợi phát xạ, nghĩa vị trí nằm sợi phát xạ chén nung, electron chuyển động với quĩ đạo lệch ngồi chén nung Vì vậy, súng điện tử cấu tạo cho electron bắn từ sợi phát xạ, qua khe hẹp, vào bia vật liệu đạt hiệu cao Chùm tia điện tử gia tốc điện trường có lượng cao hội tụ vào bia vật liệu nhờ tác dụng từ trường điều khiển Vật chất từ bia vật liệu hóa hơi, thành phần tử lắng đọng lên đế nóng Phương pháp bốc bay chùm tia điện tử phương pháp chế tạo màng mỏng có độ tinh khiết cao Trong số trường hợp lắng đọng màng mỏng, chùm tia điện tử lai ghép với chùm ion có tham gia khí phản ứng Trong q trình bay phản ứng, kim loại khí phản ứng dều ion hóa mơi trường plasma, tăng cường phản ứng kim loại bề mặt mọc màng, thúc đẩy hình thành hợp chất Quá trình lắng đọng chùm tia điện tử hỗ trợ chùm ion (ion beam assisted deposition), kết hợp lợi ích tốc độ lắng đọng cao bắn phá chùm ion, làm thay đổi tính chất màng mỏng lắng đọng Màng mỏng Ti luận án chủ yếu bốc hệ YBH-75PI Liên xơ, (hình…) b) Ưu điểm phương pháp bốc bay chùm tia điện tử - Mơi trường chế tạo mẫu nhờ có chân không cao từ 10-5-10-6 mbar - Độ tinh khiết màng so với vật liệu gốc đảm bảo phần tử gần - bay tức thời tác dụng nhiệt nhanh chùm tia điện tử; Bốc bay hầu hết loại vật liệu chùm tia điện tử hội tụ có lượng lớn; Dễ điều chỉnh áp suất, thành phần khí, nhiệt độ, dễ theo dõi trình lắng đọng; Có thể sử dụng vật liệu gốc (dưới 10mg) để bốc bay, trường hợp tiến hành nhiều thực nghiệm để tìm kiếm cơng nghệ chế tạo vật liệu tiết kiệm đáng kể nguyên vật liệu quý Phương pháp quay phủ ly tâm: a) Cơ sở vật lý phương pháp quay phủ ly tâm: Yếu tố quan trọng định phương pháp lực ly tâm sinh q trình quay để có phủ dung dịch chứa chất tạo màng Trong suốt trình quay phủ li tâm, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com lực li tâm lưu lượng xuyên tâm dung mơi có tác dụng kéo căng, dàn trải tán mỏng dung dịch chống lại lực kết dính dung dịch tạo thành màng mỏng b) Các phương pháp tạo màng phương pháp quay phủ ly tâm: - Giai đoạn (lắng đọng): Trong giai đoạn này, chất lỏng nhỏ ống nhỏ giọt dung dịch phun sương lên bề mặt đế Vấn đề quan trọng đặt dung dịch phải trì độ ẩm cần thiết bề mặt đế suốt giai đoạn Có hai phương pháp chung để nhỏ chất lỏng phân phối tĩnh động Phân phối tĩnh lắng đọng đơn giản “vùng” nhỏ chất lỏng tâm gần tâm đế Lượng thể tích thay đổi từ 1cc đến 10cc phụ thuộc vào độ nhớt chất lỏng kích thước đế Độ nhớt cao đế rộng đòi hỏi lượng chất lỏng lớn để chắn bao phủ bề mặt đế suốt giai đoạn quay với tốc độ cao Sự phân phối động trình nhỏ chất lỏng đế quay với tốc độ thấp Tốc độ quay khoảng 500 vòng/phút thường sử dụng giai đoạn Giai đoạn có lợi cho việc kéo giãn mỏng chất lỏng bên đế dẫn đến dư thừa vật liệu, phần thường không cần thiết cho việc nhỏ mà để làm ẩm bề mặt toàn đế - Giai đoạn (spin-up): Giai đoạn thứ hai giai đoạn đế nhanh chóng có tốc độ quay đạt giá trị