Untitled TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 19, SOÁ T5 2016 Trang 137 Chế tạo và khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến tính chất quang và điện của màng dẫn điện trong suốt SnO2 Ga (GTO) loại p được chế[.]
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ T5- 2016 Chế tạo khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất quang và điện của màng dẫn điện suốt SnO2:Ga (GTO) loại p chế tạo phương pháp phún xạ magnetron DC Đặng Hữu Phúc Phạm Văn Nhân Lê Văn Hiếu Lê Trấn Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM (Bài nhận ngày 29 tháng 08 năm 2015, nhận đăng ngày 02 tháng 12 năm 2016) TÓM TẮT Màng SnO2 pha tạp Ga (GTO) chế tạo từ bia gốm hỗn hợp (SnO2 + Ga2O3) phương pháp phún xạ magnetron DC khí Ar áp suất 4.10-3 torr Ảnh nhiễu xạ tia X (XRD), phương pháp đo Hall Van Der Pauw phổ truyền qua UV- Vis sử dụng để khảo sát đặc trưng màng Màng GTO lắng đọng trực tiế p theo nhiê ̣t độ đế từ nhiê ̣t độ phòng đến 400 oC để khảo sát ảnh hưở ng của nhiê ̣t độ đến tính chất quang và điê ̣n, cấ u trúc tinh thể màng Sau đó màng GTO được lắ ng đọng ở nhiê ̣t độ đế 400 oC và được ủ ở các nhiê ̣t độ cao Từ khóa: phún xạ magnetron DC, GTO, loại p để khắc phục tượng bù hai loại hạt tải Tính chất điện loại p màng GTO khẳng định đặc trưng I-V tiếp xúc dị thể pGTO/n-Si Kết cho thấy, màng GTO có tính chất điện loại n nhiệt độ đế 400 oC, không dẫn điện nhiệt độ đế 400 oC có tính chất điện loại p tốt với điện trở suất 0,63 .cm, độ linh động 3,01 cm2V-1s-1, nồng độ lỗ trống 3,3×1018 cm-3, nhiệt độ ủ tối ưu 550 oC Màng GTO có cấu trúc tinh thể bốn phương rutile màng SnO2 có độ truyền qua 80 % MỞ ĐẦU Oxide thiếc (SnO2) vật liệu dẫn điện suốt quan trọng, nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu tính chất hóa lý trội có độ rộng vùng cấm lớn (3,6–4,3 eV), dẫn điện tốt, độ truyền qua cao vùng ánh sáng khả kiến, không độc hại, dư thừa tự nhiên, bền nhiệt giá thành thấp Tính chất vật lý SnO2 điều chỉnh theo nhu cầu ứng dụng cách pha tạp cation galium (Ga) [8, 10], Indium (In) [4], alumium (Al) [5], Zinc (Zn) [6], antimony (Sb) [1], tantalum (Ta) [2] hay anion fluoride (F) [3]…Tùy thuộc vào loại tạp pha vào (donor hay acceptor), SnO2 đóng vai trị dẫn điện loại n hay loại p Cho đến thời điểm tại, vật liệu SnO2 pha tạp loại n nghiên cứu rộng rãi đạt kết khả quan điện trở suất 10-3-104 .cm độ truyền qua vùng khả kiến 8090 % [1-3], kết ứng dụng làm điện cực suốt pin mặt trời, Leds, Laser diode, cảm biến khí thiết bị quang điện khác Trong SnO2 pha tạp loại p Trang 137 Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016 nghiên cứu năm gần với số lượng cơng trình cịn hạn chế [4-10] Trong SnO2 pha tạp nitrogen (N) [7] đươ ̣c lắng đọng phương pháp phún xạ magnetron RF hỗn hợp khí Ar + N2, kết tốt với nồng độ lỗ trống 1019 cm-3 theo lý thuyết N khó chèn vào mạng lượng hình thành Sn-N cao Sn-O, SnO2 pha tạp Zn đa ̣t đươ ̣c kết nồng độ lỗ trống 1019 cm-3 sai khác bán kính ion Zn2+ Sn4+ nên dễ gây lệch mạng Ngoài kim loại nhóm III Al, Ga, In, Sb pha tạp vào SnO2 góp phần tạo lỗ trống Trong loại tạp nhóm III kể trên, Ga ý nhiều ion Ga3+ Sn4+ có bán kính xấp xỉ (0,62 Å 0,69 Å), nên Ga pha tạp vào SnO2 mà không gây ứng suất lệch mạng đề cập các công trình [4, 6, 7], nhiên thông số chế tạo chưa thật nghiên cứu cách hệ thống chế hình thành lỗ trống chưa rõ ràng bên cạnh lỗ trống hình thành thay tạp vào mạng tồn chế tự bù Hơn đa phần cơng trình sử dụng phương pháp chế tạo phún xạ magnetron RF, phún xạ phản ứng, số sử dụng phương pháp hóa học sol-gel, chưa có cơng trình nghiên cứu phương pháp phún xạ magnetron DC từ bia gốm Vì cơng trình này, màng SnO2 pha tạp Ga (GTO) lắng đọng đế thạch anh từ phương pháp phún xạ magnetron DC từ bia gốm hỗn hợp SnO2 Ga2O3 tính chất quang, điện cấu trúc tinh thể màng khảo sát cách chi tiết nước cất sấy khô trước đưa vào buồng chân không Trước tiến hành phún xạ tạo màng, bia vật liệu tẩy bề mặt phóng điện plasma mơi trường khí argon áp suất khoảng 10-3 Torr thời gian 15 phút Áp suất khí ban đầu đạt 10-5 torr, áp suất làm việc 10-3 torr, công suất phún xạ 15 W khoảng cách bia đế cm Quá trình tạo màng GTO chia thành hai giai đoạn: Giai đoạn đầu, màng GTO lắng đọng trực tiếp với nhiệt độ đế khác Giai đoạn thứ hai, màng GTO lắng đọng 400 o C sau ủ mơi trường Ar theo nhiệt độ đế Độ dày màng xác định phần mềm Scout thông qua phổ truyền qua UV-VIS Các màng có bề dày khoảng 400 nm Cấu trúc tinh thể màng xác định phương pháp nhiễu xạ tia X máy D8–ADVANCE Phổ truyền qua vùng từ 200–1100 nm đo máy UV-Vis Jasco V-530 Tính chất điện xác định phép đo Hall Van der pauw máy đo HMS3000 Đặc trưng I-V tiếp xúc dị thể p-GTO/n-Si khảo sát máy Keithley 2400 Hình Biểu diễn thay Ga3+ vào vị trí Sn4+ hình thành khuyết VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Màng GTO chế tạo phương pháp phún xạ magnetron DC từ bia gốm hỗn hợp (SnO2 Ga2O3), với 15 % phần trăm khối lượng (%wt) Ga2O3, hệ tạo màng Univex 450 Đế làm dung dịch NaOH 10 % acetone để loại bỏ tạp bẩn, rửa Khảo sát tính chất điện màng GTO theo nhiêṭ đô ̣ Trang 138 Theo giản đồ lượng Ellingham [15], lượng tự Gibbs 300 K hình thành Ga2O3 (-158 Kcal) âm so với SnO2 (-125 Kcal), nên khả Ga3+ thay Sn4+ lớn, TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ T5- 2016 cấp nhiệt cho đế trình lắng đọng cần khảo sát với mong muốn tìm lượng Ga chèn vào mạng SnO2 nhiều oxygen vị trí lân cận Vo có độ âm điện lớn, đồng thời tương tác Vo Sn2+ giảm so với tương tác cation Sn4+ anion O2- mạng chủ, hai điện tử Vo dễ dàng rời khỏi vị trí bị bẫy acceptor Ga3+, dẫn đến màng GTO có điện trở vơ lớn nhiệt độ đế 400 o C Trên nhiệt độ tới hạn, tốc độ tái bay nguyên tử bia hấp phụ đế lớn tốc độ lắng đọng màng, nên màng khơng thể hình thành, hạn chế phương pháp chế tạo màng có nhiệt độ đế cao q trình lắng đọng, đại đa số cơng trình chọn giải pháp ủ màng sau chế