Khảo sát sự phụ thuộc của cấu trúc tinh thể và tính chất bề mặt của thanh zinc oxide (zno) trên các loại đế silic

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC CỦA CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT BỀ MẶT CỦA THANH ZINC OXIDE (ZnO) TRÊN CÁC LOẠI ĐẾ SILIC GVHD: TS PHẠM THỊ KIM HẰNG SVTH: VÕ THANH LAN NGUYỄN THỊ THANH TRÚC SKL009106 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 8/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC CỦA CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT BỀ MẶT CỦA THANH ZINC OXIDE (ZnO) TRÊN CÁC LOẠI ĐẾ SILIC GVHD: TS Phạm Thị Kim Hằng SVTH: Võ Thanh Lan MSSV: 18130027 SVTH: Nguyễn Thị Thanh Trúc MSSV: 18130048 Khóa : 2018 Ngành: Cơng nghệ vật liệu Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG - - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC CỦA CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT BỀ MẶT CỦA THANH ZINC OXIDE (ZnO) TRÊN CÁC LOẠI ĐẾ SILIC GVHD: TS Phạm Thị Kim Hằng SVTH: Võ Thanh Lan MSSV: 18130027 SVTH: Nguyễn Thị Thanh Trúc MSSV: 18130048 Khóa : 2018 Ngành: Cơng nghệ vật liệu Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG CỘNG HOA XA HỘI CHỦ NGHIA VIỆT NAM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU Đơc lập – Tư – Hạnh phúc ******* NHẬN XET CỦA GIÁO VIÊN HƯƠNG DÂN Ho tên Sinh viên: Võ Thanh Lan MSSV: 18130027 MSSV: 18130048 Nguyễn Thị Thanh Trúc Ngành: Công nghệ vật liệu Tên đê tài: Khảo sát phụ thuộc cấu trúc tinh thể tính chất bề mặt zinc oxide (ZnO) loại đế Silic Ho tên Giao viên hương dân: Ts Phạm Thị Kim Hằng Cơ quan công tac GV hương dân: Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Địa chỉ: số 1, Võ Văn Ngân, Linh Chiểu, TP Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh NHẬN XET Về nội dung đề tài khối lương thực hiện: - Đề tài tiếp cận hướng ứng dụng nano ZnO - Sinh viên thực vừa đủ cho khóa luận tốt nghiệp Tinh thần học tập, nghiên cứu sinh viên: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đồng ý Điểm: 9.2 (Bằng chư: Chín hai ) Tp Hơ Chi Minh, 25 thang 08 năm 2022 Giáo viên hướng dân Phạm Thị Kim Hằng i KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG CỘNG HOA XA HỘI CHỦ NGHIA VIỆT NAM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Đôc lập – Tư – Hạnh phúc ******* NHẬN XET CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Võ Thanh Lan MSSV: 18130027 Nguyễn Thị Thanh Trúc MSSV: 18130048 Ngành: Công nghệ vật liệu Tên đề tài: Khảo sát phụ thuộc cấu trúc tinh thể tính chất bề mặt zinc oxide (ZnO) loại đế Silic Họ tên Giáo viên phản biện: Nguyễn Thụy Ngọc Thủy Cơ quan công tác GV phản biện: ĐH Sư phạm kỹ thuật TP HCM Địa chỉ: Số Võ Văn Ngân, Tp Thủ Đức, Tp HCM NHẬN XET Về nội dung đề tài khối lương thực hiện: Khối lương công việc đạt yêu cầu khóa luận tốt nghiệp ngành Công nghệ vật liệu bậc đại học Sinh viên tạo đươc nano ZnO bề mặt lớp màng ZnO phương pháp phún xạ Ưu điểm: Sinh viên dùng kỹ thuật đo đạc phân tích đại, có độ tin cậy cao Khuyết điểm: Mật độ nano ZnO tạo vân Kiến nghị câu hỏi: Câu hỏi 1: Với mật độ ZnO tạo khả ứng dụng nào? Câu hỏi 2: Khi sử dụng đế SiO2 mật độ ZnO tạo nhiều hơn, sinh viên giải thích sao? Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đề nghị cho sinh viên bảo vệ trước Hội đồng chấm Khóa luận tốt nghiệp Điểm: (Bằng chư: Chín) Tp Hơ Chi Minh, 07 thang 09 năm 2022 Giáo viên phản biện (Ky & ghi ro ho tên) Nguyễn Thụy Ngọc Thủy ii LỜI CẢM ƠN Lời cho phép gửi lời cảm ơn chân thành đến với giảng viên hướng dân đồ án Cô Phạm Thị Kim Hằng Cảm ơn cô đồng hành chúng tôi, kiên nhân hướng dân chi tiết, lắng nghe câu hỏi trả lời tận tình với chúng tơi Và nhờ có cổ vũ nhiệt tình quan tâm chi tiết cô giúp có động lực hồn thành khóa lu cách hồn thiện nhanh chóng đặc biệt tình hình dịch bệnh covid 19 diễn Chúng tơi xin cảm ơn Thầy Huỳnh Hoàng Trung tạo điều kiện tốt để chúng tơi đến phịng thí nghiệm cách sớm sau tình hình dịch kéo dài Bên cạnh khơng ngừng bảo chúng tơi phần kiến thức thiếu sót thực nghiệm, khơng thầy cịn bảo chúng tơi phần kỹ thiếu tác phong làm việc nhanh gọn thời gian làm khóa luận Cùng với đó, chúng tơi gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Lê Văn Qui - Thầy làm việc Đại học Quốc gia Yang-Ming Chiao Tung - Đài Loan Cảm ơn Thầy ủng hộ giúp hiểu đặc điểm thuộc tính vật liệu Chúng tơi gửi lời cảm ơn Thầy Cô khoa Khoa học ứng dụng Bộ Môn Công Nghệ Vật liệu hỗ trơ tạo điều kiện cho chúng tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp Cảm ơn chân thành đến chị Trương Võ Đoan Thanh khóa K17 hỗ trơ chúng tơi cách tận tình theo dõi tiến độ khóa luận chúng tơi Cuối xin cảm ơn bạn bè khóa K18 gia đình người kề cạnh ủng hộ tinh thần thực khóa luận tốt nghiệp cách thành cơng tốt đẹp Xin chân thành cảm ơn iii TÓM TẮT Với độ rộng vùng cấm trực tiếp lớn (3,37 eV), lương liên kết exciton lớn (60 meV), độ ổn định nhiệt hóa học tuyệt vời, ZnO chất bán dân đa chức quan trọng có nhiều ứng dụng quang điện hóa tiềm ánh sáng- điốt phát quang, ống dân sóng quang học, tế bào quang điện nhạy cảm với thuốc nhuộm, cảm biến khí dân điện suốt, v.v [1] Do đó, việc chế tạo cấu trúc nano ZnO mảng có định hướng, liên kết có trật tự cao có ý nghĩa quan trọng phát triển thiết bị Hơn nưa, việc dần cải tiến chế tạo vật liệu tiền đề để phát triển ứng dụng tương lai Trong số phương pháp chế tạo vật liệu này, phương pháp phún xạ đươc lựa chọn sử dụng nhiều cho cơng trình nghiên cứu nhờ khả tạo mâu [9], có định hướng tốt khả lập lại mâu cao Ngoài ra, thúc đẩy hình thành tinh thể trục c kích thước hạt lớn, làm tăng vận chuyển hạt tải điện với khả kiểm soát tốt phù hơp [13] Các thông số mọc mâu tùy loại đế ảnh hưởng nhiều đến khả tạo nano ZnO Vì vậy, chế tạo khảo sát cấu trúc tinh thể tính chất bề mặt nano ZnO loại đế Si (111), Si (100) SiO2 thay đổi nhiệt độ mọc vơ cấp thiết tính chất quan trọng định tính chất điện quang Trong khóa luận này, chúng tơi tập trung nghiên cứu phụ thuộc cấu trúc tinh thể tính chất bề mặt zinc oxide (ZnO) loại đế Si (100), Si (111) SiO2 thay đổi nhiệt độ mọc đế Si (100) Sự khác hình thái bề mặt cấu trúc tinh thể đươc tìm thấy mọc điều kiện công suất phún, thời gian phún loại đế khác phương pháp phún xạ RFmagnetron Cấu trúc tinh thể nano ZnO đươc khảo sát phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Phép đo kính hiển vi điện tử quét SEM đươc sử dụng để khảo sát hình thái bề mặt Các nano ZnO đươc mọc phương pháp phún xạ RF- magnetron theo hai hướng, hướng thực mọc nano ZnO đế Si (100) nhiệt độ 350oC, 375oC 