tối đa theo yêu cầu Giai đoạn thường mô tả kéo giãn, dàn trải tán mỏng chất lỏng bề mặt đế chuyển động quay tròn Điều tạo chuyển động xốy đầu dịng chảy quán tính, phần màng mà có chiều dày khác bị văng đi, đế đạt tốc độ quay mong muốn chất lưu trở nên đủ mỏng chuyển động kéo theo biến dạng nhớt cân với gia tốc quay - Giai đoạn (spin-off): Giai đoạn giai đoạn mà đế quay với tốc độ ổn định lực nhớt chất lỏng chi phối tán mỏng chiều dày màng Giai đoạn mô tả tán mỏng độ dày chất lỏng, dẫn đến lớp phù cuối đồng - Giai đoạn (bay hơi): Giai đoạn thứ tư giai đoạn đế quay với tốc độ không đổi bay dung môi trở thành trình chủ yếu chi phối tán mỏng chiều dày màng trình phủ Trong giai đoạn này, chiều dày màng phụ thuộc vào tốc độ quay, độ nhớt có mối quan hệ với tốc độ bay Sau kết thúc trình quay, nhiều ứng dụng đòi hỏi xử lý nhiệt lớp màng tạo Phương pháp phún xạ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com “Phún xạ” tiếng Anh “Sputtering” Phún xạ thuộc phương pháp lắng đọng pha vật lý, nguyên tử, cụm nguyên tử hay phân tử tạo cách bắn phá ion – phương pháp vật lý Trong phún xạ diode (phún xạ hai điện cực), nhờ phóng điện từ trạng thái plasma, ion lượng cao (thí dụ ion Ar+) bắn phá lên bia (vật liệu cần phún xạ) Trong trường hợp này, bia cathode, tác dụng bắn phá ion, nguyên tử bị bật khỏi bia, lắng đọng lên bề mặt đế hình thành lớp màng mỏng (đế đồng thời anode) Khi tẩy bề mặt mẫu gắn lên cathode đóng vai trị bia, chùm ion lượng cao bắn phá lên bề mặt mẫu làm cho lớp nguyên tử tạp chất phần nguyên tử mẫu bị tẩy, trình gọi ăn mòn phún xạ a) Thiết bị phương pháp phún xạ  Phún xạ cao áp chiều: Trong phún xạ cao áp chiều, người ta sử dụng hệ chỉnh lưu điện cao (đến vài kV) làm nguồn cấp điện áp chiều đặt hai điện cực chng chân khơng (hình ) Bia phún xạ cathode phóng điện, tùy thuộc vào thiết bị mà diện tích bia nằm khoảng từ 10 đến vài trăm cm2 Anode lầ đế và/hoặc tồn thành chng chân khơng Khoảng cách anode cathode ngắn nhiều khoảng cách nguồn-đế bốc bay chân không thường 10cm Trong khí trơ, argon sử dụng làm phún xạ nhiều cả, áp suất trì chng cỡ Torr Plasma trường hợp hình thành trì nhờ nguồn áp chiều Cơ chế hình thành plasma giống chế phóng điện lạnh khí Điện tử thứ cấp phát xạ từ cathode gia tốc điện trường cao áp, chúng ion-hóa ngun tử khí, tạo lớp plasma (đó trạng thái trung hịa điện tích vật chất mà phần lớn ion dương điện tử) Các ion khí Ar+ bị hút Cathode, bắn phá lên vật liệu làm bật nguyên tử khỏi bề mặt cathode Tuy nhiên, hiệu suất phún xạ trường hợp thấp Ngày phương pháp phún xạ cao áp chiều mà không sử dụng magnetron không sử dụng phương pháp chế tạo màng Hình vẽ Sơ đồ hệ phóng điện cao áp chiều (DC-sputter)  Phún xạ cao tần: Trong tiếng anh thuật ngữ Radio-frequency sputtering nghĩa phún xạ tần số radio, dải tần số cao quen dùng từ cao tần để nói phương pháp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com “phún xạ tần số radio” Điện áp đặt điện cực hệ chân không nguồn xoay chiều tần số từ 0,1MHz trở lên, biên độ khoảng 0,5 đến 1KV Trên hình 1là sơ đồ hệ thiết bị phún xạ cao tần có tụ điện làm việc theo chế phóng điện đĩa song song Phổ biến ngày nguồn cao tần có tần số 13,56MHz Mật độ dịng ion tổng hợp tới bia khoảng 1mA/cm2, biên độ dòng cao tần cao nhiều (có lớn gấp bậc nữa) Máy phát cao tần thiết kế chuyên dụng để nâng cao hiệu phún xạ: tụ điện ghép nối tiếp nhằm phún xạ tất bia (trong có bia kim loại) Mạch điện thiết kế bù trừ cách hợp lý để q trình truyền lường từ nguồn cơng suất cao tần sang plasma đạt hiệu cao Hình Sơ đồ hệ phún xạ cao tần Kích thước chơng sử dụng phương pháp hoàn toàn giống phún xạ cao áp chiều (trong nhiều trường hợp, người ta thiết kế hệ phún xạ bao gồm hai chức phún xạ cao tần cao áp chiều để thực đồng phún xạ từ hai nguồn bia có cấu tạo khác nhau) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phún xạ cao tần có nhiều ưu điểm so với phún xạ cao áp chiều, thí dụ điện áp thấp, phún xạ áp suất khí thấp hơn, tốc độ phún xạ lớn đặc biệt phún xạ tất loại vật liệu từ kim loại đến oxit hay chất cách điện Plasma phún xạ cao tần hình thành trì nhờ nguồn cao tần, giống q trình oxi hóa xảy phún xạ cao áp Tuy nhiên, ngày phún xạ cao tần riêng biệt khơng cịn sử dụng hiệu suất phún xạ chưa cao Người ta sử dụng magnetron để khắc phục nhược điểm Sơ đồ hệ phóng điện cao tần có tụ chặn làm tăng hiệu suất bắn phá ion  Magnetron Magnetron hệ thiết bị tạo phóng điện điện trường có sử dụng nam châm Ngay từ năm 70 magnetron thiết kế sử dụng hệ phún xạ cao áp cao tần để tăng tốc độ phún xạ Magnetron phóng điện tăng cường nhờ từ trường nam châm vĩnh cửu (hoặc nam châm điện) đặt cố định bia/cathode (hình ) Như mơ tả phần trên, với cấu hình điện cực hai phương pháp phún xạ có điện trường vng góc với bề mặt bia Nhưng với magnetron thấy từ trường nam châm tạo từ trường vng góc với điện trường (có nghĩa song song với mặt phẳng bia) Vì thế, từ trường tập trung tăng cường plasma vùng gần bia Magnetron áp dụng vào hai trường hợp phún xạ nâng cao hiệu suất bắn phá ion, đó, tốc độ phún xạ cải thiện nhiều Nói chung, phóng điện magnatron với việc kích thích cao áp chiều hay cao tần có hiệu suất cao hẳn so với trường hợp không dùng bẫy điện tử (nhờ từ trường nam châm) Sơ đồ nguyên lý bẫy điện từ từ trường hệ phún xạ magnetron  Các cấu hình phún xạ khác: Ngồi ba kiểu phún xạ nêu trên, thực tiễn người ta chế tạo thiết bị phún xạ với cấu hình khác (các phận dựa cấu hình hai loại trước) Trong có cấu hình sử dụng đến phân đế để kích thích bắn phá ion q trình phủ màng, có loại hỗ trợ ion nhiệt điện tử thứ cấp tăng cường từ sợi volfram đốt nóng Phún xạ chùm ion cấu hình tỏ hữu hiệu cơng nghệ chế tạo màng mỏng Trong cấu hình này, nguồn ion thiết kế tách hẳn khỏi cathode, làm việc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com