Nghiên cứu chế tạo màng gương nóng truyền qua bằng phương pháp phún xạ magnetron DC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN [\ LÊ TRẤN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG GƯƠNG NÓNG TRUYỀN QUA BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON DC LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN [\ LÊ TRẤN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG GƯƠNG NÓNG TRUYỀN QUA BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON DC CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC Mà SỐ: 1.02.18 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS TS NGUYỄN HỬU CHÍ PGS TS TRẦN TUẤN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2009 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án công trình nghiên cứu riêng cộng làm việc hướng dẫn Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình mà không tham gia ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm Khoa Vật Lý, ban giám hiệu trường tạo điều kiện thủ tục cho hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Hửu Chí, người tận tình hướng dẫn định hướng cho thực công trình nghiên cứu Thầy người dạy cho nghiêm túc khoa học Thầy ủng hộ hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Tuấn, người tận tình hướng dẫn, ủng hộ động viên hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Văn Hiếu, thầy quan tâm nhắc nhở, động viên sớm hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn bạn Trần Quang Trung, Trần Cao Vinh, Cao Thị Mỹ Dung, Lê Thụy Thanh Giang, Nguyễn Đăng Khoa, Tạ Thị Kiều Hạnh, Phạm Kim Ngọc tận tình giúp đỡ, cộng tác công việc đo đạc Tôi xin chân thành cảm ơn anh Trần Quang Trung, Lê Vũ Tuấn Hùng, Lê Văn Ngọc, Lâm Quang Vinh, Vũ Thị Hạnh Thu, Nguyễn Đức Hảo Thầy Văn Hồng Khôi, tất thầy cô đồng nghiệp môn luôn quan tâm thời gian thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy hội động chấm luận án tiến sĩ cấp sở, nhận xét đóng góp ý kiến quí báu để luận án hoàn chỉnh Tôi xin chân thành cảm ơn cộng Đào Vĩnh Ái đóng góp cho đề tài Con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cha mẹ, người bên cạnh con, mong cho thành đạt sống Lê Trấn i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A Độ hấp thụ Ag Bạc Ar Argon AZO Màng dẫn điện suốt ZnO pha tạp Al DC Một chiều FCC Lập phương tâm mặt HOMO Quỹ đạo phân tử bị chiếm đóng cao ITO Oxít indium pha tạp oxít thiếc L Độ mát LOMO Quỹ đạo phân tử không bị chiếm đóng thấp MB Methylene blue N Nguyên tử nitơ N2 Phân tử nitơ NHE Thang đo oxy hóa khử hydro NIR Sự tái phún xạ ion âm O2 Oxy RMS Độ gồ ghề bề mặt R Phản xạ rf Radio frequency S Độ tán xạ T Truyền qua Ti Titan TiN Nitrite titan TCO Transparent conductive oxide: Oxide dẫn điện suốt Texture Cơ chế phát triển mặt tinh thể ABS Độ phân hủy methylene blue MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC BẢNG VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Tính chất màng dẫn điện 1.1.1 Tính chất điện 1.1.2 Liên hệ tính chất quang điện 1.1.2.1 Dùng lý thuyết Drude xác định tần số plasma p 1.1.2.2 Tính chất màng dẫn điện vùng xa bờ hấp thụ 1.1.3 Tính chất kim loại 12 1.1.4 Tính chất điện môi 13 1.2 Tổng quan màng ZnO:Al (AZO) 15 1.2.1 Tính chất điện ZnO:Al 19 1.2.2 Tính chất quang màng AZO 22 1.3 TỔNG QUAN VỀ TiO2 26 1.3.1 Tính chất chung màng TiO2 26 1.3.2 Cấu trúc tinh thể TiO2 28 1.3.3 Tính chất quang xúc tác màng TiO2 31 1.3.3.1 Khả quang xúc tác 32 1.3.3.2 Cơ chế 32 1.3.4.5 Các ứng dụng TiO2 34 1.4 Tổng Quan Về TiN 36 1.4.1 Mở đầu 36 1.4.2 Cấu trúc màng TiN 36 1.4.3 Giản đồ vùng lượng TiN 38 1.4.4 Những yếu tố ảnh hưởng đến tính chất điện TiN 39 1.4.5 Cơ chế phát triển mặt tinh thể (texture) TiN 40 1.4.6 Các thông số chế tạo màng ảnh hưởng đến phát triển mặt tinh thể 43 1.5 Màng đa lớp điện môi/ kim loại/ điện môi 44 1.5.1 Hệ số Fresnel - Hệ số phản xạ hệ số truyền qua 45 1.5.1.1 Hệ số Fresnel 45 1.5.1.2 Hệ số phản xạ R (hay hệ số truyền qua T) 47 1.5.2 Hệ màng điện môi đa lớp - Phương pháp ma trận 48 1.5.3 Phương pháp ma trận áp dụng cho hệ màng đa lớp môi trường hấp thụ 50 1.6 Phương pháp nghiên cứu 52 1.6.1 Phương pháp phún xạ 52 1.6.1.1 Nguyên lý trình lắng đọng phún xạ 52 1.6.1.2 Quá trình lắng đọng màng phương pháp phún xạ 54 1.6.1.3 Phún xạ phản ứng 57 1.6.2 Thiết kế hệ magnetron 57 1.6.2.1 Hệ magnetron vuông dùng cho bia Ti 57 1.6.2.2 Hệ magnetron tròn dùng cho bia Ag 58 1.6.3 Các