400oC giư thông số phún xạ khác Hướng cịn lại chúng tơi thực phún xạ ZnO loại đế: Si (100), Si (111) SiO2 nhiệt độ thông số Kết cho thấy tất nano ZnO đươc phát triển theo hướng thẳng đứng dọc theo trục c Các mâu có mật độ khác kích thước hình thái tùy theo loại đế sử dụng Ở đế Si (100) khảo sát đươc nhiệt độ 375oC lý tưởng để mọc nano ZnO loại đế dựa số liệu hình ảnh thu đươc tử hai phép đo Hình ảnh SEM phổ XRD cho thấy mâu mọc đế Si (111) có độ kết tinh có hình thái cấu trúc bề mặt nano ZnO tốt mâu cịn lại Khóa luận chúng tơi việc iv kiểm sốt tốt nhiệt độ sử dụng đế phù hơp thơng qua hình thái bề mặt đặc tính cấu trúc vật liệu ZnO, giúp ích cho vật liệu có triển vọng ứng dụng thiết bị tương lai v MỤC LỤC NHÂN XET CUA GIAO VIÊN HƯƠNG DÂN .i NHÂN XET CUA GIAO VIÊN PHAN BIÊN ii LỜI CAM ƠN iii DANH SACH CAC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CAC BANG ix DANH MỤC HÌNH ANH x NHIÊM VỤ KHÓA LUÂN TỐT NGHIÊP xi Chương Giơi thiệu tổng quan vật liệu ZnO 1.1 Tổng quan vật liệu khối ZnO 1.1.1 Cấu trúc tinh thể 1.1.2 Tính chất điện ZnO 1.1.3 Tính chất quang ZnO 1.2 Tổng quan nano ZnO (ZnO nanorod) 1.2.1 Thanh nano ZnO 1.2.2 Lớp hạt ZnO (ZnO Seed layer) 1.2.3 Ứng dụng nano ZnO Chương Chế tạo cac phương phap khảo sat nano ZnO 2.1 Chế tạo nano ZnO 2.1.1 Phương pháp phún xạ RF-magnetron 2.1.2 Quá trình chế tạo nano ZnO 2.2 Các phương pháp khảo sát vật liệu 12 2.2.1 Phép đo nhiễu xạ tia X 12 2.2.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) .12 vi CHƯƠNG Sư phụ thuôc cấu trúc tinh thể bê mặt ZnO theo nhiệt đô moc theo cac loại đế khac 14 3.1 Sự phụ thuộc nhiệt độ mọc nano ZnO đế Si (100) 14 3.1.1 Tính chất hình thái bề mặt nano ZnO 14 3.1.2 Đặc điểm cấu trúc bề mặt vật liệu nano ZnO 17 3.2 Sự phụ thuộc nano ZnO đế Si (100), Si (111), SiO2 21 3.2.1 Tính chất hình thái bề mặt nano ZnO 21 3.2.2 Đặc điểm cấu trúc bề mặt vật liệu nano ZnO 25 Chương Kết luận 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 vii Bảng 3.2 Tóm tắt thơng số tính tốn thu đươc phép đo XRD Tg350, Tg375 Tg400 mâu ZnO đế Si (100) nhiệt độ lần lươt 350, 375 400oC Mâu 2θ FWHM(˚) d-spacing (Å) D (Å) Tg350 33,21 0,356 2,605 4,079 Tg375 34,45 0,222 2,601 6,538 Tg400 34,50 0,270 2,271 5,364 Bảng 3.3 Hằng số mạng a c, microstrain dọc theo trục a c ứng suất mâu ZnO đế Si (100) nhiệt độ lần lươt 350, 375 400oC σz × 1010 Mâu a (Å ) c (Å ) ρ (g/cm3) εx (%) εz (%) (dyne/cm2) Tg350 3,250 5,221 5,661 0,012 0,268 -1,206 Tg375 3,330 5,203 5,426 2,329 -0,076 0,343 Tg400 3,345 5,195 5,370 2,938 -0,225 1,013 20 3.2 Sư phụ thuôc nano ZnO cac đế Si (100), Si (111), SiO2 3.2.1 Tính chất hình thai bê mặt nano ZnO Các đặc trưng hình thái đươc khảo sát phép đo kính hiển vi điện tử quét (SEM) (Xem chi tiết 2.2.2) Hình 3.4 mơ tả bề mặt mâu nano ZnO phát triển đế Si qua phép đo SEM với kí hiệu mâu nano ZnO đế Si (100), mâu nano ZnO đế Si (111) mâu nano ZnO đế SiO2 Các nano ZnO đươc phát triển theo hướng thẳng đứng dọc theo trục c Các mâu có mật độ khác Ở hình 3.4a mâu ZnO mọc đế Si (100) cho thấy mật độ thưa thớt với kích thước nano phát triển ngâu nhiên khác Mật độ lại đồng phát triển nano ZnO đế Si (111), có hình thái to hơn, khoảng cách dày đặc nhìn thấy rõ cấu trúc lục giác mâu ZnO/ Si(100) (Hình 3.4b) Mâu ZnO/ SiO2 hình 3.4c cho thấy phân bố rời rạc mật độ nano ZnO hình thành nano ZnO vươn dài trội hẳn Vì trình tạo mầm khơng xảy đồng thời tồn bề mặt đế đế khác nhau, số nano bắt đầu phát triển sớm hơn, dân đến phân tán chiều cao đường kính nano ZnO Điều phù hơp với nghiên cứu trước [11] Trước hình thành nano ZnO, lớp màng dạng cột đươc mọc đế đế Si (100), Si (111) SiO2 Sự hình thành cấu trúc cột màng ZnO phát triển mầm [11] Đầu tiên, nguyên tử bị đẩy khỏi bề mặt bia đến bề mặt đế hình thành nhiều đảo nhỏ va chạm liên kết lại Khi trình phún xạ tiến hành, tốc độ lắng đọng cao đáng kể so với tốc độ khuếch tán nguyên tử, chúng tìm vị trí ưu tiên màng ZnO Điều dân đến tích tụ bề mặt đảo, tương ứng với tồn cấu trúc dạng cột [18], [21] Sau hình thành nano ZnO đươc phát triển lớp màng hạt Sự gia tăng chiều dài nano ZnO gia tăng khả phản ứng bề mặt lớp hạt dày tức độ dày màng hạt tăng lên q trình phún xạ Hình 3.5 mơ tả mặt cắt ngang ảnh SEM mâu ZnO/Si(100), ZnO/Si (111) ZnO/ SiO2, tất mâu cho thấy cấu trúc nano vng góc với đế Si, mọc theo chiều dọc với độ dày khác Các nano ZnO đươc phún đế SiO2 với độ dày 743 nm đường kính trung bình 66,7 ± 14,4 nm đế Si (111) nano ZnO có độ dày 779 nm đường kính trung bình 73,5 ± 18 nm Thanh nano ZnO mọc đế Si (100) có độ dày thấp 679 nm với đường kính trung 21 bình 75,4 ± 13,8 nm Độ dài khác mâu đươc giải thích lệch mạng tinh thể giưa đế vật liệu ZnO [11] Khi so sánh đế Si (100) đế Si (111), nguyên tử Si đế Si (100) đươc xếp theo hình vng nguyên tử Si đế Si (111) có cấu trúc hình lục giác, cấu trúc tinh thể ZnO Vì bề mặt kết cấu Si (111) có cấu trúc phù hơp với mạng tinh thể ZnO [32] Có thể quan sát thấy số dải nano ngắn không bên cạnh hạt nano ban đầu Đây hình dạng hạt nhân ZnO đươc tạo lớp hạt cách tạo mầm không đồng Trong tất mâu, bề mặt khơng có nhiều cụm xốp đươc nhìn thấy, thay vào nhiều nano xiên đươc hình thành Chúng phát triển thành kích thước lớn nhiều, trội so với khác, điều liên kết nhiều so với đồng Vì hầu hết chúng nghiêng so với hướng bình thường chất [35] Bảng 3.3 tóm tắt thơng số độ dày, kích thước trung bình hạt, đường kính trung bình tốc độ lắng đọng mâu từ ảnh SEM Sự khác giưa thông số đươc giải thích tỷ lệ co nano ZnO đơn tinh thể dọc theo hướng [002] phụ thuộc vào loại đế [11] Các nano ZnO mâu ZnO/Si(111) có đường kính trung bình thấp có mật độ nanorod cao nhất, điều phù hơp với nghiên cứu trước chứng tỏ phát triển đế Si (111) kết tinh tốt có định hướng phát triển cao mâu [17][33] 22 Hình 3.4 Hình ảnh SEM bề mặt mâu (a) ZnO/Si (100), (b) ZnO/Si (111) (c) ZnO/SiO2 23 Hình 3.5 Hình ảnh SEM cắt ngang mâu (a) ZnO/Si (100), (b) ZnO/Si (111) (c) ZnO/SiO2 Bảng 3.4 Bảng tóm tắt thơng số mâu ZnO/Si (100), ZnO/Si (111) ZnO/SiO2 từ ảnh SEM Mâu Đơ dày (nm) Đường kính Kích thươc Tỷ lệ lắng đong (nm) hạt (nm) (nm/s) ZnO/Si (100) 679 75,4 ± 13,8 50,3 ± 10,6 0,377 ZnO/Si (111) 779 73,5 ± 18,0 80,1 ± 22,6 0,432 ZnO/SiO2 743 66,7 ± 14,4 74,4 ± 13,2 0,412 24 3.2.2 Đặc điểm cấu trúc bê mặt vật liệu nano ZnO Các đặc tính cấu trúc nano ZnO đươc khảo sát phép đo XRD Hình 3.6 mơ tả phổ XRD mâu ZnO/Si (100), ZnO/Si (111) ZnO/SiO2 Các mâu ZnO thể đỉnh nhiễu xạ khác ZnO (100), ZnO (002), ZnO (103) ZnO (004) Trong số đó, đỉnh ZnO (002) đỉnh có kết cấu cao