tạo [4-10] Bảng cho thấy màng SnO2 ln có tính chất dẫn điện loại n lắng đọng theo nhiệt độ đế Trong màng GTO có tính chất dẫn điện loại n nhiệt độ đế 400 oC trở nên không dẫn điện 400 oC ( nhiệt độ tạm gọi nhiệt độ tới hạn) Điều tượng bù hạt tải dương acceptor Ga3+ hạt tải âm khuyết oxygen (Vo) lân cận sinh từ thay Ga3+ vị trí Sn4+ (Hình 1), Bảng Kết đo Hall màng SnO2 màng GTO làm từ bia chứa 15 % Ga2O3 lắng đọng theo nhiệt độ đế T (oC) 200 ρ (.cm) 1,0 Màng SnO2 µ n/p (cm2V-1s-1) (cm-3) Loại hạt tải ρ (.cm) 2,40 1,391 -4,5×10 18 18 n 0,70 n 300 3,5 0.519 -3,4×10 400 0,5 2.217 -5,2ì1018 n 0,52 Mng GTO n/p (cm2V-1s-1) (cm-3) 2,62 -1,0×1018 Loại hạt tải n 4,66 -2,6×1018 n 2,94 18 n -2,1×10 Bảng Kết đo Hall màng SnO2 màng GTO làm từ bia chứa 15 % Ga2O3 lắng đọng 400 oC sau ủ 500 oC, 550 oC, 600 oC giờ môi trường Ar Màng SnO2 Màng GTO T ( C) ρ (.cm) µ (cm V-1s-1) n/p (cm-3) 500 19,5 1,78 -1,86×1017 Loại hạt tải n 550 56,2 1,84 -6,05×1016 n 1,91 17 o 600 7,06 -4,63×10 Bảng cho thấy màng SnO2 có nồng độ hạt tải âm giảm dần bù donor tự nhiên với lỗ trống acceptor Sn3+ ( pha Sn2O3) nhiệt độ ủ ≤ 550 oC Nồng độ hạt tải dương tăng theo nhiệt độ ủ, tương ứng với điện trở suất màng GTO giảm đạt điện trở suất (ρ) nhỏ Ω.cm nhiệt độ ủ 550 ºC, nồng độ lỗ trống n ρ (.cm) (cm V-1s-1) n/p (cm-3) 40,9 3,82 3,69ì1016 Loi hạt tải p 9,0 0,43 1,60×1018 p 3,01 17 n 3,3 -6,33×10 màng GTO tăng ngồi đóng góp acceptor Ga3+ cịn có acceptor Sn3+ Tuy nhiên nhiệt độ ủ lớn 550 ºC, màng GTO lại có tính chất dẫn điện loại n tốc độ sinh hạt tải âm tự nhiên lớn tốc độ sinh hạt tải dương, điều hoàn toàn tương ứng với nồng độ điện tử màng SnO2 tăng lên nhiệt độ Trang 139 Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016 Bảng Kết đo Hall màng GTO lắng đọng 400 oC sau ủ lên 550 oC ủ mơi trường khí Ar Thời gian (giờ) ρ (.cm) µ (cm2V-1s-1) n/p (cm-3) Loại hạt tải 9,0 0,43 1,6×1018 p 0,63 3,01 3,3×1018 p Để tìm điều kiện tối ưu theo thời gian ủ nhiệt độ 550 oC, màng GTO ủ Kết cho thấy điện trở suất giảm từ 9,0 .cm xuống 0,63 .cm (Bảng 3) Điện trở suất giảm đóng góp đồng thời acceptor Ga3+, Sn3+ độ linh động lỗ trống tăng Ngoài nhiệt độ ủ tối ưu tìm được, cần kiểm chứng kết đạt chế bù hai loại hạt tải hay nhiệt độ lắng đọng, màng GTO cần khảo sát theo nhiệt độ lắng đọng từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ tới hạn (400 oC), sau ủ 550 oC giờ Bảng Kết đo Hall màng GTO lắng đọng tp, 300 oC, 400 oC 450 oC sau ủ lên 550 oC giờ mơi trường khí Ar Tên mẫu ρ (Ω.cm) µ (cm2V-1s-1) n/p (cm-3) Loại hạt tải GTO GTO 300 oC GTO 400 oC 140 9,0 2,38 0,43 1,87×1016 1,60×1018 p p Bảng cho thấy màng GTO có nồng độ lỗ trống cao nhiệt độ lắng đọng tới hạn, điều chèn Ga3+ vào vị trí Sn4+ tăng theo nhiệt độ lắng đọng, nên nhiệt độ ủ nhau, chế lấp khuyết nhau, số lỗ trống cao màng lắng đọng nhiệt độ tới hạn hoàn toàn hợp lý; đặc biệt màng lắng đọng nhiệt độ phòng có điện trở suất vơ cùng, chứng minh Ga3+ chưa chèn