hệ đo đặc trưng tính chất vật liệu 60 1.6.3.1 Hệ ellipsometer 60 1.6.3.2 Hệ uv-vis 61 1.6.3.3 Hệ đo đặc trưng điện bốn mũi dò 61 1.6.3.4 Hệ đo độ dày profilometer 61 1.6.3.5 Hệ nhiễu xạ tia X 61 1.6.3.6 Hệ đo ảnh AFM 61 1.6.3.7 Xác định độ phân hủy methylene blue 61 1.6.3.8 Hệ đo hall 62 1.6.3.9 Hệ FTIR Bruker Equinox 55 62 1.6.3.10 Phương pháp đo góc thấm ướt 63 CHƯƠNG MÀNG MỎNG AZO 64 2.1 Sự hình thành ion âm 64 2.2 Ảnh hưởng ion âm lên tính chất điện màng AZO 66 2.3 Nghiên cứu chế tạo màng AZO ảnh hưởng ion âm 68 2.3.1 Các thông số tạo màng 68 2.3.2 Cấu trúc tinh thể màng AZO 69 2.3.3 Tính chất quang điện màng AZO 72 2.3.3.1 Tính chất điện phụ thuộc khoảng cách đặt mẫu 72 2.3.3.2 Tính chất điện màng phụ thuộc áp suất phún xạ, nhiệt độ đế phần trăm tạp Al2O3 bia 73 2.3.3.3 Tính chất Quang màng AZO theo nồng độ hạt tải màng áp suất phún xạ 77 2.4 Kết luận chương 78 CHƯƠNG MÀNG TiN VÀ TiO2 .80 3.1 Tính chất điện quang TiN 80 3.1.1 Khảo sát phún xạ theo áp suất riêng phần nitơ 80 3.1.1.1 Áp suất riêng phần nitơ p = 1,5.10-5 torr 81 3.1.1.2 Áp suất riêng phần nitơ p = 2,25.10-5 torr 83 3.1.1.3 Áp suất riêng phần nitơ p = 3.10-4 torr 84 3.1.1.4 Áp suất riêng phần nitơ p = 3,75.10-4 torr 85 3.1.1.5 Tổng kết tương quan điện trở suất, phún xạ ngưỡng áp suất riêng phần nitơ 87 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng điện trở suất theo khoảng cách bia đế 88 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng điện trở suất theo nhiệt độ 90 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng điện trở suất theo áp suất khí làm việc 91 3.1.5 Tính chất quang màng TiN 93 3.2 Tính chất quang quang xúc tác màng TiO2 94 3.2.1 Tính chất quang xúc tác màng TiO2 94 3.2.2 Khảo sát tính siêu thấm ướt kị ướt nước màng TiO2 102 3.2.3 Tính chất quang màng TiO2 105 3.3 Kết luận chương 106 CHƯƠNG MÀNG ĐA LỚP GƯƠNG NÓNG TRUYỀN QUA 108 4.1 Ứng dụng lý thuyết phương pháp ma trận cho hệ màng đa lớp với kết hợp lập chương máy tính 108 4.2 Một số kết thực nghiệm 125 4.2.1 Màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 125 4.2.2 Màng đa lớp TiO2(ngoài)/TiO2(đệm)/Ti/Ag/Ti/TiO2(trong) Màng đa lớp TiO2(ngoài)/TiO2(đệm)/TiN/Ag/Ti/TiO2(trong) 129 4.2.2.1 Sự oxy hóa kim loại 130 4.2.2.2 Sự hợp mạng (epitaxy) Ti, TiN với Ag 132 4.2.2.3 Chế tạo lớp Ti 135 4.2.2.4 Màng đa lớp TiO2(ngoài)/TiO2(đệm)/Ti/Ag/Ti/TiO2(trong) 137 4.2.2.5 Màng đa lớp TiO2(ngoài)/TiO2(đệm)/TiN/Ag/TiN/TiO2(trong) 141 4.2.2.6 Ảnh hưởng giao thoa ánh sáng lên độ phản xạ màng đa lớp 142 4.3 Kết luận chương 143 KẾT LUẬN CHUNG 145 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH Đà CÔNG BỐ 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO 149 PHỤ LỤC 162 Phụ lục A Chương trình fortran dùng cho thuật toán bước sóng i-vi Phụ lục B Chương trình vẽ phổ màng đa lớp vii-ix 16 MỞ ĐẦU Ngày nay, nhu cầu sử dụng lượng ngày cao, nguồn lượng quan tâm lượng gió, lượng thủy điện, lượng Mặt trời… Tuy nhiên, nguồn lượng truyền thống dầu khí đốt sử dụng song song để đáp ứng nhu cầu lượng toàn giới Những nguồn lượng với việc sản xuất khí gas dùng cho máy lạnh nguồn thải khí gây hiệu ứng nhà kính Sử dụng lượng, người giúp chống nạn hâm nóng địa cầu tiết kiệm tiền Vì vậy, vấn đề tiết kiệm lượng quan tâm hàng đầu Một nguồn tiêu thụ lượng lớn không đáng có nhu cầu sử dụng máy điều hòa nhiệt độ tòa nhà cao tầng Một giải pháp tối ưu để giải vấn đề thay kính thông thường kính phủ màng phản xạ hồng ngoại mà suốt màng gương nóng truyền qua Tính chất quang học màng gương nóng truyền qua truyền qua cao vùng khả kiến (bước sóng: 380nm ≤ λ ≤ 760nm ) phản xạ cao vùng hồng ngoại (bước sóng: λ ≥ 760nm ) [19,65,80] Ngoài mục đích tiết kiệm lượng, màng gương nóng truyền qua có tác dụng biến quang thành nhiệt năng, ứng dụng để chưng cất nước, sấy khô đun nước nóng Điều thuận lợi khí hậu Việt Nam; Vì nước ta nước nhiệt đới, tiềm xạ Mặt trời vào loại cao giới, đặc biệt vùng miền phía Nam có nhiều nắng Màng gương nóng truyền qua chế tạo theo ba hướng [106] Màng kim loại có độ phản xạ hồng ngoại cao màng kim loại Ag, Au, Cu, … Màng bán dẫn phản xạ hồng ngoại cao ZnO; SiN; PbO; Bi2O3; SnO2; In2O3 loại màng bán dẫn pha tạp SnO2:F; SnO2:Sb; AZO; GZO; ITO Màng đa lớp “điện môi/kim loại” “điện môi/kim loại/điện môi” Tuy nhiên, màng kim loại thường không bền cơ, nhiệt hóa học Màng bán dẫn phản xạ cao vùng bước sóng λ >1400 nm, xa so với vùng xạ cực đại lượng Mặt trời, loại màng ứng dụng làm máy nước nóng máy chưng mà không xác định xác vị trí vùng phổ truyền qua theo chủ định đặt ban đầu người lập trình Màng TiO2/TiN/TiO2 thỏa mãn tính chất gương nóng truyền qua, cụ thể truyền qua 40% vùng khả kiến có phản xạ đỉnh giao thoa cực đại 70% vùng bước sóng từ 800nm trở Loại màng ứng dụng làm cửa kính cho tòa cao ốc vùng khí hậu nhiệt đới Màng đa lớp TiO2(ngoài)/TiO2(đệm)/Ti/Ag/Ti/TiO2(trong) màng đa lớp TiO2(ngoài)/TiO2(đệm)/TiN/Ag/TiN/TiO2(trong) thỏa mãn tính chất gương nóng truyền qua, cụ thể có độ truyền qua đỉnh giao thoa cực đại 80% vùng khả kiến có độ phản xạ đỉnh giao thoa cực đại 80% vùng bước sóng từ 800nm trở Hai loại màng ứng dụng làm cửa kính cho tòa cao ốc vùng khí hậu ôn đới Màng tạo vừa có tính chất gương nóng vừa có tính quang xúc tác tốt Vấn đề quan trọng công nghệ chế tạo hai lọai màng khắc phục khuếch tán oxy từ lớp điện môi vào màng Ag, oxy hóa trực tiếp Ag trình tạo màng TiO2(ngoài), nhờ lớp Ti TiN (dày 2nm) Ngoài ra, TiN lớp chắn khuếch tán ngăn oxy hóa lớp Ag tốt so với Ti Lớp TiO2(đệm) đóng vai trò quan trọng nhằm bảo vệ lớp Ti TiN không bị oxy hóa hoàn toàn trình tạo màng 147 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Cao Thị Mỹ Dung (2006), Chế tạo màng dẫn điện suốt ZnO-Ga phương pháp phún xạ Magnetron, Luận văn cao học, ĐH Khoa học Tự nhiên TPHCM, GVHD GS Nguyễn Hửu Chí Đào Vĩnh Ái (2004), Hoàn thiện quy trình chế tạo màng ZnO:Al ứng dụng cho máy chưng cất nước lượng mặt trời, Luận văn cao học, ĐH Khoa học Tự nhiên TPHCM, GVHD PGS Trần Tuấn Hồ Văn Bình (2004), Tạo màng gương nóng truyền qua phương pháp phún xạ Magnetron DC có diện tích màng lớn, Luận văn cao học, ĐH Khoa học Tự nhiên TPHCM, GVHD GS Nguyễn Hửu Chí Lê Trấn, Nguyễn Duy Nhuận, Ngô Hùng Cường, Nguyễn Hửu Chí, Trần Tuấn, “Màng Gương Nóng Truyền Qua Quang Xúc Tác TiO2/TiN/TiO2” ,Hội Nghị Vật Lí Chất Rắn Toàn Quốc Lần Thứ - Vũng Tàu 12-14/11/2007 Lê Trấn, Nguyễn Hửu Chí, Trần Tuấn, Hồ Văn Bình (2004), “Nghiên cứu chế tạo màng dẫn điện suốt ZnO:Al phương pháp phún xạ magnetron d.c”,Tạp chí Phát triển Khoa học & Công nghệ ĐHQG - Tp.HCM Tập (6), trang 11-15 Lê Trấn, Nguyễn Hửu Chí, Trần Tuấn (2004), “Sự thành lập ion âm oxygen hệ phún xạ magnetron d.c với bia ZnO”, Tạp chí Phát triển Khoa học & Công nghệ ĐHQG - Tp.HCM Tập (1), trang 11-15 Lê Trấn, Trần Văn Phương, Trần Tuấn, Nguyễn Hửu Chí (2008), “Nghiên cứu chế tạo màng TiN phương pháp phún xạ phản ứng magnetron d.c”,Tạp chí Phát triển Khoa học & Công nghệ ĐHQG - Tp.HCM Tập 11 (10), trang 51-59 Lê Văn Hiếu, Đào Vĩnh Ái, Hồ Văn Bình, Nguyễn Hửu Chí, Trần Tuấn (2005), “Hoàn thiện qui trình tạo màng ZnO:Al với kích thước lớn”, Tạp chí Phát triển Khoa học & Công nghệ ĐHQG - Tp.HCM Tập (3), trang 29-34 148 Lê Văn Hiếu, Đào Vĩnh Ái, Nguyễn Hửu Chí, Trần Tuấn (2005), “Chế tạo máy chưng cất nước lượng mặt trời với màng gương nóng truyền qua ZnO:Al”, Tạp chí Phát triển Khoa học & Công nghệ ĐHQG - Tp.HCM Tập (4), trang 28-33 10 Lê Vũ Tuấn Hùng (2007), Nghiên cứu chế tạo màng chống phản xạ vật liệu TiO2 SiO2, Luận án tiến sĩ, ĐH Khoa học Tự nhiên TPHCM, GVHD GS Nguyễn Văn Đến PGS Huỳnh Thành Đạt 11 Nguyễn Duy Nhuận (2008), màng gương nóng truyền qua quang xúc tác TiO2/TiN/TiO2, Khóa luận tốt nghiệp , ĐH Khoa học Tự nhiên TPHCM, GVHD Lê Trấn 12 Nguyễn Hửu Chí (2003), Điện động lực học, NXB Đại học Quốc gia Tp.HCM 13 Nguyễn Minh Quang (2007), Nghiên cứu tính chất quang điện màng TiN, Khóa luận tốt nghiệp , ĐH Khoa học Tự nhiên TPHCM, GVHD Lê Trấn 14 Nguyễn Trung Thành (2008), màng gương nóng truyền qua quang xúc tác TiO2/Ag/TiO2, Khóa luận tốt nghiệp , ĐH Khoa học Tự nhiên TPHCM, GVHD Lê Trấn 15 Vũ Thị Hạnh Thu (2005), “Pin mặt trời màng mỏng (ZnO:Al)/p-Si (111) tạo phương pháp phún xạ Magnetron DC”, Tạp chí Phát triển Khoa học & Công nghệ ĐHQG - Tp.HCM Tập (6), trang 5-10 16 Vũ Thị Hạnh Thu, Nguyễn Hửu Chí, Trần Tuấn, Văn Hồng Khôi, Nguyễn Chí Tâm, Phạm Kim Ngọc (2007), Nghiên cứu chế tạo màng quang xúc tác TiO2 phương pháp phún xạ phản ứng magnetron d.c, Hội nghị Quang học Quang phổ Toàn quốc - lần IV, Cần Thơ, tháng 8-2006 149 Tiếng Anh: 17 Ai Vinh Dao, Le Tran, Tran Tuan , Nguyen Huu Chi , Kyunghae Kim, Jaehyeong Lee, Sungwook Jung, N Lakshminarayanand Junsin Yi (2008), “Electrical and optical studies of transparent conducting ZnO:Al thin films by magnetron dc”, J Electroceram 