Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang điện của màng trong suốt loại P dựa trên nền vật liệu SnO2 tt

Trong số các TCO loại p, màng SnO2 được nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam, và chưa được nhiều tác giả quốc tế công bố, đề tài này bổ sung những hạn chế của các nghiên cứu quốc tế như giải t

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẶNG HỮU PHÚC

QUANG ĐIỆN CỦA MÀNG TRONG SUỐT

2

Công trình được hoàn thành tại: Đại học Khoa Học Tự Nhiên Thành ph ố Hồ Chí Minh

Người hướng dẫn khoa học:

1 HDC: PGS.TS Lê Văn Hiếu

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1 Thư viện Tổng hợp Quốc gia Tp.HCM

2 Thư viện trường Đại học Khoa học Tự Nhiên-HCM

1

M Ở ĐẦU

Thiết bị điện tử truyền thống dựa trên tiếp giáp bán dẫn còn bị hạn chế, không đáp ứng đầy đủ cho những thiết bị thông minh tương lai, do tồn tại các lớp vật liệu không trong suốt, chính vì vậy mục tiêu khoa học của công nghệ mới là khám phá, hiểu và bổ sung những vật liệu điện tử công năng cao trong suốt Trong nhiều thập kỷ qua, các loại vật liệu khả dụng cho những ứng dụng thiết bị điện tử trong suốt

đã phát triển đáng kể, đặc biệt ôxit dẫn điện trong suốt loại n được thống trị bởi ứng dụng rộng của chúng như là màn chắn tĩnh điện, màn hiển thị phẳng, tế bào năng lượng mặt trời, cửa sổ thông minh…

Vì vậy vật liệu mới (ôxit dẫn điện trong suốt loại p) được quan tâm nghiên

cứu kết hợp với ôxit bán dẫn loại n còn thụ động để tạo ra thiết bị điện tử trong suốt hoàn hảo và chủ động Những ứng dụng kết hợp đem lại thuận lợi cho TCO như những nhân tố chủ động, tạo nên những thiết bị điện tử trong suốt như điện thoại thông minh trong suốt, tivi trong suốt, pin ion Lithium trong suốt

Trong những năm trở lại đây, tất cả những tiếp xúc p-n trong suốt đã được nghiên cứu sử dụng như ôxit cơ bản CuI loại p, hợp chất (CuMO2, M¼ Cr, B, Sc, Y,

In, Ga) [9–16] và SrCu2O2[17-18] và ZnO loại p Nghiên cứu đầu tiên bởi Kawazoe et al

đã thúc đẩy sự quan tâm đến ôxit cơ bản CuI, cùng với các khoáng chất khác (CuMOI, M ¼ Cr, B, Sc, Y, In, Ga) và SrCu2O2 được xác định là TCOs loại p Tuy nhiên, kết quả của những nghiên cứu điều có điện trở suất thấp do mức acceptor ở mức tâm sâu [19–21] Do những hạn chế của vật liệu delafositte, ZnO pha tạp N hoặc đồng pha tạp kim loại nhóm III và N đã được quan tâm nghiên cứu, nhưng kết quả không như mong muốn vì tính chất điện kém bền do tạp acceptor giảm dần theo thời gian

SnO2 pha tạp các cation như Lithium (Li) [2, 24, 71], Galium (Ga) [26, 104, 115, 117], Indium (In) [103, 126], Alimium (Al) [72, 93], Atimony (Sb) [25, 42, 92], Zinc (Zn) [41, 48, 53, 54],

và ainon như Nitơ [91, 95] - là vật liệu trong suốt loại p đầy hứa hẹn Trong các nguyên

tố tạp kể trên, tạp N khó có thể hoạt hóa thành acceptor vì theo lý thuyết năng lượng hình thành Sn-N cao hơn Sn-O [90], còn tạp kim loại nhóm I dễ gây lệch mạng khi chúng thay thế Sn do bán kính nguyên tử giữa chúng và Sn rất khác nhau Những

