BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ KIỀU DIỄM PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU ÔXÍT THIẾC ỨNG DỤNG CHO ĐIỆN CỰC TRONG SUỐT SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LẮNG ĐỌNG ĐƠN LỚP NGUYÊN TỬ Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN Ch[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN NGUYỄN THỊ KIỀU DIỄM PHÁT TRIỂN VẬT LIỆU ƠXÍT THIẾC ỨNG DỤNG CHO ĐIỆN CỰC TRONG SUỐT SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LẮNG ĐỌNG ĐƠN LỚP NGUYÊN TỬ Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 Người hướng dẫn: TS NGUYỄN VIẾT HƯƠNG TS LÊ THỊ NGỌC LOAN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài: “Phát triển vật liệu ơxít thiếc ứng dụng cho điện cực suốt sử dụng công nghệ lắng đọng đơn lớp nguyên tử áp suất khí quyển” cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn TS Nguyễn Viết Hương – Trường Đại học Phenikaa TS Lê Thị Ngọc Loan – Trường Đại học Quy Nhơn Các số liệu kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Bình Định, ngày … tháng … năm 2022 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Kiều Diễm LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu hồn thiện đề tài: “Phát triển vật liệu ơxít thiếc ứng dụng cho điện cực suốt sử dụng công nghệ lắng đọng đơn lớp nguyên tử áp suất khí quyển”, tơi nhận hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình từ phía nhà trường thầy cô giáo Lời cho phép xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới TS Nguyễn Viết Hương – Trường Đại học Phenikaa TS Lê Thị Ngọc Loan – Trường Đại học Quy Nhơn - thầy, cô giáo đầy tâm huyết với công việc – người trực tiếp hướng dẫn, hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt từ vật chất đến tinh thần Đó sở giúp thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Quy Nhơn Trường Đại học Phenikaa tạo điều kiện sở vật chất, xây dựng kiến thức Quý thầy cô giáo Khoa Khoa học tự nhiên Trường Đại học Quy Nhơn Trường Đại học Phenikaa, Giáo sư, Phó Giáo sư, Tiến sĩ ngồi nước tham gia giảng dạy hướng dẫn tơi đến với đường nghiên cứu khoa học Một số kết phép đo ảnh SEM đề tài đo Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp cao học Vật lý chất rắn niên khóa 2020-2022 giúp đỡ nguồn động viên để tơi hồn thành tốt khóa học Hơn nữa, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp ln hậu phương vững chắc, ln quan tâm, khích lệ tinh thần tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn này! Về thân, tơi cố gắng nhiều thời gian thực luận văn cịn hạn chế kiến thức thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên khơng tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận thơng cảm ý kiến đóng góp quý báu từ quý thầy cô để luận văn hồn thiện Bình Định, ngày … tháng … năm 2022 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Kiều Diễm MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU…………………………………………………………………… Chương 1: TỔNG QUAN 11 1.1 Giới thiệu oxit thiếc cấu trúc nano 11 1.1.1 Oxit thiếc (SnO2) 11 1.1.1.1 Cấu trúc tinh thể SnO2 11 1.1.1.2 Cấu trúc vùng lượng SnO2 12 1.1.1.3 Tính chất tinh thể SnO2 13 1.1.2 Vật liệu SnO2 – Vật liệu oxit kim loại suốt dẫn điện 14 1.2 Kỹ thuật chế tạo màng mỏng phương pháp khảo sát mẫu 16 1.2.1 Phát triển màng mỏng oxit thiếc công nghệ lắng đọng đơn lớp nguyên tử áp suất khí (AP-SALD) 16 1.2.1.1 Tổng quan AP-SALD 16 1.2.1.2 Hệ thống AP-SALD Trường Đại học Phenikaa 24 1.2.1.3 Hệ phức hợp ALD-CVD Trường Đại học Phenikaa 25 1.2.2 Một số phương pháp khảo sát mẫu 26 1.2.2.1 Các phép đo điện Van der Pauw 26 1.2.2.2 Các phép đo cấu trúc tính chất màng 32 1.2.2.3 Đo độ truyền qua UV-Vis 39 1.3 Mô đầu phun khí AP-SALD 41 1.3.1 Khái quát chung Comsol Multiphysics 41 1.3.2 Nguyên lý hoạt động