vào vị trí Sn4+, nên sau chế bù hạt tải xảy ra, màng khơng có hạt tải đại đa số Để xác định tính chất điện loại p màng GTO, màng lắng đọng đế nSi với điều kiện tối ưu khảo sát Đặc trưng I-V tiếp xúc dị thể p-GTO/n-Si trình bày Hình 2A Từ đường cong Hình 2A cho tỷ số dòng chỉnh lưu phần thuận phần nghịch V 158, mở 1,78 V dòng rò nghịch Trang 140 3,8.10-5 A -5 V Đặc trưng chỉnh lưu chứng minh có hình thành tiếp giáp p-GTO/nSi Mơ tả tốn học dịng qua tiếp giáp p-n cung cấp phương trình diode Shockley I=I0exp(qV/nKT-1), n hệ số lý tưởng xác định từ đồ thị log(I/Io)-V Hình 2B Kết cho thấy đặc trưng ba vùng tuyến tính khác phụ thuộc vào n: vùng (0,7–2,5 V, n= 3,4) vùng đặc trưng chỉnh lưu khơng hồn tồn lý tưởng ngồi dịng giới hạn điện tích khơng gian cịn có tồn bẫy điện tử vùng nghèo Vùng (2,5–4,5 V, n= 2,6) vùng đặc trưng chỉnh lưu tiếp giáp p-n gần lý tưởng bẫy vùng nghèo tiệm cận đến giới hạn lấp đầy Vùng (4,5–10 V, n= 2,0) vùng đặc trưng điện trở series thiết bị hạt tải đa số khuếch tán qua tiếp giáp từ lớp n sang lớp p TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ T5- 2016 e6 2.5x10-2 2.0x10-2 e5 -2 I Ln(I/Io) 1.5x10 1.0x10-2 Vùng n=3,4 e4 Vùng n=2,6 5.0x10-3 e3 Vùng n=2,0 1.78 0.0 -10 -5 10 V V 10 Hình Đặc trưng I-V màng p–GTO/n–Si A) ̣ I-V và B) ̣ log(I/Io)-V Khảo sát cấu trúc tinh thể màng GTO theo nhiêṭ ̣ C 80 B SnO2(110) A SnO2(211) Cường độ nhiễu xạ tia X (CPS) 40 d - 4000C 40 20 c - 3000C 30 SnO2(002) SnO2(111) b - 2000C 15 40 a - 20 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Hình Phổ nhiễu xạ tia X màng A) SnO2 B) GTO lắng đọng theo nhiệt độ đế Hình 3A 3B biểu diễn ảnh nhiễu xạ tia X màng SnO2 GTO lắng đọng theo nhiệt độ đế Kết cho thấy màng SnO2 vơ định hình nhiệt độ phịng (tp) tinh thể nhiệt độ đế 200 oC với cấu trúc tứ giác rutile SnO2 (JCPDS No 41-14445) bao gồm mặt mạng SnO2 (002) (111), đặc biệt màng tinh thể cao nhiệt độ đế 400 oC với hai mặt mạng SnO2 (110) (211), mặt (110) phát triển mạnh số lượng ion Sn4+ tăng lên lượng ion Sn2+ bị oxy hóa thành Sn4+ Mặt (110) gọi mặt oxy hóa cơng trình [20] đề cập Trong đó, màng GTO tinh thể nhiệt độ đế 300 oC, với mặt mạng (101) chiếm ưu thế, sự thay đổ i mă ̣t (110) thành mặt (101) sự thay tạp Ga3+ vào vị trí Sn 4+ tương tự sự thay thế Sn 4+ bởi Sn 2+ đươ ̣c giải thić h cơng trình [20] Sự thay Ga3+ vào vị trí Sn4+ rõ ràng nhiệt độ đế cao 300 oC, thể qua mặt (101) có cường độ nhiễu xạ cao Trang 141 Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016 SnO2 70 Cường độ nhiễu xạ tia X (CPS) BB (101) A 35 c - 4000C uû 6000C 70 SnO2 35 Sn2O3 SnO2 (030) (111) (211) b - 4000C uû 5500C 70 a - 4000C uû 5000C Sn2O3 35 SnO2 (021) SnO2 (002) 20 30 40 50 (301) 60 70 Hình Phổ nhiễu xạ tia X màng A) SnO2, B) GTO lắng đọng 400oC sau ủ theo nhiệt độ SnO2 Cường độ nhiễu xaï tia X (CPS) 70 (101) Sn2O3 35 (030) SnO2 SnO2 (111) (211) c - 4000C uû 5500C 40 20 b - 3000C uû 5500C SnO2 (110) 40 a - uû 5500C 20 20 30 40 50 