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 BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU CỘNG HOA XA HỘI CHỦ NGHIA VIỆT NAM Đôc lập – Tư – Hạnh phúc ******* NHẬN XET CỦA GIÁO VIÊN HƯƠNG DÂN Ho tên Sinh viên: Võ Thanh Lan MSSV: 18130027 Nguyễn Thị Thanh Trúc MSSV: 18130048 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 khơng? Đồng ý Điểm: 9.2(Bằng chư: Chín hai ) Tp Hô 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 u cầu khóa luận tốt nghiệp ngành Cơng 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 giúp chúng tơi có động lực hồn thành khóa lu cách hồn thiện nhanh chóng đặc biệt tình hình dịch bệnh covid 19 diễn Chúng 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 chúng tơi 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) SiO 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) SiO 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 thông 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