với điện phóng điện thấp Từ nguồn chùm ion bắn thẳng vào bia với động lớn đạt tương đương lượng cao áp chiều b) Chế tạo màng mỏng phương pháp phún xạ Phún xạ phương pháp sử dụng ion phóng điện cao áp chiều hay cao tần để thực việc “đánh bật” nguyên tử từ vật rắn (bia) khỏi bề mặt Tiếp theo trình lắng đọng nguyên tử bề mặt vật rắn khác (tức đế) Do chế tạo vật liệu phương pháp phún xạ trình chuyển nguyên tử vật rắn dạng khối bia sang dạng màng mỏng đế Nhìn chung, phún xạ q trình cơng nghệ xảy trạng thái plasma, thể phức tạp Để dễ hiểu chia trình phún xạ thành ba giai đoạn: Gia tốc ion lớp vỏ plasma vùng cathode Ion bắn phá vào bia, nguyên tử bia chuyển động va chạm Các nguyên tử thoát khỏi bia lắng đọng lên đế Trên hình hình mơ tả q trình lắng đọng màng phương pháp phún xạ với giai đoạn nêu Hình Q trình bắn phá bia lắng đọn vật liệu đế LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình Quá trình phún xạ c) Ưu điểm nhược điểm phương pháp phún xạ  Ưu điểm: - Tất loại vật liệu phún xạ, nghĩa từ nguyên tố, hợp kim hay hợp chất - Bia để phún xạ thường dùng lâu, lớp phún xạ mỏng - Có thể đặt bia theo nhiều hướng, nhiều trường hợp dùng bia diện tích lớn, bia nguồn “bốc bay” lớn - Trong magnetron chế tạo màng mỏng từ bia có cấu hình đa dạng, phụ thuộc vào cách lắp đặt nam châm, bia thiết kế theo hình dạng bề mặt đế (hình hình cầu) - Quy trình phún xạ ổn định, dễ lặp lại dễ tự động hóa - Độ bám dính màng với đế tốt  Nhược điểm - Phần lớn lượng phún xạ tập trung lên bia, làm nóng bia, phải có làm lạnh bia LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Tốc độ phún xạ nhỏ nhiều so với tốc độ bốc bay chân không - Hiệu suất lượng thấp, phún xạ phương pháp tiết kiệm lượng - Bia thường khó chế tạo đắt tiền Hiệu suất sử dụng bia thấp (không sử dụng hết, nhiều bia giòn, dễ bị nứt dẫn đến hỏng sau số lần phún xạ chưa nhiều) - Trong nhiều trường hợp, không cần đến nhiệt độ đế, ln bị đốt nóng Các tạp chất nhiễm từ thành chng, chng hay từ anode lẫn vào màng Phương pháp oxi hóa nhiệt Đây phương pháp sử dụng chủ yếu đề tài để chế tạo màng TiO2từ màng mỏng Ti bốc bay từ hai phương pháp bốc bay nhiệt bốc bay chùm tia điện tử Phương pháp oxi hóa nhiệt phương pháp tạo hợp chất chất với oxi mơi trường khơng khí giàu oxi tác dụng nhiệt độ Chế tạo màng TiO2/CdS ZnO/CdS phương pháp bốc bay nhiệt Các mẫu ITO/Ti sau qua trình xử lý nhiệt trở thành ITO/TiO2 thủy tinh quang học kích thước (1,5x2cm) dùng làm đế, gắn gá đế máy bốc bay nhiệt VHD-30 Các màng ITO/TiO2 khơng trải qua q trình xử lý bề mặt phương pháp hóa học nhằm tránh dư chất màng TiO2 Phương pháp phóng điện lạnh áp dụng để xử lý bề mặt màng ITO/TiO2 q trình bóc bay nhiệt Các điều kiện bốc bay sau: - Vật liệu nguồn CdS đơn tinh thể; - Thuyền điện trở thuyền Volfram; - Áp suất trì thời gian lắng đọng ~10-2Pa; - Nhiệt độ đế trì thời gian bốc 1500C; - Cường độ dòng điện qua thuyền ~60A; - Tốc