10.1007/s10832-008-9466-6 http://www.springerlink.com/content/114r78v1g3821963/fulltext.pdf 18 Akira Fujishima, Tata N Rao, Donald A.Tryk (2000), “Titanium dioxide photocatalysis”, Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 1, pages 1-21 19 Angadi M A , Nallamshetty K (1989), Journal Of Materials Science Letters 8, 391-394 20 Armigliato A., Celotti G., Garulli A., Guerri S., Ostoja P., Rosa R and Martinelli G (1982), Thin Solid Films 92, 341 21 Asamaki T., Hakumaku Sakusei No Kiso (1991), ed Hujiyoshi T., The Nikkan Kogyo Shimbun, LTD, 2nd, ed., chapter 8, p.160 22 Badeker K (1907), Annals of Physics 22, 749 23 Bogner G (1961), The Physics and Chemistry of Solids 16, 235 24 Buhl R., Pulker H K., and Moll E (1981), Thin Solid films 80, 265 25 Bunshah F and Deshpandey C (1987), Physics of Thin Films Vol 13, eds Francombe M H and Vossen J L., Academic Press, New York 26 Burstein L (1954), Physical Review 93, 632 27 Carp O., HuismanC.L., RellerA (2004), “Photoinduced Reactivity of titanium dioxide“, Progress in Solid State Chemistry 32, pp 33-177 28 Cebulla R., Wendt R., and Ellmer K (1998), Journal of Applied Physics 83 (2), 1087-1095 29 Chapman B (1980), Glow Discharge Processes, John Wiley & Sons, New York 30 Cheng C.C., Erdemir A., Fenske G.R (1989), Surf and Coat Technol 139/40, 365 150 31 Cheng-Chung Lee (1996), “Optical Monitoring of Silver-based Transparent Heat Mirrors”, Applied Optics Vol.35, No.28, pages 5698-5703 32 Choi B H., Im H B., Song J S., and Yoon K H (1990), Thin Solid Films 193/194, 712-720 33 Chopra K L and Das S R (1983), Thin Film Solar Cells, Plenum Press, New York, NY 34 Chopra K L., Major S., and Pandya D K (1983), Thin Solid Films 102, 1-46 35 Chou W., Yu G., Huang J., (2000), Surf and Coat Technol 140, 206 36 Coutts T J., Young D L., and Li X (2000), MRS Bulletin 25 (8), 58-65 37 Craciun V., Elders J., Gardeniers J G E., Geretovsky J., and Boyd I W (1995), Thin Solid Films 259 (1), 1-4 38 Cullity B D (1978), Elements of X-Ray Diffraction, Addision – Wesley Publishing Company, Inc., USA 39 Cuomo J J., Gambino R J., Harper J M E., and Kuptsis J D (1977), IBM Journal of Research and Development 21, 580-583 40 De Rooij A.(1989), ESA Journal Vol 13, p 366 41 Del Re M., Gouttebaron R (2004), Coatings Tech 180-181, 488-495 42 Del Re M., Dauchot J P and Hecq M (2005), Surface and Coatings Technology Vol 200, issues 1-4, October, pages 94-99 43 Demian S E (1994), Journal of Materials Science: Materials in Electronics (1), 360-363 44 Diana Mardare, Rusu G.I (2002), “The influence of heat treatment on the optical properties of titanium oxide thin films”, Materials Letters 56, pp 210-214 45 Diebold U (2003), Surface Science Reports, 48, 53-229 46 Durrani S.M.A., Khawaja E.E, Al-Shukri A.M., Al-Kuhaili M.F (2004), Energy and Buildings 36, 891-898 47 Durusoy H.Z., Duyar O., Aydnl A (2003), Ay F., Vacuum 70, 21 151 48 Edward Palik (1985), HandBook of Optical Constant of Solid, Academic Press, Boston, USA 49 Ehrenreich H and Phillip H R (1962), Phys Rev 128, 1622 50 Ellmer K (2000), Journal of Physics D: Applied Physics 33 (4), 17-32 51 Ellmer K., Kudella F., Mientus R., Schieck R., and Fiechter S (1994), Thin Solid Films 247, 15-23 52 Ellmer K., Kudella F., Mientus R., Schieck R., and Fiechter S (1993), Applied Surface Science 70/71, 707-11 53 Enoki H., Nakayama T., and Echigoya J (1992), Physica Status Solidi A 129 (1), 181-191 54 Eufinger K., Poelman D., Poelman H., De Gryse R., Marin G.B (2007), Applied Surface Science 55 FAN J.C.C and BACHNER F.J., (1976), “ibid”, 15, 1012 56 Fark H., Chevallier J., Reichelt K., Dimigen H and Hiibse H (1983), Thin Solid Films 100, 193 57 Gabrial, H M (1983), in T Takagi (ed.) Proc Int Ion Engineering Congress, ISIDT Tokyo (Japan), 1311 58 Gerlach J.W., Kraus T., Sienz S., Moske M., Zeitler M., and Rauschenbach B (1998), Surface and Coating Tech 103-104, 281 59 Ginley D S and Bright C (2000), MRS Bulletin 25 (8), 15-18 60 Gordon R G (2000), MRS Bulletin 25 (8), 52-57 61 Grove W R (1852), Philoshphical Transaction of the Royal Society 142 (78) 62 Hagen E and Rubens R (1903), Ann Phys 11, 873 63 Harper J M E., Cuomo J J., Gambino R J., Kaufman H R., and Robinson R S (1978), Journal of Vacuum Science and Technology 15 (4), 1597-1600 64 Hartnagel H (1995), Semiconducting Transparent Thin Films, Institute of