2

nguyên tố như Sb, Ga, Zn, và In có bán kính nguyên tử gần với bán kính nguyên tử của Sn, vì thế khi chúng thay thế Sn sẽ ít gây ra sai hỏng trong mạng chủ Hơn nữa, theo giản đồ năng lượng Ellingham [106], năng lượng tự do Gibbs hình thành Ga2O3, ZnO và In2O3 ở nhiệt độ 300 K âm hơn năng lượng tự do Gibbs hình thành nên SnO2

nên khả năng Ga, Zn hay In chèn vào mạng rất lớn

Sự kết hợp giữa màng dẫn điện trong suốt loại p và n góp phần tạo ra những thiết bị điện tử trong suốt trong tương lai không xa, chính vì vai trò của TCO loại p rất quan trọng cho sự tồn tại của các thiết bị quang điện trong suốt, nên chúng được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu Trong số các TCO loại p, màng SnO2 được nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam, và chưa được nhiều tác giả quốc tế công

bố, đề tài này bổ sung những hạn chế của các nghiên cứu quốc tế như giải thích sự tồn tại của mặt mạng SnO2 (101), (211) khi các tạp Zn, In, Ga và Sb được thay thế Sn trong mạng chủ, và xác định sự tồn tại của các tạp này thông qua phổ truyền qua Uv-Vis và phổ quang phát quang, ngoài ra, lượng tạp chất được thay thế Sn được điều chỉnh thông qua thông số chế tạo như nhiệt độ lắng đọng, nhiệt độ ủ, thời gian ủ, đồng thời các thông số chế tạo được chọn một cách có hệ thống và khoa học Phương pháp phún xạ magnetron DC có ưu điểm hơn phún xạ magnetron RF là đơn giản và ít tốn kém, đồng thời có ưu điểm hơn phương pháp sol-gel, phun nhiệt phân là các nguyên tử lắng đọng có động năng được nhận từ động năng của ion khí trơ Vì thế những nguyên tố như Sb vẫn có khả năng thay thế Sn trong mạng chủ mặc dù năng lượng tự do Gibbs của Sb2O3 dương hơn so với SnO2

Vì vậy trong luận án này, màng SnO2 pha tạp các nguyên tố Ga (GTO), Sb (ATO), In (TIO) và Zn (ZTO) được lắng đọng trên đế thạch anh từ phương pháp phún xạ magnetron DC từ bia gốm hỗn hợp giữa SnO2 và Ga2O3, Sb2O3, In2O3 hay ZnO, đồng thời tính chất quang, điện và cấu trúc tinh thể của màng được khảo sát một cách chi tiết nhằm tìm ra loại tạp thích hợp cho tính chất điện loại p SnO2 tối ưu

và mở ra thêm một phương pháp chế tạo để có thêm nhiều lựa chọn cho công nghệ chế tạo bán dẫn sau này

B ố cục luận án:

3

Trong quá trình thực hiện đề tài dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lê Văn Hiếu và TS

Lê Trấn, nghiên cứu sinh đã hoàn thành mục tiêu đề ra Kết quả được trình bày trong luận án bao gồm 5 chương, trong đó chương 1 và chương 2 trình bày tổng quan về vật liệu và các phương pháp thực nghiệm và nghiên cứu Kết quả thực nghiệm được trình bày trong tất cả ba chương 3, 4 và 5 Trong đó, chương 3 trình bày kết quả thực nghiệm của màng SnO2 không pha tạp, kết quả này được sử dụng làm cơ sở để so sánh ảnh hưởng của tạp lên nền chính SnO2 Chương 4 và 5 trình bày kết quả thực nghiệm của màng SnO2 pha tạp loại p và được chia thành hai nhóm, nhóm năng lượng tự do Gibbs ở nhiệt độ 300 K âm hơn năng lượng tự do Gibbs hình thành nên SnO2 bao gồm Ga (GTO), In (TIO), Zn (ZTO) và nhóm còn lại là Sb (ATO)

Chương 1 Tổng quan về vật liệu

Chương 2 Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Nghiên cứu tính chất màng SnO2 không pha tạp

Chương 4 Nghiên cứu tính chất màng SnO2 pha tạp Ga (GTO), In (TIO) và Zn (ZTO) loại p

Chương 5 Nghiên cứu tính chất màng SnO2 pha tạp Sb (ATO) loại p

K ết luận: Trình bày và giải thích các hiện tượng khi có sự tham gia của tạp khi màng

dẫn điện trong suốt SnO2 đạt tính chất điện loại p: hiệu ứng dịch bờ hấp thu tử ngoại, hiệu ứng bù trừ giữa hai loại hạt tải, sự hình thành mặt ưu tiên SnO2 (101), (211)