60 70 Hình Phổ nhiễu xạ tia X màng GTO lắng đọng 400 oC sau ủ 555 oC Hình 4A 4B trình bày cấu trúc tinh thể màng SnO2 màng GTO lắng đọng nhiệt độ tới hạn, ủ lên nhiệt độ cao Kết cho thấy màng SnO2 có cấu trúc tứ giác rutile SnO2 (JCPDS No 41-14445), với hướng phát triển theo thứ tự ưu tiên (110) (211), mặt tăng dần theo nhiệt độ ủ số lượng ion Sn2+ bị oxy hóa thành Sn4+ tăng, nhiệt độ ủ đạt 550 oC, mặt mạng Sn2O3 (231) xuất phân ly SnO2 Trong màng GTO có mặt mạng (101) chiếm ưu tất nhiệt độ ủ, đồng thời pha Sn2O3 xuất với mặt mạng (021) nhiệt độ ủ 500 oC (030) nhiệt độ ủ 550 ºC Điều giải thích Trang 142 Hình Phổ nhiễu xạ tia X màng GTO lắng đọng tp, 300 oC, 400 oC sau ủ lên 550 oC 1giờ mơi trường khí Ar nhiệt độ ủ tăng từ 500 oC lên 550 oC, Ga3+ chèn vào mạng SnO2 đáng kể, cường độ đỉnh SnO2 (101) phát triển mạnh, đồng thời lượng tỏa làm phân ly SnO2 thành Sn2O3, lượng đóng góp vào chuyển từ mặt Sn2O3 (021) thành mặt Sn2O3 (030) Năng lượng giải phóng góp phần làm oxy hóa Sn2O3 hồn tồn thành SnO2, làm cho số lỗ trống tự nhiên Sn3+ biến mất, đồng thời khuyết oxygen dương 𝑉𝑂 xuất nhiều bù với lỗ trống có từ acceptor Ga3+ nhiệt độ ủ 600 ºC Hình biểu diễn ảnh nhiễu xạ tia X màng GTO lắng đọng nhiệt độ tới hạn, sau ủ 550 ºC Kết cho TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ T5- 2016 thấy màng GTO ủ tinh thể so với màng ủ giờ, điều thể qua cường độ nhiễu xạ mặt SnO2 (101), Sn2O3 (030) màng ủ tăng chút so với màng ủ Hình biểu diễn phổ nhiễu xạ tia X màng GTO lắng đọng theo nhiệt độ từ đến 400 oC, sau màng ủ nhiệt độ 550 ºC giờ, kết cho thấy cường độ nhiễu xạ đỉnh SnO2 (101) tăng theo nhiệt độ lắng đọng, Ga3+ chèn vào vị trí nút mạng Sn4+ màng GTO tăng Như nồng độ hạt tải dương tăng thay Ga3+ vào vị trí Sn4+ trình lắng đọng lẫn trình ủ Tuy nhiên, màng lắng đọng nhiệt độ phịng có cấu trúc tinh thể kém, Ga3+ ngồi nút mạng SnO2 hình thành nên đám Ga2O3 dạng vơ định hình, xen lẫn với pha SnO2 Khảo sát tính chất quang màng GTO theo nhiêṭ đô ̣ A 100 80 60 200 300 400 Thaïch anh 40 20 200 B 80 Độ truyền qua ( T% ) Độ truyền qua ( T% ) 100 Hình 7A 7B biểu diễn phổ truyền qua vùng bước sóng 200–1100 nm màng SnO2 GTO lắng đọng theo nhiệt độ đế khí Ar Kết cho thấy nhiệt độ phịng, bờ hấp thu dịch phía bước sóng dài, điều chứng tỏ mức acceptor Sn2+ tâm sâu nên hấp thụ phần ánh sáng khả kiến có bước sóng nhỏ 450 nm đề cập cơng trình [18, 19] Trong màng GTO có có bờ hấp thu dịch bước sóng ngắn điều Ga3+ chèn vào vị trí nút mạng Sn4+, làm giải phóng lượng, cung cấp cho acceptor Sn2+ chuyển thành Sn4+ Khi nhiệt độ đế 200 ºC, pha SnO nhận đủ lượng chuyển dần thành SnO2 bờ hấp thụ dịch vùng bước sóng ngắn Trong tượng dịch bờ hấp thu khơng xảy màng GTO, có độ truyền qua màng tăng lên đóng góp lượng nhiệt, khẳng định pha SnO chuyển hoàn toàn thành SnO2, bờ hấp thu thẳng đứng 400 600 800 1000 1200 Bước sóng (nm) 60 200 300 400 Thaïch anh 40 20 200 400 600 800 1000 1200 Bước sóng (nm) Hình