độ bốc bay đế 3nm/phút; - Đo độ dày chỗ thiết bị đo độ dày dao động thạch anh; - Diện tích phủ CdS 15mm x 8mm Độ dày màng CdS bốc với giá trị từ 10nm 300nm Màng ITO/TiO2/CdS nhận có màu vằng mịn, bám đế tốt II Thực nghiệm chế tạo màng TiO2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chế tạo màng Ti băng phương pháp phún xạ tạo màng TiO2 từ màng Ti (phải viết phương pháp phún xạ) Đế dùng để bốc bay Ti kim loại ITO kích thước 6cm x 6cm tự chế tạo có điện trở khoảng 50Ω/vng, độ truyền qua, độ truyền qua >85% Si kích thước 1cm x 1cm Nguồn vật liệu Ti có độ nguyên chất 99,99% Màng Ti lắng đọng đế Si sử dụng để dùng phép đo đạc SEM, XRD…Việc làm đế ITO trước bốc màng Ti quan trọng Nếu bề mặt ITO có nhiều tạp chất chúng tâm bắt điện tử màng TiO2 chế tạo sau Từ làm giảm hiệu suất linh kiện Các bước làm đế thực sau: Rung siêu âm đế Isopropanol (CH3)2CHOH 30 phút Giai đoạn thứ hai phương pháp phóng điện lạnh (growth dischage) chân khơng thấp thiết bị VHD-30 (Cộng hòa liên bang Đức) áp suất 10-2 torr thời gian 15 phút với điện áp khoảng 50V Lúc Anode đế Cathode, xảy tượng ion hóa khí hay plasma lạnh Khi điện tử ion khí gia tốc điện trường nên thu động lớn Các hạt va chạm vào bề mặt đế làm bật tạp chất khơng mong muốn cịn lại sau qua giai đoạn xử lý phương pháp hóa học Sau đế ITO Si làm sạch, chúng đặt vào đĩa gá đế, cách nguồn vật liệu Ti khoảng 25cm Quá trình lắng đọng tiến hành điều kiện sau: Áp suất trì ~10-5 Torr Nhiệt độ đế: 1200C Cao áp cấp cho súng điện tử: 7,5 kV Dòng Cathode: 8-10A; 10 Dòng Anode: 90-100mA 11 Tốc độ bay 0,15 nm/s 1nm/s 12 Độ dày mày đo thiết bị đo chiều dày dùng dao động thạch anh Kết màng Ti sau lắng đọng đo truyền qua gần không, bề mặt mịn, mầu đen Tiếp theo chế tạo màng TiO2 phương pháp oxy hóa nhiệt LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các màng Ti bốc bay đế ITO, Si đưa vào ủ nhiệt không khí Tốc độ gia nhiệt 50C/phút Để nguội tự nhiên Chế tạo màng TiO2 phương pháp phún xạ màng TiO2 oxy hóa nhiệt Đế dùng để bốc bay TiO2 ITO kích thước 6cm x 6cm chúng tơi tự chế tạo có điện trở khoảng 50Ω/vng, độ truyền qua, độ truyền qua >85% Nguồn vật liệu TiO2 có độ nguyên chất 99,99% Màng TiO2 lắng đọng đế ITO sử dụng để dùng phép đo đạc SEM, XRD…Việc làm đế ITO trước bốc màng TiO2 quan trọng Nếu bề mặt ITO có nhiều tạp chất chúng tâm bắt điện tử màng TiO2 chế tạo sau Từ làm giảm hiệu suất linh kiện Các bước làm đế thực sau: Rung siêu âm đế Isopropanol (CH3)2CHOH 30 phút Giai đoạn thứ hai phương pháp phóng điện lạnh (growth dischage) chân khơng thấp thiết bị VHD-30 (Cộng hòa liên bang Đức) áp suất 10-2 torr thời gian 15 phút với điện áp khoảng 50V Lúc Anode đế Cathode, xảy tượng ion hóa khí hay plasma lạnh Khi điện tử ion khí gia tốc điện trường nên thu động lớn Các hạt va chạm vào bề mặt đế làm bật tạp chất không mong muốn lại sau qua giai đoạn xử lý phương pháp hóa học Sau đế ITO Si làm