nhất, thể định hướng ưu tiên dọc theo trục c [8] Điều xu hướng phát triển nano ZnO Ở trạng thái cân bằng, hướng phát triển xảy dọc theo mặt phẳng có lương tự bề mặt thấp nhất, mặt phẳng nhiễu xạ (002) [20], [27] Bảng 3.4 cho thấy thơng số thu đươc từ phép đo XRD, có dịch chuyển đỉnh ZnO (002) sang góc cao so với giá trị ZnO khối (34,4o) [12] (xem Bảng 3.5) Sự tồn đỉnh ZnO (103) ZnO (004), điều cho thấy ZnO pha wurtzite lục giác [27] Giá trị FWHM đỉnh nhiễu xạ đối mặt phẳng (002) mâu ZnO/Si (100) ZnO/SiO2 lần lươt 0,271° 0,281°, lớn giá trị mâu ZnO/Si (111) (0,231°) (xem Bảng 3.4) FWHM mâu ZnO cho thấy độ kết tinh ZnO đươc tăng cường giá trị kích thước tinh thể D tăng lên, đỉnh nhiễu xạ trở nên hẹp [6] Sự lệch mạng tinh thể đế rõ ràng giúp tăng chất lương tinh thể ZnO chứng minh phép đo SEM (Xem mục 3.2.1) [5] Các thông số cấu trúc thông số mạng tinh thể a c, microstrain (�) stress (�) ứng suất Hằng số a c đươc tính từ phương trình [28]: �2 = × ℎ2 +�2 +�2 �2 + �2 �2 (3.1) d khoảng cách giưa mặt phẳng có số Miller h, k, l khoảng cách giưa mặt phẳng đươc tính phương trình Bragg [28]: 2� × ���� = �� (3.2) Với �, �, � theo thứ tự góc nhiễu xạ Bragg, bậc nhiễu xạ (n = 1), bước sóng tia X Các số mạng a c từ mặt phẳng nhiễu xạ (100) (002) Giá trị a mâu ZnO cao giá trị khối (3.25 Å) Ngươc lạ, giá trị c mâu nhỏ giá trị khối ZnO (5.207 Å) Từ số mạng a c, khối lương riêng nano ZnO đươc tính [28] [29]: 25 � = 1,6609×�×� �2×�× (3.3) Với M khối lương phân tử ZnO (81,408 g/mol) n số phân tử ô đơn vị (n = 2) Để xác định biến dạng tồn tại, microstrain theo trục a (�x) c (�z) đươc xác định [28]: �� = �� = �−�0 �0 �−�0 �0 × 100 × 100 (3.4) (3.5) Với a, c �0 , �0 số mạng giá trị strain (sức căng) Dấu – cho biết biến dạng nén xuất ngươc lại, biến dạng kéo đươc biểu thị giá trị dương Do tất mâu ZnO chịu biến dạng kéo dọc theo trục a, nén theo trục c Nhưng biến dạng nguyên nhân dấn đến dịch chuyển đỉnh ZnO (002) (100) Biến dạng kéo làm cho đỉnh ZnO (100) bị dịch chuyển sang góc thấp biến dạng nén làm dịch chuyển đỉnh ZnO (002) lên bị trí cao [30] Microstrain mâu ZnO gây lực tác dụng lên bề mặt dân đến hình thành ứng suất Ứng suất dư theo trục c [29]: �� = − 4,5 × �� (3.6) Ứng suất tổng ZnO bao gồm bên bên số yếu tố khuyết tật, tạp chất biến dạng tinh thể gây ứng suất nội nano Trong đó, ứng suất bên ngồi thường đươc hình thành khơng phù hơp mạng tinh thể khác biệt hệ số giãn nở nhiệt (���� = 4,31 × 10−6 /℃) [24], đế Si ( ��� = 2,62 × 10−6 /℃ ) [31], đế SiO2 ( �SiO2 = 0.24 × 10−6 /℃ ) [34] Ứng suất theo trục c chủ yếu nội độ dày mâu ZnO biến dạng nhiệt nano ZnO đế làm giảm ứng suất bên ngồi Bên cạnh đó, ứng suất bên ngồi khơng đáng kể biến dạng nhiệt độ gây vật liệu ZnO đế Si nhỏ so với giá trị tính [28] (ZnO ứng suất kéo, điều đơn bị nén với hướng trục tạo lực căng vng góc) 26 Phổ XRD cho thấy mâu ZnO/Si (111) có mật độ cao, có độ kết tinh tốt biến dạng ứng suất mâu ZnO/ Si (100) Hình 3.3 Phổ XRD ZnO nanorods mọc đế, với mâu ZnO/Si (100), ZnO/Si (111) ZnO/SiO2 theo thứ tự mọc đế Si (100), Si (111) SiO2 Bảng 3.4 Tóm tắt thơng số tính tốn ZnO/Si (100), ZnO/Si (111) ZnO/SiO2 thu đươc phép đo XRD Mâu 2θ FWHM(˚) d-spacing (Å) D (Å) ZnO/Si (100) 34,45 0,271 2,598 5,364 ZnO/Si (111) 34,49 0,231 2,592 