Physics Publications, Philadelphia, PA 152 65 Hass G., Heaney J B , and Hunter W R (1982), Physics of Thin Films Vol 12, eds Hass G., Francombe M H., and Vossen J L., Academic Press, New York 66 Hass G., Ritter E (1967), J Vac Sci Tech 4, 71 67 Hatscheck R L., Mach A.M., (1983), Special Report No 752, pp 129 68 Heavens O S (1991), Optical Properties of Thin Solid Films, Dover Publications, NewYork 69 Hibbs M.K., Sundgren J.E., Jacobsson B E and Johansson B.O (1983), Thin Solid Films 107, 149 70 Hinze J., Ellmer K., (2000), J applied physics 88, 2443-2450 71 Holland L and Siddall G (1955), Vacuum III 72 Hu J and Glordon R G (1992), Journal of Applied Physics 72 (11), 5381-5392 73 Hu J and Glordon R.G (1990), Solar Cells 30 (1-4), 437-450 74 Hu J and Glordon R.G (1992), Journal of Applied Physics 71 (2), 880-890 75 Hu J and Glordon R.G (1993), Proceedings of Fall Materials Research Society:Microcrystalline Semiconductors: Materials Science and Devices Symposium,Boston, MA 76 Huang J.H., Lin C.H (1999), Chen H., Materials Chemistry and Physics 59, 49 77 Hummel R E (1993), Electronic Properties of Materials, Second ed SpringerVerlag, Berlin 78 Igasaki Y and Mitsuhashi H (1980), Thin Solid Filrns 70, 17 79 Jäger S., Szyszka B., Szczyrbowski J., and Bräuer G (1998), Surface and Coatings Technology 98 (1-3), 1304-1314 80 Jang-Hoon Lee, Seung-Hyu Lee and Chang Kwon Hwangbo (2004), Journal of the Korean Physical Society Vol 44, No 3, March, pp 750-756 81 Jin Z.C., Hamberg I., and Granqvist C G (1988), Journal of Applied Physics 64, 5117-31 153 82 Johansson B.O., Sundgren J.E., Greene J E., Rockett A and Barnett S A (1985), J Vac Sci Technol A, 3, 303 83 Kawasaki H., Ohshima T., Yagyu Y., Suda Y., Khartsev S I., Grishin A M (2008), Journal of Physics: Conference Series 100, 012038 84 Kawazoe H., Yanagi H., Ueda K., and Hosono H (2000), MRS Bulletin 25 (8), 28-36 85 Kester D J and Messier R (1993), Journal of Materials Research (8), 1928-1937 86 Kester D J and Messier R (1993), Journal of Materials Research (8), 1938-1957 87 Kim H., Piqué A., Horwitz J.S., Murata H., Kafafi Z.H., Gilmore C.M., Chrisey D.B (2000), Thin Solid Films 377-378, 798-802 88 Kim J S., Marzouk H A., Reucroft P J., and Hamrin Jr C E., (1992), Thin Solid Films 217 (1), 133-137 89 Kim N.Y., Son Y.B., Oh J.H., Hwangbo C.K., Park M.C (2000), Surf and Coat Technol 128-129, 156 90 Kittel C (1986), Introduction to Solid State Physics, John Wiley & Sons, Inc., NewYork 91 Kluth O., Rech B., Houben L., Wieder S., Schöpe G., Beneking C., Wagner H., Löffl A., and Schock H W (1998), Proceedings of the 2nd International Conference Coating Glass, Saarbücken, Germany 92 Konishi R., Noda K., Harada H., and Sasakura H (1992), Journal of Crystal Growth 117, 939-942 93 Köstlin H And Frank G (1982), Thin Solid Films 89, 287-293 94 Lampert C.M (1979), “Solar Energy Mater”, 1, 319 95 Leng J.M., Chen J., Fanton J., Senko M., Ritz K., Opsal J (1998), Thin Solid Films 313-314, 308 96 Lewis B G and Paine D C (2000), MRS Bulletin 25 (8), 22-27 154 97 Li S S (1993), Semiconductor Physcial Electronics, Plenum Press, New York 98 Logothetidis S., Alexandrou I., Kokkou S (1996), Surf and Coat Technol 80, 66 99 Lou H.Q., Axén N., Somekh R.E., Hutchings I.M (1997), Surface and Coatings Technology 90, 123-127 100 Lytle W O., (1951), Patent# 2,566,346, USA 101 Maheo D., Poitevin J.M (1992), Thin Solid Films, 215, 102 Major S., Banerjee A., and Chopra K L (1984), Thin Solid Films 122, 31 103 Maniv S., Miner C J., and Westwood W D (1983), Journal of Vacuum Science and Technology A (3), 1370-1375 104 Martin D.C and BELL R (1960), “in Proceeding of Conference on Coatings for the Aerospace Environment”, Dayton, Ohio, WADD-TR-60-TB 105 Martin-palma R.J (1998), “Accurate determine of the optical constants of sputter-deposited Ag and SnO2 for low emissivity coating”, J.Vac.Sci.Technol A Vol.16,No.2,mar/Apr,pages 409-412 106 Masato Tazawa, Masahisa Okada, Kazuki Yoshimura, Shunjiro Ikezawa (2004), Solar Energy Materials & Solar Cells 84,159–170 107 Matthews A and Sundquist H.A (1983), Proc Int Ion Engineering Congress, ISIAT 83 and IPAT 83, 1201 108 Mattox D M (1963), J Appl Phys 63, 2493 109 Mattox, D M (1976)., “Optical Materials for Solar Energy Applications,” Optics News 3, 12 110 Mauch R H and Schock H W (1991), Proceedings of the Tenth E.C