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU

1.1 Tổng quan về vật liệu

1.1.1 Tình hình nghiên c ứu trong và ngoài nước

Trong các công trình thực nghiệm, các nguyên tố có hóa trị ion kim loại thấp hơn ion Sn4+ như Li+, Zn2+, In3+, Ga3+, Al3+, Sb3+, … thường được sử dụng như là các nguyên tố pha tạp cho màng SnO2 loại p Thật vậy, một số các nguyên tố nhóm III đã được pha tạp thành công trong màng SnO2 và cho kết quả tính chất điện loại p Màng SnO2 pha tạp Sb (ATO) được các nhóm nghiên cứu như Ji và Ni lần lượt chế tạo bằng phương pháp phún xạ phản ứng magnetron DC [125] và phún xạ magnetron RF

[42] Ngoài ra, Ji và các đồng sự cho thấy tính chất điện của màng SnO2 pha tạp In (TIO) loại p, được chế tạo từ phương pháp sol-gel [126] phụ thuộc vào nhiệt độ ủ

4

Trong khi đó màng SnO2 pha tạp Al [72] được Bagheri-Mohagheghi và các đồng sự chế tạo thành công bằng cách sử dụng phương pháp phun nhiệt phân Màng SnO2 đạt được tính chất điện loại p khi pha tạp Ga bằng phương pháp phún xạ phản ứng magnetron RF và phương pháp hóa sol-gel do T Yang [104] và C Y Tsay [4] nghiên

cứu D O Scanlon [10] nghiên cứu mô phỏng màng SnO2 pha tạp Li rất khó đạt tính chất điện loại p do năng lượng hình thành từ sự thay thế Li+bởi Sn4+ (LiSn) cần rất lớn (4,55 eV), trong khi đó ion Li+ dễ dàng nằm ngoài nút mạng do năng lượng hình thành mức donor của chúng rất thấp Tuy nhiên, công trình thực nghiệm của Bagheri-Mohagheghi chế tạo thành công màng SnO2 loại p pha tạp Li [71] bằng phương pháp phun nhiệt phân (spray-pyrolysis) với lượng pha tạp lớn (15% wt Li)

Ngoài các cation kim loại kể trên, anion N3- cũng được pha tạp thành công trongmàng SnO2 và đạt được tính chất điện loại p do Pan và các đồng sự công bố ở công trình [91, 95] Các công trình về màng SnO2 pha tạp loại p được đề cập ở phần trên, cho thấy sự hạn chế về độ linh động của lỗ trống Vì vậy để cải thiện độ linh động màng SnO2 loại p được chế tạo bằng cách đồng pha tạp In và N của tác giả Chantarat [81] hay

In và Ga của tác giả Mao và Ji [86]

Qua các công trình của các tác giả nước ngoài, ngoài tính chất quang, điện và cấu trúc của màng SnO2 loại p phụ thuộc vào các thông số chế tạo màng, phương pháp chế tạo cũng góp phần hạn chế tính chất tối ưu của màng Trong các phương pháp lắng đọng như sol-gel, phun nhiệt phân, màng cần được ủ nhiệt sau quá trình lắng đọng, dẫn đến quá trình tái cấu trúc tinh thể là không tránh khỏi Ngoài ra, các công trình [40, 42, 53, 54] có đề cập đến sự xuất hiện của mặt SnO2 (101), là mặt ưu tiên khi màng đạt được tính chất điện loại p Tuy nhiên, cơ chế hình thành mặt SnO2 (101) chưa được giải thích một cách rõ ràng Vì vậy, trong luận án này tác giả trình bày một cách chi tiết và hệ thống về các thông số tạo màng trong phương pháp phún xạ magnetron DC, cũng như giải thích loại tạp chất trong màng ảnh hưởng đến tính chất quang, điện và cấu trúc tinh thể của màng SnO2 loại p một cách rõ ràng

B ảng 1 Tổng hợp các công trình nghiên cứu màng SnO2 loại p của các tác giả ngoài nước

hạt tải (cm -3 )

Độ linh động (cm 2 V -1 s -1 )

Độ rộng vùng cấm (eV)

1.2.1 C ấu trúc tinh thể SnO 2

SnO2 là tinh thể phân cực bất đẳng hướng

và thường tồn tại dưới dạng cấu trúc tứ giác

rutile như TiO2 và GeO2 trong điều kiện bình

thường Cấu trúc tinh thể tứ giác rutile SnO2

có dạng đối xứng 𝐷𝐷ℎ144 Ô đơn vị của SnO2 được trình

bày ở (Hình 1.1) có các hằng số mạng lần lượt là (a =

0,4738 nm, c = 0,3187 nm)