6,279 ZnO/SiO2 34,38 0,281 2,603 5,161 27 Bảng 3.5 Hằng số mạng a c, microstrain dọc theo trục a c ứng suất mâu ZnO đế Si (100), Si (111) SiO2 a (Å ) c (Å ) ρ (g/cm3) εx (%) εz (%) σz × 1010 (dyne/cm2) ZnO/Si (100) 3,346 5,196 5,370 2,938 -0,225 1,012 ZnO/Si (111) 3,325 5,195 5,432 2,292 -0,118 0,531 ZnO/SiO2 3,320 5,212 5,441 2,164 -0,034 0,153 Mâu 28 CHƯƠNG KẾT LUẬN Trong khóa luận này, ZnO nanorods đươc phún đế Si (100) nhiệt độ phún từ 300 C đến 4000C, đươc phún đế Si (100), Si (111) SiO2 nhiệt độ 4000C đươc chế tạo thành công Anh hưởng nhiệt độ phún đến hình thái cấu trúc bề mặt sau: Kết SEM cho thấy nhiệt độ 375oC 400oC, nhiệt độ để nano ZnO phát triển tạo nên lớp hạt ZnO Từ kết XRD, cho thấy mâu Tg375 có kết tinh tốt mâu cịn lại có cường độ mật độ cao, nhiệt độ phún 375 oC thể nano ZnO để có độ kết tinh tốt có biến dạng ứng suất Tuy nhiên, điều kiện cần đươc tối ưu hóa tương lai cách thêm lớp seed ZnO trước mọc nano ZnO để tăng mật độ lên đồng Anh hưởng loại đế Si (100), Si (111) SiO2 đến hình thái cấu trúc bề mặt sau: Thanh nano ZnO có cấu trúc dạng đươc phát triển theo hướng thẳng đứng Kích thước nano ZnO đế Si(111) lớn với khoảng cách dày đặc nhìn thấy rõ cấu trúc lục giác so với mọc đế Si (100) SiO2 Từ phép đo XRD, thấy đươc độ kết tinh cao mâu đươc phún đế Si (111) Tất mâu nano ZnO chịu biến dạng kéo dọc theo trục a nén theo trục c, biến dạng kéo làm cho đỉnh ZnO (100) bị dịch chuyển sang góc thấp biến dạng nén làm cho đỉnh ZnO (002) bị dịch chuyển lên vị trí cao Ứng suất theo trục c chủ yếu nội đế làm giảm ứng suất bên Bên cạnh kết đạt đươc, khóa luận cịn hạn chế cấu trúc, hình thái mọc khơng đồng mật độ, độ dày bề mặt vật liệu ZnO Trong tương lai, để gia tăng mật độ cần phát triển lớp hạt ZnO đế lớp hạt đóng vai trị quan trọng việc hình thành nano ZnO Các thơng số đóng vai trị quan trọng, cần nhiều thí nghiệm để gia tăng mật độ nano ZnO tương lai 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S Vyas, “A short review on properties and applications of zinc oxide based thin films and devices: ZnO as a promising material for applications in electronics, optoelectronics, biomedical and sensors,” Johnson Matthey Technology Review, vol 64, no 2, pp 202–218, 2020, doi: 10.1595/205651320X15694993568524 [2] W Yang et al., “Morphology, electrical and optical properties of magnetron sputtered porous ZnO thin films on Si(100) and Si(111) substrates,” Ceramics International, vol 46, no 5, pp 6605–6611, 2020, doi: 10.1016/j.ceramint.2019.11.147 [3] M Samadi, M Zirak, A Naseri, E Khorashadizade, and A Z Moshfegh, “Recent progress on doped ZnO nanostructures for visible-light photocatalysis,” Thin Solid Films, vol 605, no 2016, pp 2–19, 2016, doi: 10.1016/j.tsf.2015.12.064 [4] Sâad RAHMAN, “Elaboration Et Caracterisation De Couches Minces Par Spray Pyrolyse Et Pulverisation Magnetron,” p 158, 2008 [5] A Mazady, A Rivera, and M Anwar, “Optimization of annealing conditions for ZnO-based thin films grown using MOCVD,” Materials Research Society Symposium Proceedings, vol 1675, no 002, pp 3–8, 2014, doi: 10.1557/opl.2014.860 [6] M V Castro and C J Tavares, “Dependence of Ga-doped ZnO thin film properties on different sputtering process parameters: Substrate temperature, sputtering pressure and bias voltage,” Thin Solid Films, vol 586, pp 13–21, 2015, doi: 10.1016/j.tsf.2015.04.036 [7] E McGlynn, M O Henry, and J.