sạch, chúng đặt vào đĩa gá đế, cách nguồn vật liệu Ti khoảng 25cm Quá trình lắng đọng tiến hành điều kiện sau: Áp suất trì ~10-5 Torr Nhiệt độ đế: 1200C Cao áp cấp cho súng điện tử: 7,5 kV Dòng Cathode: 8-10A; Dòng Anode: 90-100mA Tốc độ bay 0,15 nm/s 1nm/s Độ dày mày đo thiết bị đo chiều dày dùng dao động thạch anh Kết màng Ti sau lắng đọng đo truyền qua gần không, bề mặt mịn, mầu đen LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tiếp theo chế tạo màng TiO2 phương pháp oxy hóa nhiệt Các màng TiO2 bốc bay đế ITO đưa vào ủ nhiệt khơng khí Tốc độ gia nhiệt 50C/phút Để nguội tự nhiên III Kết thực nghiệm Trong phần này, chúng tơi trình bày kết nghiên cứu cấu trúc, hình thái học, tính chất quang, tính chất điện tính chất quang điện hóa màng TiO2 chế tạo phương pháp bốc bay chùm tia điện tử bốc bay nhiệt kết hợp với xử lý nhiệt Đặc điểm cấu trúc hình thái học màng TiO2 a) Đặc điểm cấu trúc màng TiO2 Tấm ITO dùng làm đế để lắng đọng màng Ti phương pháp phún xạ, trình xử lý nhiệt nhiệt 4500C tiếng (thổi khí Oxi)… Màng TiO2 chế tạo phương pháp phún xạ lắng đọng màng Ti đế ITO Tiếp theo trình xử lý nhiệt nhiệt độ 4500C ngồi khơng khí mơ tả phần Các kết nghiên cứu cấu trúc giản đồ nhiễu xạ tia X hình LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Từ giản đồ nhiễu xạ tia X hình chúng tơi thấy màng Ti sau q trình ủ nhiệt có đỉnh nhiễu xạ góc theta: 25,210; 37,800 ; 48,040; 53,800; 62,610 ứng với họ mặt phẳng (101); (004); (200); (105); (211); (204) đối chiếu với thẻ chuẩn 211272 TiO2 pha anatase Các đỉnh lại thể đế ITO Hầu hết đỉnh nhiễu xạ có cường độ thấp có độ bán rộng lớn Điều chứng tỏ màng TiO2 hình thành dạng nano tinh thể Kích thước hạt nano tinh thể vào khoảng 23nm Như phương pháp phún xạ kết hợp với trình xử lý nhiệt , chế tạo màng TiO2 đơn pha anatase cấu trúc nano LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình ảnh SEM bề mặt mẫu màng TiO2 sau xử lý nhiệt màng Ti lắng đọng tốc độ 5nm/s Nhiệt độ ủ 4500C từ hình ta thấy mẫu có kích thước hạt vào khoảng 25nm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình ảnh SEM mặt cắt ngang mẫu TiO2 nhận sau xử lý nhiệt mẫu Ti lắng đọng tốc độ 5nm nhiệt độ 4500C, từ hình chúng tơi nhận thấy màng TiO2 có độ dày 200nm có độ xốp cao LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... điện hóa màng TiO2 chế tạo phương pháp bốc bay chùm tia điện tử bốc bay nhiệt kết hợp với xử lý nhiệt Đặc điểm cấu trúc hình thái học màng TiO2 a) Đặc điểm cấu trúc màng TiO2 Tấm ITO dùng làm... màng Ti bốc bay đế ITO, Si đưa vào ủ nhiệt khơng khí Tốc độ gia nhiệt 50C/phút Để nguội tự nhiên Chế tạo màng TiO2 phương pháp phún xạ màng TiO2 oxy hóa nhiệt Đế dùng để bốc bay TiO2 ITO kích... Ti bốc bay từ hai phương pháp bốc bay nhiệt bốc bay chùm tia điện tử Phương pháp oxi hóa nhiệt phương pháp tạo hợp chất chất với oxi mơi trường khơng khí giàu oxi tác dụng nhiệt độ Chế tạo màng