Photovoltaic Solar Energy Conference, Lisbon, Portugal 111 Mayer J W and Lau S S (1990), Electronic Materials Science: For Integrated Circuits in Si and GaAs (Macmillan Publishing Company, New York 155 112 McGraw J M., Parilla P A., Schulz D L., Alleman J., Wu X., Mulligan W P., Ginley D S., and Coutts T J (1995), Proceedings of Spring Materials Research Society Conference: Film Synthesis and Growth Using Energetic Beams Symposium, San Francisco, CA 113 McMaster H A (1947), Patent# 2,429,420, USA 114 Meng L., Azevedo A., Santos M P (1995), Vacuum 46 (3), 233 115 Menner R., Schäffler R., Sprecher B., and Dimmler B (1998), Proceedings of the 2nd World Conference Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conference 116 Minami T (2000), MRS Bulletin 25 (8), 38-44 117 Minami T., Nanto H., and Takata S (1984)., Japanese Journal of Applied Physics Part 2:Letters 23, 280 118 Minami T., Nanto H., and Takata S (1982), Applied Physics Letters 40 (10), 961-3 119 Minami T., Nanto H., Shooji S., and Takata S (1984), Thin Solid Films 111 (2), 167-174 120 Minami T., Oohashi K., Takata S., Mouri T., and Ogawa N (1990), Thin Solid Films 193/194, 721-729 121 Minami T., Sato H., Nanto H., and Takata S (1985), Japanese Journal of Applied Physics 24 (10), 781-784 122 Minami T., Sato H., Sonoda T., Nanto H., and Takata S (1989), Thin Solid Films 171, 307-311 123 Minami T., Sonohara H., Takata S., and Sato H (1994), Japanese Journal of Applied Physics Part 2: Letters4 33, 1693 124 Mitra P., Chatterjee A P., and Maiti H S (1998), Materials Letters 35, 33-38 125 Mochel J M (1947)., Patent# 2,564,706, USA 126 Mochel J M (1951), Patent# 2,564,707, USA 156 127 Mott N F (1990), Metal-insulator Transitions, 2nd ed (Taylor & Francis, New York) 128 Musil J (2000), Surface and Coating Tech 125, 341 129 Nakada T., Murakami N., and Kunioka A (1994), Proceedings of the 12th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Amsterdam, Netherlands 130 Nakamura K., Inagawa K., Tsuruoka K., and Komiya S (1977), Thin Solid Films 40, 155 131 Narayan J., Tiwari P., Singh J., Chowdhury R., and Zheleva T (1992), Appl Phys Lett 61, 1290 132 Nelkel A., Freer R (1990), The Physics and Chemistry of Carbides; Nitrides and Borides, Kluwer Academic Publishers, Netherlands, p.485 133 Nokik A J and Haacke G (1976), Patent# 3,957,029, USA 134 Nozik A J (1974), Patent# 3,811,953, USA 135 Ohring M (1992), The Materials Science of Thin Films, Academic Press, Inc., London 136 Park K C., Ma D Y (1997), Thin Solid Films 305, 201-209 137 Patsalas P., Charitidis C., Logothetidis S (2000), Surf and Coat Technol., 125, 335 138 Pecz B., Frangis N., Logothetidis S., Alexandrou I., Barna P.B and Stoemenos J (1995), Thin Solid Films 268, 57 139 Pelizzetti E and Minero C (1993), “Mechanism of the photo-oxidative degradation of organic pollutants over TiO2 particles,” Journal Electrochimica Actica Vol 38, pp 47-55 140 Pelleg Joshua, Zevin L.Z and Lungo S (1991), Thin Solid Films 197, 117 141 Perry A J and Pulker H P., (1985), Thin solid films 124, 323 142 Petritz R L (1956), Physical Review 104 (6), 1508-16 157 143 Poitevin J.M., Lemperiere G and Tardy J (1982) , Thin Solid Films 97, 69 144 Prieto P and Kirby R E (1995), J Vac Sci & Technol A 13, 2819 145 Pulker H K (1984), Coatings on Glass, Elsevier, New York 146 Qiu S N., Qiu C X., and Shih I (1987), Solar Energy Materials 15, 261-267 147 Reddy G.L.N., Ramana J.V., Sanjiv Kumar, Vikram Kumar S., Raju V.S (2007), Applied Surface Science 253, 7230–7237 148 Reddy G.L.N., Ramana J.V., Sanjiv Kumar, Vikram Kumar S., Raju V.S (2007), Applied Surface Science 253, 7230–7237 149 Reichrudel E M., Smirnitskaya G.V., Nguyen Huu Chi (1967), 8-th internat Confer on phenomena in ionized gases Vienna Austria, p.187 150 Rickerby D S., Jones A M and Bellamy B A (1989), surface and coating technologys 37, 111 151 Roquiny P., Mathot G., Tewagne G., Bodart F., and Van Den Brande P (2000), Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Section B 161-163, 600 152 Rothenberger, G., Moser, J., Gratzel, M., Serpone, N and Sharma D K., (1985) “Charge carrier trapping and recombination dynamics in small semiconductor particles,” Journal of the American Chemical Society Vol 107, pp 8054-8059 153 Roy Morrison S (1997), The Chemical Physics of surfaces, P 313 154 Sarkar A., Ghosh S., Chadhuri S., and Pal