-P Mosnier, “ZnO wide bandgap semiconductor nanostructures: growth, characterisation and applications,” Handbook of Nanoscience and Technology vol II, pp 575–624, 2009 [8] A Katiyar, N Kumar, R K Shukla, and A Srivastava, “Growth and study of caxis-oriented vertically aligned ZnO nanorods on seeded substrate,” Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2021, doi: 10.1007/s10854-02106121-z 30 [9] A F Abdulrahman, S M Ahmed, S M Hamad, and A A Barzinjy, “Effect of Growth Temperature on Morphological, Structural, and Optical Properties of ZnO Nanorods Using Modified Chemical Bath Deposition Method,” Journal of Electronic Materials, vol 50, no 3, pp 1482–1495, 2021, doi: 10.1007/s11664020-08705-7 [10] A Abdulkareem Ghassan, N.-A Mijan, and Y Hin Taufiq-Yap, “Nanomaterials: An Overview of Nanorods Synthesis and Optimization,” Nanorods and Nanocomposites, no January, 2020, doi: 10.5772/intechopen.84550 [11] A Alarabi et al., “Influence of different substrates on ZnO nanorod arrays properties,” Solid State Sciences, vol 85, pp 21–25, 2018, doi: 10.1016/j.solidstatesciences.2018.09.004 [12] Q Li, V Kumar, Y Li, H Zhang, T J Marks, and R P H Chang, “Fabrication of ZnO nanorods and nanotubes in aqueous solutions,” Chemistry of Materials, vol 17, no 5, pp 1001–1006, 2005, doi: 10.1021/cm048144q [13] B S Sannakashappanavar, N A Pattanashetti, C R Byrareddy, and A B Yadav, “Study of annealing effect on the growth of ZnO nanorods on ZnO seed layers,” AIP Conference Proceedings, vol 1943, pp 1–8, 2018, doi: 10.1063/1.5029653 [14] S Brahma, C W Liu, R J Huang, S J Chang, and K Y Lo, “Flower-like ZnO nanorod arrays grown on HF-etched Si (111): Constraining relation between ZnO seed layer and Si (111),” Materials Research Express, vol 2, no 11, 2015, doi: 10.1088/2053-1591/2/11/115003 [15] C Yoon, B Jeon, and G Yoon, “Formation and characterization of various ZnO/SiO2-stacked layers for flexible micro-energy harvesting devices,” Applied Sciences (Switzerland), vol 8, no 7, 2018, doi: 10.3390/app8071127 [16] H Wang et al., “Selective growth of vertical-aligned ZnO nanorod arrays on si substrate by catalyst-free thermal evaporation,” Nanoscale Research Letters, vol 3, no 9, pp 309–314, 2008, doi: 10.1007/s11671-008-9156-y [17] M Z Toe et al., “Effect of Seed Layer on the Growth of ZnO Nanorods,” Materials Today: Proceedings, vol 17, pp 553–559, 2019, doi: 10.1016/j.matpr.2019.06.334 31 [18] M Z Toe et al., “Effect of ZnO seed layer on the growth of ZnO nanorods on silicon substrate,” Materials Today: Proceedings, vol 17, pp 553–559, 2019, doi: 10.1016/j.matpr.2019.06.334 [19] B S Witkowski, “Applications of ZnO nanorods and nanowires — A review,” Acta Physica Polonica A, vol 134, no 6, pp 1226–1246, 2018, doi: 10.12693/APhysPolA.134.1226 [20] G C Yi, C Wang, and W Il Park, “ZnO nanorods: Synthesis, characterization and applications,” Semiconductor Science and Technology, vol 20, no 4, 2005, doi: 10.1088/0268-1242/20/4/003 [21] A Angelin Prema, R John Xavier, P Arockia Sahayaraj, C Pragathiswaran, and V Dharmalingam, “Characterization of