phần mềm Comsol Multiphysics 42 CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 45 2.1 Đầu phun khí AP-SALD Comsol Multiphysics 45 2.2 Thực nghiệm 48 2.2.1 Hóa chất thiết bị chế tạo mẫu 48 2.2.1.1 Hóa chất 48 2.2.1.2 Thiết bị 48 2.2.2 Quy trình thực nghiệm 48 2.2.2.1 Chuẩn bị đế 48 2.2.2.2 Chế tạo màng mỏng SnO2 công nghệ lắng đọng đơn lớp nguyên tử áp suất khí (AP-SALD) 49 2.2.2.3 Khảo sát ảnh hưởng tốc độ tiếp xúc tiền chất với bề mặt đế ……………………………………………………………….50 2.2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách đầu phun bề mặt đế lên màng mỏng 51 2.2.2.5 Nung ủ màng SnO2 môi trường chân không 52 2.2.2.6 Nung ủ màng SnO2 môi trường Hydro 53 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 Ảnh hưởng thay đổi khoảng cách đầu phun bề mặt đế 55 3.2 Ảnh hưởng vận tốc đế 67 3.3 Kết đo màng mỏng SnO2 công nghệ lắng đọng đơn lớp nguyên tử áp suất khí (AP-SALD) 72 3.4 Khảo sát tính chất màng mỏng xử lý nhiệt độ hệ phức hợp ALD-CVD môi trường khác 75 3.4.1 Nung ủ màng mỏng môi trường chân không 75 3.4.2 Nung ủ màng mỏng môi trường hydro 78 3.5 Kết hình thái, cấu trúc vật liệu tính chất điện màng 81 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 88 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt ALD Tên đầy đủ Nghĩa tiếng việt Atomic layer deposition Lắng đọng đơn lớp nguyên tử AP-SALD Atmospheric spatial CVD pressure Lắng đọng đơn lớp layer nguyên tử áp suất khí atomic deposition Chemical Vapor Deposition Phương pháp lắng đọng hóa học DEZ Diethylzinc Kẽm liên kết với hai nhóm etyl FTO Fluorine-doped Tin Oxide Oxit thiếc pha tạp với Flour Gap Gap Khoảng cách đầu phun bề mặt đế ITO Indium Tin Oxide Oxit thiếc Indium sccm Standard cubic centimetres Lưu lượng dịng khí per minute Sn(acac)2 Tin (II) acetylacetonate Thiếc (II) acetylacetonate 10 TCOs Transparent conductive Oxit kim loại suốt oxides dẫn điện 11 PL Photoluminescence Phổ huỳnh quang 12 UV-Vis Ultraviolet-Visible Tử ngoại – khả kiến 13 XRD X-ray Difraction Nhiễu xạ tia X DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Minh họa sơ đồ của: a) lắng đọng đơn lớp nguyên tử (ALD) TiN dựa TiCl4 NH3 tương ứng tiền chất Titan (Ti) tiền chất Nitơ (N) [5], b) lắng đọng đơn lớp nguyên tử từ pha áp suất khí (AP-SALD) với tiền chất (MP), H2O khí trơ N2 [6] Hình Minh họa sơ đồ của: a) sơ đồ 3D đầu phun khí AP- SALD điển hình [12]; b) mơ chế tạo đầu phun khí AP-SALD cơng nghệ in 3D [13] Hình Ơ đơn vị SnO2 với nhóm khơng gian P42/mnm (# 136) với 11 trục c hướng lên Lưu ý cấu trúc tứ giác a = b (vàng = Sn, đỏ = O) [14] Hình Cấu trúc vùng lượng SnO2 – cấu trúc Rutile [17] 12 Hình Biểu đồ lượng hình thành (formation energy) 14 khuyết tật điểm SnO2 phụ thuộc vào vị trí mức lượng Fermi (EF): a) khuyết tật nội tại, b) khuyết tật ngoại nguyên tố pha tạp [21] Hình Một số ứng dụng vật liệu dẫn điện suốt: a) 16 hình cảm ứng, b) hình OLEDs, LCDs uốn dẻo, c) kính thơng minh electrochromic, d) pin mặt trời uốn dẻo, e) màng mỏng sưởi suốt (Nguồn: internet) Hình Minh họa: Hình a) b) sơ đồ biểu diễn trình CVD ALD; Hình ảnh SEM hiển thị c) d) SiO2 lắng đọng đế Silic cách tăng cường Plasma 17 ... triển vật liệu ơxít thiếc ứng dụng cho điện cực suốt sử dụng công nghệ lắng đọng đơn lớp nguyên tử áp suất khí quyển? ?? Trong đề tài này, kết hợp nghiên cứu lý thuyết, mơ tính tốn, với cơng nghệ. .. học tập, nghiên cứu hồn thiện đề tài: ? ?Phát triển vật liệu ơxít thiếc ứng dụng cho điện cực suốt sử dụng công nghệ lắng đọng đơn lớp ngun tử áp suất khí quyển? ??, tơi nhận hướng dẫn giúp đỡ nhiệt...LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài: ? ?Phát triển vật liệu ơxít thiếc ứng dụng cho điện cực suốt sử dụng công nghệ lắng đọng đơn lớp ngun tử áp suất khí quyển? ?? cơng trình nghiên cứu riêng hướng