Phún x magnetron ...
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN THỊ THÙY DƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANO TINH THỂ SiGe PHA TẠP Er BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ CATỐT LU KHOA HC KHOA HC VÀ K THUT VT LIU Hà Ni 2019 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17062857729141000000 f4c0268 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN THỊ THÙY DƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANO TINH THỂ SiGe PHA TẠP Er BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ CATỐT Chuyên ngành: Khoa hc K thut vt liu LU KHOA HC KHOA HC VÀ K THUT VT LIU NG DN KHOA HC: TS NGÔ NGC HÀ Hà Ni 2019 LỜI CẢM ƠN Trong sut trình hc tp ti Vi o Quc T v Khoa hc V liuc nhng kin thc quý báu cn thit t th giúp em rt nhiu trình thc hin lu Vì vy, em c th hin lòng bic s ging dy ht sc tn tâm có trách n ca q thy, giáo c bit, e c bày t s kính trng lịng bi ti TS Ngô Ngc Hà th ng dn trc ti qua , cho em nhng kin thc, k n cu khoa hc tu ki em hoàn thành tt lu tt nghip n xin chúc thy có nhiu sc kh tip tc s nghip nghiên cu, ging dy c có tht nhiu thành cơng, hnh phúc cuc sng TS Nguy ng Giang h tr em rt nhiu sut q trình hc tp hồn thin lu i li cn ch Lê Th ng viên h tr em nht Cui cùng, em xin chân c n bè, nh quan tâm, ng viên to mu kin thun li nh em hc tp nghiên cu khoa hc sut thi gian qua Hà N Học viên Trần Thị Thùy Dương i LỜI CAM ĐOAN liu kt qu nghiên c tài trung thc, kt qu nghiên cu c thc hin ti Vio Quc T v Khoa hc Vt liu i s ng dn ca thy TS Ngô Ngc Hà, tài liu tham khc trích d Người cam đoan Trần Thị Thùy Dương ii MỤC LỤC LI C i L ii MC LC iii DANH MC CÁC KÝ HIU VÀ CH VIT TT v DANH MC CÁC BNG BIU vi DANH MC CÁC HÌNH V TH vii M U .1 NG QUAN .5 1.1 Vt liu silic 1.1.1 Cu trúc tinh th ca vt liu silic .5 1.1.2 Cng ca vt liu silic khi 1.2 Vt liu gecmani 1.2.1 Cu trúc tinh th ca vt liu gecmani 1.2.2 Cng ca vt liu gecmani khi 1.3 Vt liu hp kim SiGe 10 1.4 Vt liu .12 1.5 Nhóm nguyên t t him nguyên t erbi .14 1.5.1 Nhóm nguyên t t him 14 1.5.2 Nguyên t erbi 17 1.6 Quá trình truyng t SiGe sang Er3+ 19 1.7 Tình hình nghiên cu hin ca vt liu SiGe:Er3+ 20 C NGHIM CH TO MU 25 2.1 Gii thi catt 25 2.1.1 n cht c 25 2.1.2 Các loi phún x .26 iii 2.1.2.1 Phún x n mt chiu (DC) .26 2.1.2.2 Phún x n xoay chiu (RF) .27 2.1.2.3 Phún x magnetron 28 2.2 Quy trình ch to mu 28 2.2.1 Vt liu hóa cht 28 2.2.2 Quá trình x bia 29 2.2.3 To bia vt liu Er2O3 .30 2.2.4 To mu nano tinh th SiGe:Er 3+ .31 2.2.5 Quá trình x lý nhit 32 2.3 pháp kho sát cu trúc tính cht ca vt liu nano tinh th Si1-xGe x:Er3+ 33 2.3.1 Kính hin t quét (SEM) .33 2.3.2 Ph tán sng tia X (EDS) 34 2.3.3 Raman 35 2.3.4 hp th t ngoi kh kin (UvVis) 36 T QU VÀ THO LUN 38 3.1 ng chun phún x cu thành ca vt liu nano tinh th SiGe:Er3+ 38 3.2 ng ca nhit lên s hình thành cu trúc ca vt liu 42 