Phổ truyền qua màng A) SnO2 B) GTO lắng đọng theo nhiệt độ đế Hình 8A 8B, biểu diễn phổ truyền qua vùng bước sóng 200–1100 nm màng SnO2 màng GTO lắng đọng 400 ºC sau ủ theo nhiệt độ khí Ar Kết cho thấy độ truyền qua màng SnO2 ủ nhiệt độ khác gần xấp xỉ 80 % Trong đó, độ truyền qua màng GTO 80 % nhiệt độ ủ 500 oC, độ truyền qua màng giảm nhiệt độ ủ lớn 500 o C, bậc tinh thể màng tăng phù hợp với cấu trúc tinh thể màng trình bày mục Hình 4B Trang 143 Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016 100 100 60 400 uû 500 400 uû 550 400 uû 600 40 20 200 400 600 800 1000 80 Độ truyền qua ( T% ) 80 Độ truyền qua ( T% ) B A 60 400 uû 500 400 uû 550 400 uû 600 40 20 200 1200 400 600 800 1000 1200 Bước sóng (nm) Bước sóng (nm) Hình Phổ truyền qua màng A) SnO2 B) GTO lắng đọng 400 oC sau ủ giờ theo nhiệt độ khí Ar Hình biểu diễn phổ truyền qua màng GTO lắng đọng 400 ºC sau ủ lên 550 ºC mơi trường khí Ar, cho thấy độ truyền qua màng GTO ủ thấp màng ủ giờ, điều hoàn toàn phù hợp với phát triển tinh thể màng trình bày Hình 4A Hình 10 biễu diễn phổ truyền qua màng GTO lắng đọng nhiệt độ, ủ 550 C giờ Kết cho thấy độ truyền qua màng giảm dần theo độ tinh thể màng tăng, có giá trị thấp nhiệt độ lắng đọng 400 oC tương ứng với màng tinh thể cao đề cập Hình Kết cho thấy độ tinh thể màng không phụ thuộc vào nhiệt độ ủ sau mà phụ thuộc vào nhiệt độ lắng đọng o 100 80 80 400 uû 550 - 1h 400 uû 550 - 2h 60 40 20 200 400 600 800 1000 1200 Bước sóng (nm) Hình Phổ truyền qua màng GTO lắng đọng 400 oC sau ủ 550 oC KẾT LUẬN Bài báo ảnh hưởng nhiệt độ đến tính chất quang điện cấu trúc màng GTO, điện trở màng dẫn điê ̣n vô lớn nhiệt độ đế 400 oC dẫn điện loại n ở nhiê ̣t đô ̣ đế dưới 400 o C Màng GTO đ ạt tính chất điện loại p tốt lắng đọng 400 oC ủ nhiệt độ tối ưu 550 oC hai với điện trở suất, Trang 144 Độ truyền qua ( T% ) Độ truyền qua ( T%) 100 60 ủ 550 300 uû 550 400 uû 550 40 20 200 400 600 800 1000 1200 Bước sóng (nm) Hình 10 Phổ truyền qua màng GTO lắng đọng tp, 300 oC và 400 oC sau ủ lên 550 oC giờ mơi trường khí Ar nồng độ lỗ trống động linh động hạt tải tương ứng 0,63 Ω.cm, 3,3.1018 cm-3, 3,01 cm2V-1s-1 Màng GTO tạo có cấu trúc đa tinh thể rutile, định hướng tốt theo phương (101) 300 oC Độ truyền qua màng vùng khả kiến 80 %, kết đáp ứng tiêu chuẩn màng dẫn điện suốt Đặc trưng I-V màng GTO chế tạo TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 19, SỐ T5- 2016 điều kiện tối ưu đế loại n Sillic cho đặc trưng chỉnh lưu với hệ số lý tưởng n=2,6 mở Von = 1,78 V Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh khuôn khổ đề tài mã số C2014-18-27 Fabricating and investigating the influence of the temperature on electrical and optical properties of the p-type SnO2:Ga (GTO) thin films prepared by DC magnetron sputtering Dang Huu Phuc Pham Van Nhan Le Van Hieu Le Tran University of Science, VNU-HCM ABSTRACT Transparent Ga-doped tin oxide (GTO) thin films were fabricated on quartz