A K (1991), Thin Solid Fillms 204 (1), 255-264 155 Sato H., Minami T., Takata S., Mouri T., and Ogawa N (1992), Thin Solid Films 220, 327-332 156 Sato H., Minami T., Takata S., Mouri T., and Ogawa N (1994), Thin Solid Films 246 (1-2), 86-91 157 Schmid P.E., Sunaga M.S., Levy F (1998), J Vac Sci Technol A 16(5), 2870 158 Shenhar A., Gotman I., Radin S., Ducheyne P., and Gutmanas E.Y (2000), Surface and Coating Tech 126, 210 158 159 Shimizu Y and Egashira M (1999), Materials Research Society Bulletin 24 (6), 18-24 160 Shirakawa H., Komiyama H (1999), J Nanoparticle Research 1, 17 161 Shuichi Kanamori (1986), Thin Solid Films 136, 195-214 162 Smith D M (1995), Thin-Film Deposition , McGraw-Hill, Inc., New York 163 Smith G.B., Swift P.D., Bendavid A (1999), Applied Physics Letters 75 (5), 630-632 164 Solar Energy Material & Solar Cells 84, 159-170 (2004) 165 Srikant V., Sergo V., and Clarke D (1995), Journal of the American Ceramic Society 78 (7), 1931-4 166 Sundgren J.E., Johansson B.O., Karlsson S.E and Hentzell H T G., (1983), Thin Solid Films 105, 367 167 Swanepoel R (1983), J Phys.E Sci Instrum Vol 16, P 1214 – 1222 168 Tarniowy A., Mania R., Rekas M., (1997), Thin Solid Films 311, 93 169 Tepper T., Shechtman D., Van Heerden D., Hosell D (1997), fcc titanium in titanium/ silver multilayers, Materials Letters 33, 181-184 170 Timothy J Coutts, David L Young, and Xiaonan Li (2000), MRS BULLETIN/AUGUST 171 Tominaga K., Kuroda K., and Tada O (1988), Japanese Journal of Applied Physics 27 (7), 1176-1180 172 Tominaga K., Murayama T., Sato Y., and Mori I (1999), Thin Solid Films 343-344, 81-84 173 Tominaga K., Umezu N., Mori I., Ushiro T., Moriga T., and Nakabayashi I (1998), Thin Solid Films 334, 35-39 174 Tominaga K., Yuasa T., Kume M., and Tada O (1984), Japanese Journal of Applied Physics Part 23 (7), 936-937 159 175 Torok E and Perry A J., (1987), Thin solid films 153, 37 176 Toth L E (1971), Transitional metal carbides and nitrites, Academic press, Newyork 177 Turchi C and Ollis D (1990), “Photocatalytic degradation of organic water contaminant: mechanisms involving hydroxyl radical attack,” Journal of Catalysis Vol 122, pp 178-192 178 Vaidyanathan Subramanian, Photoelectrochemical And Photocatalytic Aspects Of Semiconductor – Metal Nanocomposites Semiconductor – Metal Nanocomposites, Degree of Doctor of Philosophy Notre Dame, Indiana April 2004 179 Van Vlack L H (1990), Elements of Materials Science and Engineering, 6th ed.(Addison-Wesley, New York 180 Venkataraj S., Kappertz O., Weis H., Dress R., Jeyavel R., and Wuttig M (2002), "structural and optical properties on thin zirconium oxide films prepared by reactive direct current magnetron sputtering", J Appl Phys 92(5), 3599 - 3607 181 Vershinin N., Filomov K., Straumal B., Gust W., Wiener I., Rabkin E., and Kazakevich A (2000), Surface and Coating Technol 125, 229 182 Vijayakumar P S., Blaker K A., Weiting R D., Wong B., Halani A T., and Park C (1988), Patent# 4,751,149, USA 183 Volvada V., Kuzel R., Jr., Cerny R (1988), J Musil thin solid films, 156, 53 184 Von Seefeld H., Cheung N W., Mäienpää M and Nicolet M.A (1980), IEEE Trans Electron Devices 27, 873 185 Wang K W and Seo Y W (1993) , J Vac Sci Technol A 11, 1496 186 Wittmer M., Studer B., and Melchiar H (1981), J Appl Phys 52, 5722 187 Xu et al (2006), J Zhejiang Univ SCIENCE A 7(3):472-476 188 Yamamura Y and Itoh N (1989), in Ion Beam Assisted Film Growth, ed by Itoh T., Chapter 4, Copyright Elsevier 160 189 Yamazaki S., Matsunaga S and Hori K (2001) “Photocatalytic degradation of trichloroethylene in water using TiO2 pellets”, Water Resources Vol 35, pp 1022-1028 190 Young D L., Coutts T J., and Kaydanov V I, Gilmore A S., and Mulligan W P (2000), Journal of Vacuum Science & Technology A 18 (6), 2978-85 191 Young D L., Coutts T J., and Kaydanov V I (2000), Review of Scientific Instruments 71 (2), 462-6 192 Young Eui Lee, Soo Gil Kim, Young Jil Kim and Hyeong Joon Kim (1997), J Vac Sci Technol A 15(3), P.1194 – 1199 193 Zafar S., Ferekides C S., and Morel D L (1994), Proceedings of 1994 IEEE 1st World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Waikoloa, HI, USA 194 Zega B., Kormann M., and Amiguet J (1977), Thin Solid Films 54, 577 195 Zhang D H and Ma H L (1996), Applied Physics A 62 (5), 487-92 196 Zhang D.H., Yang T.L., Wang Q.P., Zhang D.J (2001), Materials Chemistry and Physics 68, 233-238 197 Zhang S B., Wei S.