1.2.2 C ấu trúc tinh thể SnO

SnO có cấu trúc tinh thể tứ giác (tetragonal)

thuộc nhóm không gian P4/nmm (129) (nghĩa là thuộc

mạng Bravais loại đơn giản, có một trục đối xứng bậc

4, một mặt trượt với bước tịnh tiến bằng 1/2 theo đường chéo, và hai mặt đối xứng gương) [1], hằng số mạng a = b = 3,802 Å, c = 4,836 Å SnO có độ rộng vùng cấm

Hình 1.11

Cấu trúc tinh thể của SnO2

Hình 1.12 Cấu trúc tinh thể của SnO

7

nhỏ hơn độ rộng vùng cấm SnO2, giá trị của nó khoảng 2,5~3 eV, là do sự lai hóa của hai điện tử của Sn 5s với O 2p tạo thành mức năng lượng tương ứng với vùng hóa trị mới và mức này có vai trò giống với

mức acceptor

1.2.3 C ấu trúc tinh thể Sn 2 O 3

Sn2O3 có cấu trúc tinh thể tam tà,

thuộc nhóm không gian P21/c, với hằng

số mạng a = 11,12Å, b = 4,89Å, c =

5,84Å, α = 90o, β = 77,1o , γ = 90o Cấu

trúc tinh thể của Sn2O3 là sự lồng ghép

của cấu trúc tinh thể của SnO2 và SnO

như Hình 1.6 Kết quả mô phỏng từ công trình

[86] Sn có các hóa trị 2 và 4, không có sự hiện

diện của trạng thái hóa trị 3

Chương 2 THỰC NGHIỆM VÀ CÁC

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp chế tạo

Điện thế được áp vào giữa hai cực cathode và

anode, trong đó cathode được cấp thế âm, khi đó giữa anode (đế) và cathode (bia) sinh ra một điện trường có hướng, gia tốc và định hướng cho các hạt mang điện trong hệ Các đường sức từ do các nam châm

tạo ra có tác dụng giam giữ electron, làm chúng

chuyển động trên vùng bề mặt nằm gần cathode

theo quỹ đạ o của đường sức từ (Hình 2.2) Quá

trình này làm tăng quãng đường đi của điện tử tr

ước khi đến được anode, nhờ đó làm tăng số lần

va chạm với các nguyên tử khí và electron

Dưới tác dụng của điện trường, các ion dương

khí trơ hình thành do va chạm với electron sẽ

đến bắn phá bề mặt bia, truyền động năng cho

Hình 1.14 Mô hình ba

chiều của cấu trúc tinh thể

Hình 2.2 Mô hình bố trí

bia-đế trong thực nghiệm

Hình 1.13 Cấu trúc vùng năng lượng

của SnO2 và SnO[23]

8

các hạt vật liệu bia, làm các nguyên tử bia bật ra, chuyển động đến đế và lắng đọng trên đó, đồng thời các electron thứ cấp cũng được sinh ra, cứ như vậy tiếp tục duy trì quá trình phún xạ Năng lượng của sự bắn phá này chủ yếu chuyển thành nhiệt năng làm nóng bia cho nên cần có hệ nước để giải nhiệt

2.2 Các h ệ đo đặc trưng tính chất vật liệu

Tính chất vật liệu cần được khảo sát thông qua các thiết bị, bao gồm hệ đo truyền qua Uv-Vis, hệ đo đặc trưng điện Hall, hệ nhiễu xạ tia X, hệ đo quang phát quang

PL, hệ đo phổ quang điện tử tia X (XPS), hệ đo hình thái bề mặt FESEM, hệ đo đặc

trưng dòng thế I-V

Chương 3 NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MÀNG SnO 2 KHÔNG PHA T ẠP 3.1 C ấu trúc tinh thể màng SnO 2