glasses from (SnO2 + Ga2O3) mixture ceramic target by direct current (DC) magnetron sputtering in Ar gas at the pressure of 4.10-3torr X ray diffraction (XRD), Hall - effect and UV-vis spectra measurements were performed to characterize the deposited films Films were deposited directly with different temperatures in order to investigate the influence of temperature on their electrical and optical propertises After that GTO films were deposited at 400 oC and then were annealed in Ar gas at different temperature in order to eliminate acceptor and donor compensation Deposited films showed p-type electrical property, polycrystalline tetragonal rutile structure and their average transmittance above 80 % in visible light range at the optimum annealing temperature of 550 oC In addition, ptype conductivity was also confirm by the nonlinear characteristics of a p-type GTO/n Si The best electrical properties of film were obtained on 15 % wt Ga2O3-doped SnO2 target with its resistivity, hole concentration and Hall mobility were 0,63 .cm, 3,3.1018 cm-3 and 3,01 cm2V-1s-1, respectively Keyword: p-type transparent conducting oxide, Ga-doped SnO2 thin film, DC magnetron sputtering, Xray diffraction, photoluminescence TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] F Chen, N Li, Q Shen, C Wang, L Fabrication of transparent Zhang, conducting ATO films using the ATO sintered targets by pulsed Laser deposition, Solar Energy Materials & Solar Cells, 105, 153–158 (2012) [2] Y Muto, S Nakatomi, N Oka, Y Iwabuchi, H Kotsubo, Y Shigesato, Amorphous structure and electrical performance of low temperature annealed amorphous indium zinc oxide transparent thin film transistors, Thin Solid Films, 520, 10, 3746–3750 (2012) [3] Z Remes , M Vanecek, H.M Yates, P Evans, D.W Sheel, Optical properties of SnO2:F films deposited by atmospheric pressure CVD, Thin Solid Films, 517, 23, 6287–6289 (2009) Trang 145 Science & Technology Development, Vol 19, No.T5-2016 [4] Z Ji, Z He, Y Song, K.Liu, Z Ye, Fabrication and characterization of indium doped p-type SnO2 thin films, Journal of Crystal Growth 259, 282–285 (2003) [5] K.Y Park, G.W Kim, Y.J Seo, S.N Heo, H.J Ko, S.H Lee, T.K Song, B.H Koo, Effect of annealing temperature on properties of p-type conducting Al/SnO2/Al multilayer thin films deposited by sputtering, Journal of Ceramic Processing Research, 13, 2, 385–389 (2012) [6] J.M Ni, X.J Zhao, J Zhao, Structural, Electrical and optical properties of p-type transparent conducting SnO2:Zn film, Journal Inorg Organomet Polym, 22–21, 26 (2012) [7] S.S Pan, S Wang, Y.X Zhang, Y.Y Luo, F.Y Kong, S.C Xu, J.M Xu, G.H Li, ptype conduction in nitrogen-doped SnO2 films grown by thermal processing of tin nitride films, Appl Phys A, 109, 267, 271 (2012) [8] F Finanda, Damisih, H.C Ma, H.Y Lee, Characteristics of p-type gallium tin oxide (GTO) thin films prepared by RF magnetron sputtering, Journal of Ceramic