3.3 ng ca thành phn lên s hình thành cu trúc ca vt liu 44 3.4 Kho sát ph hp th t ngoi kh kin (UvVis) ca vt liu nano tinh th Si1-x Gex :Er3+ 45 KT LUN .50 TÀI LIU THAM KHO 51 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt NC Nanocrystal Nano tinh th Si:Er3+ Silicon doped with Er3+ ions Silic pha tp Er3+ SiGe:Er 3+ Silicon-Germanium doped with Er3+ ions SiGe pha tp Er3+ SEM Scanning electron microscopy Kính hin t quét EDS Energy dispersive X-ray spectrocopy Ph tán sng UvVis Ultraviolet Visible T ngoi Kh khin PL Photoluminescence Hunh quang NW Nanowire Dây nano DC Direct current Dòng n mt chiu RF Radio frequency Tn s vơ tuyn (dịng n xoay chiu) v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bng 1.1: Các ion ca kim lot him s n t lp 4f trng thái n ca chúng [36] .15 Bng 2.1: Các loi hóa cht s dng q trình ch to mu 29 Bu kin kho sát t lng ca bia SiO 2 Si 38 Bu kin phún x ca màng nano tinh th Si 1xGex:Er 3+ b pháp phún x catt 40 Bng 3.3: Bng so sánh gia kt qu tính tốn thc t c dày màng mng sau phún x 41 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Cu trúc tinh th ca Si .5 Hình 1.2: Vùng Brillouin th I ng vi mng tinh th [2] Hình 1.3: Cng ca Si không gian k Hình 1.4: M n ca bán dn Ge [2] Hình 1.5: Cng ca Ge vùng khơng gian k [2] 10 Hình 6: S ng vùng cm Eg ca Si1-x Gex theo thành phn x [42] 11 Hình 1.7: Cu trúc mơ phng ca t din SiO4 13 Hình 1.8: Cu trúc tinh th ca: (a) Thch anh , (c) Cristobalit [3] 13 Hình 1.9: Mơ hình tách mng lp 4f .17 Hình 1.10: Gi m ng ca ion Er3+ t vt rn Các mc nng ca ion Er3+ vt rn b tách thành nhiu mc hiu ng Stark [31] 18 Hình 1.11: Mơ hình truyng ca SiGe nc pha tp Er3+ nn vt liu SiO2 20 Hình 1.12: Ph PL ca mu Si0,83Ge0,17:Er nhit 850 o nhi (a) 60 K, (b)150 K (c)300 K [9] .21 Hình 1.13: Ph PL nhi phòng ca tt c loi NW nhi 600 oC: (a) Cu trúc Ge(SiEr) N 2; (b) Cu trúc Ge/Si/Er khơng khí; (c)Cu trúc Ge/Er/Si N ; (d) Cu trúc Ge NW pha t c khơng khí; (e) Cu trúc Ge/Si/Er N2 ( ex = 488 nm 200 mW) [45] 23 Hình 2.1: h phún x mt chiu .26 h phún x xoay chiu 27 vii h phún x: a) Magnetron DC, b) Magnetron RF 28 h thng x lý nhit 32 Hình 2.5: ch to nano tinh th Si1-xGex :Er3+ bng phún x catt 32 cu to nguyên tc hong ca máy SEM .33 Hình 3.1: dày màng mng sau phún x ca mu K1 K6 38 ng chun phún x ca bia SiO2, Si Ge 39 Hình 3.3: Các bia s dng trình phún x 39 dày màng mng sau phún x ca mu M1 M5 41 Hình 3.5: Ph tán sng tia X ca mu M1 M5 sau phún x 42 Hình 3.6: Ph Raman ca mc nhi khác 43 Hình 3.7: Ph Raman ca mu M1 c nhi 900 o C 44 Hình 3.8: Ph hp th UvVis ca mc nhi khác 45 Hình 3.9: Ph hp th UvVis ca mc nhi khác 46 Hình 3.10: Ph hp th UvVis ca mc nhi khác 46 Hình 3.11: C ng ca hp kim SiGe th hin chuyn di trc tip E1 E2 [1] 47 Hình 3.12: Ph hp th UvVis ca nano tinh th M1 c nhi 900 oC 48 Hình 3.13: Ph hp th UvVis ca nano tinh th M1 c nhi 1000 o C 49 viii