Để khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến

tính chất quang điện và cấu trúc của màng

SnO2, các thông số như công suất phún xạ, áp

suất phún xạ trong môi trường khí Ar được

giữ cố định Kết quả giản đồ nhiễu xạ tia X

(Hình 3.1) cho thấy màng SnO2 chuyển từ vô

định hình sang tinh thể ở nhiệt độ đế 200 oC

với cấu trúc tứ giác rutile của SnO2 (JCPDS

No 41-14445), gồm hai mặt mạng ưu tiên

SnO2 (111) và (002), hai mặt mạng này

chuyển thành hai mặt ưu tiên SnO2 (110) và (211) khi nhiệt độ đế ≥ 300 oC, và đạt cường độ đỉnh cao nhất ở 500 oC Kết quả này có thể được giải thích dựa vào hai công trình [121] [40], theo công trình [121], mặt mạng SnO2 (002) và (111) xuất hiện khi màng được chế tạo ở áp suất riêng phần oxy thấp và chuyển dần sang mặt ưu tiên (110) và (211) ở áp xuất riêng phần oxy cao hơn, sự thay đổi áp suất riêng phần của oxy theo chiều hướng tăng cũng tương ứng với sự tăng nhiệt độ đế, vì nhiệt độ đế càng tăng dẫn đến oxy hấp phụ nhả ra từ các chi tiết trong buồng chân không tăng, vì

vậy kết quả công trình [121] phù hợp với kết quả của luận án này

3.2 Tính ch ất điện màng SnO 2

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0

30

60 0 30

60 0 30

60 0 60

120 0 60

120 0 250 500

2θ ( deg )

S1-rt

SnO2 (111)

SnO2

S3-300 o C S4-400oC

S5-500oC

SnO2 (220) SnO2 (211) SnO2 (200)

9

Màng SnO2 có điện trở suất là vô cùng ở nhiệt độ phòng Điều này là do sự bù giữa hai loại hạt tải dương từ acceptor Sn2+ và hạt tải âm từ khuyết oxy (𝑉𝑉𝑜𝑜++) hoặc Sni Khi nhiệt độ đế biến thiên trong khoảng 200 – 500 ºC, màng SnO2 trở nên dẫn điện là

do acceptor Sn2+ được chuyển thành Sn4+ nhờ vào sự truyền năng lượng nhiệt và vì

thế màng dẫn điện loại n với điện trở suất luôn giảm

màng SnO2 nhỏ (3,19 eV) Khi nhiệt độ đế

trên 200 oC, pha SnO được cung cấp năng

lượng nhiệt nên chuyển dần thành SnO2, vì

thế bờ hấp thụ dịch về bước sóng ngắn, đồng

thời độ truyền qua trung bình của màng tăng

dần lên trên 80% trong vùng khả kiến, và có

giá trị cao nhất ở nhiệt độ đế 500 oC

3.4 Ph ổ quang phát quang của màng SnO 2

Các mức năng lượng của các khuyết Sn2+ (mức này ở vị trí 1,32 eV trên đỉnh vùng hóa trị), Sn3+ (mức này nằm ở vị trí 0,2 eV trên đỉnh vùng hóa trị), 𝑉𝑉𝑜𝑜+ (mức này được hình thành bởi trạng thái Vo cho một điện tử lên vùng dẫn và nằm ở 0,95 eV dưới đáy vùng dẫn) được xác định bằng phép đo quang phát quang PL

3.5 K ết quả chương 3

Mặt mạng SnO2 (002) và (111) chuyển dần sang mặt ưu tiên (110) và (211) khi nhiệt độ lắng đọng tăng và được giải thích là do sự thay đổi áp suất riêng phần của oxy theo chiều hướng tăng Bên cạnh đó, bờ hấp thụ dịch về phía bước sóng ngắn khi nhiệt độ lắng đọng tăng, điều này là do sự chuyển trạng thái hóa học từ Sn2+ sang

Sn4+ Vì vậy năng lượng nhiệt cung cấp cho màng từ đế là nguyên nhân cho hiện tượng dịch bờ này

0 20 40 60 80 100

S6 S5

S4 S3 S2

Hình 3.3 Phổ truyền qua của màng SnO2 được lắng đọng ở nhiệt độ khác nhau

10

Chương 4: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT MÀNG SnO 2 PHA T ẠP Ga (GTO), In (TIO) và Zn (ZTO) LO ẠI p