-H., and Zunger A (2001), Physical Review B 63 (7), 63-69 198 Zhao L., Yu Y., L Song X, Hu X F., Larbot A (2005), Appl Surf Sci 239, 285 [...]... 3 Qua tất cả những cơ sở lý luận trên, mục đích đặt ra trong luận án gồm những công việc sau: 1 Nghiên cứu chế tạo màng dẫn điện trong suốt ZnO pha tạp nhôm (AZO) 2 Nghiên cứu tính chất quang và điện của màng TiN 3 Nghiên cứu tính chất quang xúc tác của màng TiO2 4 Mô phỏng lý thuyết bài toán tổng quát hệ màng đa lớp từ lý thuyết Fresnel 5 Nghiên cứu chế tạo màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 6 Nghiên cứu chế. .. chế tạo màng TiO2(ngoài)/ TiO2(đệm)/Ti/Ag/Ti/TiO2(trong) 7 Nghiên cứu chế tạo màng TiO2(ngoài)/ TiO2(đệm)/TiN/Ag/TiN/TiO2(trong) Trong luận án này, chúng tôi nghiên cứu một chuỗi màng gương nóng truyền qua có mối liên hệ chặt chẽ nhau Cái sau bổ sung những thiếu sót của cái trước, nhằm tạo ra một hệ thống các màng gương nóng có khả năng ứng dụng rộng ứng với từng nhu cầu riêng Thật vậy, màng gương nóng. .. lớn, tán xạ quá lớn do phản xạ cao có thể hình thành Điều này xảy ra trong màng được lắng đọng bằng phương pháp phún xạ phản ứng, thể hiện qua sự chuyển tiếp từ màng đục đến màng trong suốt với áp suất riêng phần của oxy tăng trong khi phún xạ [52] Truyền qua trong vùng khả kiến kém thường do hấp thụ khuyết Hình 1.6: Minh họa dịch chuyển Burstein-Moss 1.3 TỔNG QUAN VỀ TiO2 1.3.1 Tính chất của màng TiO2... (1.8) Chiết suất của màng oxít mỏng cũng ảnh hưởng bởi thành phần các nguyên tố, sai hỏng, tạp pha vào màng, tinh thể của màng hay các loại liên kết Một số màng điện môi như SnO2, CeO2, WO3… có độ truyền qua cao trong vùng khả kiến và có chiết suất lớn như màng TiO2, thích hợp làm màng khử phản xạ trong các thiết bị quang học, trong hệ thống màng gương nóng truyền qua đa lớp Trong các màng điện môi kể... liệu Phương pháp chế tạo Tài liệu tham khảo SnO2:Sb Phun nhiệt phân [124] SnO2:Cl Phun nhiệt phân [113] SnO2:F Phun nhiệt phân [100] In2O3:Sn Phun nhiệt phân [126] In2O3 Lắng đọng phún xạ [179] Cd2SnO4 Lắng đọng phún xạ [134] Cd2SnO4 Phun nhiệt phân [133] ZnO:In Phun nhiệt phân [112] ZnO:Al Lắng đọng phún xạ [117] ZnO:In Lắng đọng phún xạ [147] ZnO:B Lắng đọng hóa học [182] ZnO:Ga Lắng đọng phún xạ [32]... gương nóng truyền qua AZO phản xạ hồng ngoại từ bước sóng 1400 nm trở đi Màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2 bổ sung thiếu sót của màng 4 AZO, phản xạ hồng ngoại từ bước sóng 800 nm trở đi, nhưng truyền qua trong vùng khả kiến khoảng 40% Màng TiO2(ngoài)/TiO2(đệm)/Ti/Ag/Ti/TiO2(trong) và màng TiO2(ngoài)/TiO2(đệm)/TiN/Ag/TiN/TiO2(trong) có độ phản xạ hồng ngoại từ bước sóng 800 nm trở đi, truyền qua trong vùng... thời gian Bảng (1.4) đưa ra tập hợp tính chất điện của ZnO pha tạp được lắng đọng bằng phún xạ magnetron 18 Bảng 1.4: Dữ liệu về tính chất điện của ZnO được tạo bằng phương pháp lắng đọng phún xạ với các loại tạp pha vào khác nhau ρ (x10-4 ) n (x1020) (Ω·cm) (cm-3) 4.2 2.6 µ (cm2/V·s) 5.7 Tài liệu tham khảo Tạp Bia phún xạ Al Zn:Al Al Zn:Al 4 4.9 32 [79] Al ZnO:Al2O3 7.7 4.2 19.5 [115] Ga ZnO:Ga2O3... ⎜⎜ p ⎟⎟ − 1 ≈ p ε ∞1 / 2 ω ⎝ω ⎠ (1.29) khi bề dày của màng lớn hơn bề dày lớp da δ thì hệ số phản xạ sẽ là: R =1− 2 ω pτε ∞1 / 2 Hệ số phản xạ R lớn và độc lập với bước sóng (c) Vùng truyền qua ω > ω p : (1.30) 12 Trong vùng này, phần thực ε ' (trong phương trình 1.13) có giá trị dương và công suất phản xạ sẽ cực tiểu; màng truyền qua toàn phần Phương trình (1.13) và (1.14) trở thành: ⎛ ⎛ ω ⎞2 ⎞ ε... màng TiO2 Vật liệu màng được đặc trưng bởi hệ số tắt k và chiết suất n, ở đó hệ số tắt được cho bởi phần ảo của chiết suất phức Nói chung, tính chất quang học của màng mỏng 26 khác tính chất quang của vật liệu khối Giá trị chiết suất của màng sẽ thấp hơn và hệ số tắt sẽ cao hơn so với hằng số quang học của cùng vật liệu khối Hơn nữa, tính chất màng ảnh hưởng mạnh bởi phương pháp chế tạo và điều kiện... Trải qua nhiều năm, hàng loạt những nghiên cứu đã được thực hiện để cải thiện tính chất quang và điện, và có một số công trình đã được thực hiện trên TCO một cách tổng quát [34,59,64], đặc biệt là ZnO [50] Như một loại vật liệu phổ biến, oxít dẫn điện trong suốt được làm từ oxít kim loại hai hay đa thành phần Màng TCO được chế tạo từ nhiều phương pháp khác nhau như phun nhiệt phân, lắng đọng phún xạ,