cadmium sulfide thin film grown by chemical bath deposition technique with SEM, XRD, EDAX and AFM analysis,” Der Pharma Chemica, vol 8, no 4, pp 96–100, 2016 [22] M Guo, P Diao, X Wang, and S Cai, “The effect of hydrothermal growth temperature on preparation and photoelectrochemical performance of ZnO nanorod array films,” Journal of Solid State Chemistry, vol 178, no 10, pp 3210–3215, 2005, doi: 10.1016/j.jssc.2005.07.013 [23] K Kandpal, J Singh, N Gupta, and C Shekhar, “Effect of thickness on the properties of ZnO thin films prepared by reactive RF sputtering,” Journal of Materials Science: Materials in Electronics, vol 29, no 17, pp 14501–14507, 2018, doi: 10.1007/s10854-018-9584-0 [24] T P Rao, M C S Kumar, S A Angayarkanni, and M Ashok, “Effect of stress on optical band gap of ZnO thin films with substrate temperature by spray pyrolysis,” Journal of Alloys and Compounds, vol 485, no 1–2, pp 413–417, 2009, doi: 10.1016/j.jallcom.2009.05.116 [25] S Singh, R S Srinivasa, and S S Major, “Effect of substrate temperature on the structure and optical properties of ZnO thin films deposited by reactive rf magnetron sputtering,” Thin Solid Films, vol 515, no 24 SPEC ISS., pp 8718– 8722, 2007, doi: 10.1016/j.tsf.2007.03.168 [26] Y Liang et al., “Growth mechanisms and the effects of deposition parameters on the structure and properties of high entropy film by magnetron sputtering,” 32 Materials, vol 12, no 18, 2019, doi: 10.3390/ma12183008 [27] J Wang, Y Yan, X Wang, B Gao, and H Liu, “Proceedings of 2011 International Conference on Electronic and Mechanical Engineering and Information Technology, EMEIT 2011,” Proceedings of 2011 International Conference on Electronic and Mechanical Engineering and Information Technology, EMEIT 2011, vol 2, no 100, pp 2486–2489, 2011 [28] H Ennaceri et al., “Influence of stress on the photocatalytic properties of sprayed ZnO thin films,” Solar Energy Materials and Solar Cells, vol 201, 2019, doi: 10.1016/j.solmat.2019.110058 [29] H Meskine and P A Mulheran, “Simulation of reconstructions of the polar ZnO(0001) surfaces,” Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, vol 84, no 16, pp 1–7, 2011, doi: 10.1103/PhysRevB.84.165430 [30] I V Minin and O V Minin, Elements of diffraction quasi-optics, no 1994 [31] V Semiconductor, “Basic Mechanical and Thermal Properties of Silicon,” Growth (Lakeland), vol 22401, no 540, pp 1–4, 2000 [32] S Lee et al., “Formation of ZnO nanostructures grown on Si and SiO2 substrates,” Journal of Nanoscience and Nanotechnology, vol 13, no 9, pp 6264–6268, 2013, doi: 10.1166/jnn.2013.7687 [33] O F Farhat, M M Halim, M J Abdullah, M K M Ali, and N K Allam, “Morphological and structural characterization of single-crystal ZnO nanorod arrays on flexible and non-flexible substrates,” Beilstein Journal of Nanotechnology, vol 6, no 1, pp 720–725, 2015, doi: 10.3762/bjnano.6.73 [34] C Tsou, Y S Huang, H C Li, and T H Lai, “Determination of thermal expansion coefficient of thermal oxide,” Sensors and Materials, vol 17, no 8, pp 441–451, 2005 [35] Nandi, R., & Major, S S (2017) The mechanism of growth of ZnO nanorods by reactive sputtering Applied Surface Science, 399, 305– 312 doi:10.1016/j.apsusc.2016.12.097 33 S K L 0