4.1 Cấu trúc tinh thể và tính chất quang điện của màng GTO

4.1.1 C ấu trúc tinh thể của màng GTO

Sự phát triển tinh thể của màng GTO (Hình 4.1)

khác hoàn toàn với sự phát triển tinh thể của màng

SnO2, màng GTO có cấu trúc bắt đầu tinh thể ở

nhiệt độ đế 300 oC, với mặt mạng (101) chiếm ưu

thế, điều này là do Ga3+ thay thế vào vị trí Sn4+

sinh ra đồng thời nhiều khuyết Vo và Sn2+ ở vị trí

nút m ạng, mặt mạng này là mặt khử như công

trình [40] đã đề cập Sự thay thế Ga3+ vào vị trí Sn4+

rõ ràng hơn khi nhiệt độ đế cao hơn 300 oC, thể

hiện qua mặt (101) có cường độ nhiễu xạ cao hơn

Màng GTO có mặt mạng SnO2 (101) chiếm

ưu thế ở tất cả các nhiệt độ ủ (Hình 4.3), đồng

thời pha Sn2O3 xuất hiện với mặt mạng (021) ở

nhiệt độ ủ 500 oC và (030) ở nhiệt độ ủ 550 ºC

Đó là do Ga3+ tiếp tục chèn vào m ạng SnO2

đồng thời kèm theo khuyết Vo tức là số lượng

ion Sn2+ tăng cho nên cường độ đỉnh SnO2 (101)

phát triển mạnh Sự xuất hiện hay mất đi của

pha Sn2O3 được giải thích là do do sự xuất hiện

của vị trí Sn2+ thay vì Sn4+ trong quá trình thay

thế giữa tạp Ga3+ và Sn4+ mà Sn2O3 chính là pha

trung gian giữa pha SnO và SnO2

Độ tinh thể của màng GTO tăng theo thời gian ủ từ 1 lên 2 giờ nhưng lại giảm đáng kể khi thời gian ủ 3 giờ, điều này thể hiện qua cường độ nhiễu xạ của mặt SnO2

(101) và Sn2O3 (030) của m àng được ủ trong 2 giờ là cao nhất Bên cạnh đó, pha

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 0

15

30 0 20

40 0 20

40 0 35

70 0 35 70

G1- tp

G2- 200 o C SnO 2

80 0 40

80 0 40 80

11

Sn2O3 không tồn tại đối với các màng được lắng đọng từ bia GTO chứa 5 và 10 %wt

Ga2O3 đó là do Ga3+ thay thế Sn4+ từ ít tới vừa đủ (Hình 4.5)

4.1.3 Tính chất điện đặc trưng I-V của màng GTO

Điện trở suất của màng GTO giảm theo nhiệt

độ lắng đọng từ tp – 300 oC đó là do số lỗ

trống giảm đáng kể từ sự chuyển Sn2+ thành

Sn4+ và sự tồn tại của Ga3+ lẫn Sn4+ ngoài nút,

bất chấp sự bù của khuyết oxy (Vo) và acceptor

Ga3+ (Vo hình thành từ sự chèn của Ga3+ vào vị

trí Sn4+) Khi nhiệt độ lắng đọng trên 400 oC,

điện trở suất của màng vô cùng lớn, đây chính

là hiện tượng bù giữa hai loại hạt tải từ donor

Vo và acceptor Ga3+ Do đó, màng GTO được

khắc phục hiện tượng bù bằng cách ủ màng sau

khi lắng đọng ở 400 oC Màng GTO được khảo

sát theo nhiệt độ và thời gian ủ, phần trăm pha

tạp sau khi lắng đọng ở 400 oC, và tìm được điều kiện chế tạo tối ưu là lắng đọng ở

400 oC và ủ ở 550 oC trong hai giờ từ bia chứa 10% wt Ga2O3 Kết quả đạt được tính chất điện tốt nhất với điện trở suất, nồng độ lỗ trống và độ linh động của hạt tải tương ứng là 0,36 Ωcm, 5,4 × 1018 cm-3, 3, 2 cm2V-1s-1 Bên cạnh đó, tính chất điện loại p cũng được khẳng định bằng đường đặc trưng chỉnh lưu của tiếp xúc dị thể p-GTO/n-

Si qua phép đo đặc trưng I-V

4.1.2 Tính ch ất quang của màng GTO

Bờ hấp thụ của màng GTO dịch về vùng

bước sóng ngắn khá nhiều so với màng SnO2

được lắng đọng ở cùng điều kiện nhiệt độ

phòng (Hình 4.8), điều này là do Ga3+ thay thế

Sn4+ trong mạng chủ, đồ ng thời tỏa ra năng

lượng cho Sn2+ chuyển thành Sn4+ Màng GTO

được lắng đọng ở nhiệt độ đế trên 200 oC (Hình

0 35

35

35 70