Processing Research, 13, 2, 181–185 (2012) [9] Y Huang, Z Ji, C Chen, Preparation and characterization of p-type transparent conducting tin-gallium oxide films, Applied Surface Science, 253, 4819–4822 (2007) [10] T Yang, X Qin, H Wang, Q Jia, R Yu, B Wang, J Wang, K Ibrahim, X Jiang, Q He, Preparation and application in p–n homojunction diode of p-type transparent conducting Ga-doped SnO2 thin films, Thin Solid Films, 518, 5542–5545 (2010) [11] C.Y Tsay, S.C Liang, Fabrication of p-type conductivity in SnO2 thin films through Ga doping, Journal of Alloys and Compounds, 622 , 644–650 (2015) [12] S.N Vidhya, O.N Balasundaram, M Chandramohan, Structural and optical Trang 146 investigations of gallium doped tin oxide thin films prepared by spray pyrolysis, Journal of Saudi Chemical Society, 19, 293–296 (2015) [13] S Pan, G Li, Recent Progress in p-Type Doping and optical properties of SnO2 nanostructures for optoelectronic device applications, Recent Patents on Nanotechnology, 5, 138–161 (2011) [14] Q Mao, Z Ji, L Zhao, Mobility enhancement of p-type SnO2 by In–Ga codoping, Phys Status Solidi B 247, 2, 299– 302 (2010) [15] J Russell, R Cohn, Ellingham Diagram, Book on Demand Ltd (2012) [16] S.S Pan, G.H Li, L.B Wang, Y.D Shen, Y Wang, Atomic nitrogen doping and ptype conduction in SnO2, Applied Physics letter, 95, 222112 (2009) [17] J Ni, X Zhao, X Zheng, J Zhao, B Liu, Electrical, structural, photoluminescence and optical properties of p-type conducting, antimony-doped SnO2 thin films, Acta Materialia, 57, 278–285 (2009) [18] W Guo, L Fu,Y Zhang, K Zhang, L.Y Liang, Z.M Liu, H.T Cao, X.Q Pan, Microstructure, optical, and electrical properties of p-type SnO thin films, Appl Phys Lett, 96, 042113 (2010) [19] P.C Hsu, W.C Chen, Y.T Tsai, Y.C Kung, C.H Chang, C.J Hsu, C.C Wu, H.H Hsieh, Fabrication of p-type SnO thinfilm transistors using sputtering and practical metal electrodes, Japanese Journal of Applied Physics, 52 (2013) [20] J Montero, C Guill´en, C.G Granqvist, J Herrero, G.A Niklasson, Preferential Orientation and surface oxidation control in reactively sputter deposited nanocrystalline SnO2:Sb films: Electrochemical and optical results, ECS Journal of Solid State Science and Technology, 151-153 (2014) ... bù Hơn đa phần cơng trình sử dụng phương ph? ?p chế tạo phún xạ magnetron RF, phún xạ phản ứng, số sử dụng phương ph? ?p hóa học sol-gel, chưa có cơng trình nghiên cứu phương ph? ?p phún xạ magnetron. .. trình này, màng SnO2 pha t? ?p Ga (GTO) lắng đọng đế thạch anh từ phương ph? ?p phún xạ magnetron DC từ bia gốm hỗn h? ?p SnO2 Ga2 O3 tính chất quang, điện cấu trúc tinh thể màng khảo sát cách chi tiết... dị thể p- GTO/n-Si khảo sát máy Keithley 2400 Hình Biểu diễn thay Ga3 + vào vị trí Sn4+ hình thành khuyết VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PH? ?P KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Màng GTO chế tạo phương ph? ?p phún xạ magnetron