CHẾ TẠO MÀNG MỎNG Si3N4, SiO2 VÀ MÀNG TREO Si3N4 BẰNG PHƢƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG HƠI HÓA HỌC TĂNG CƢỜNG PLASMA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Thị Hồng CHẾ TẠO MÀNG MỎNG Si3N4, SiO2 VÀ MÀNG TREO Si3N4 BẰNG PHƢƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG HƠI HÓA HỌC TĂNG CƢỜNG PLASMA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Phạm Thị Hồng CHẾ TẠO MÀNG MỎNG Si3N4, SiO2 VÀ MÀNG TREO Si3N4 BẰNG PHƢƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG HƠI HÓA HỌC TĂNG CƢỜNG PLASMA Chuyên ngành: Vật Lý Chất Rắn Mã số: 8440130.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Việt Tuyên TS Nguyễn Quốc Hƣng Hà Nội – Năm 2018 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin chân thành cảm ơn Thầy tôi: thầy Nguyễn Việt Tuyên thầy Nguyễn Quốc Hƣng hƣớng dẫn, dạy trình học tập, làm việc nhƣ tƣ khoa học để hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ niềm cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Minh Huệ khoa Vật lý, trƣờng Đại học kỹ thuật Lê Quý Đôn, thầy Nguyễn Trần Thuật từ trung tâm Nano Năng Lƣợng, trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQGHN, anh Phạm Văn Duy, anh Nguyễn Đức Huy, chị Phan Thị Giang từ khoa Vật lý, Đại học Quốc lập Đông Hoa hỗ trợ giúp đỡ tơi q trình làm luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tồn thể thầy cô Bộ môn Vật lý Chất Rắn nhƣ tồn thể thầy Khoa Vật lý, Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội dạy kiến thức tạo điều kiện cho tơi hồn thành đề tài Tơi xin cảm ơn trung tâm Nano Năng lƣợng tạo điều kiện cho đƣợc thực tập nghiên cứu Tôi cảm ơn hỗ trợ Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia thông qua số tài trợ 103.02-2015.79 Nhân dịp này, xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức, giúp tơi hồn thành luận văn Tơi cảm ơn tất đồng nghiệp tôi: Đặng Hữu Tùng, Đặng Tuấn Linh, Nguyễn Thị Thu Thảo đồng nghiệp trung tâm nano hỗ trợ giúp đỡ tơi q trình hồn thành luận văn Tôi cảm ơn bạn Phan Vũ Thị Vân, Nguyễn Thị Hà Xuyên, Nguyễn Thị Chinh tập thể 109 T1 bạn đồng hành động viên trình thực luận văn Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình bạn bè ln động viên giúp đỡ thời gian vừa qua Hà Nội, tháng 12 năm 2018 Phạm Thị Hồng Lời cam đoan Tôi xin cam đoan nội dung luận văn khoa học kết cơng trình nghiên cứu dƣới hƣớng dẫn TS Nguyễn Việt Tuyên TS Nguyễn Quốc Hƣng Những nội dung tham khảo đƣợc trích dẫn từ tài liệu đƣợc liệt kê danh mục tài liệu tham khảo cơng trình nghiên cứu Học viên thực Phạm Thị Hồng MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .3 1.1 Giới thiệu tổng quan màng mỏng Si3N4, SiO2 màng treo Si3N4 .3 1.1.1 Màng mỏng Si3N4 1.1.2 Màng mỏng SiO2 .4 1.1.3 Màng treo siêu mỏng 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 1.3 Các phƣơng pháp chế tạo màng mỏng Si3N4, SiO2 màng treo siêu mỏng Si3N4 đế silic CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.1 Quá trình chế tạo vật liệu 12 2.1.1 Giới thiệu máy sử dụng trình thực nghiệm 12 2.1.1.1 Giới thiệu máy PECVD 12 2.1.1.2 Máy quang khắc .12 2.1.2 Quá trình lắng đọng màng mỏng plasma 13 2.1.3 Quá trình ăn mòn màng mỏng plasma 16 2.1.4 Q trình ăn mòn đế silic KOH 19 2.2 Quá trình chế tạo màng treo Si3N4 đế silic 20 2.3 Các phƣơng pháp nghiên cứu 23 2.3.1 Tính chất hóa học .23 2.3.2 Tính chất quang .28 2.3.3 Tính chất học 32 2.3.4 Tính chất bề mặt 33 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 3.1 Kết khảo sát màng mỏng Si3N4 35 3.2 Kết khảo sát màng mỏng SiO2 45 3.3 Khảo sát tốc độ ăn mòn màng mỏng plasma 54 3.4 Khảo sát màng treo siêu mỏng Si3N4 đế silic 59 KẾT LUẬN .65 HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .66 CÁC CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ TRONG LUẬN VĂN THẠC SĨ 67 Tài liệu tham khảo .68 Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể hợp chất Si3N4: (a) ba nghiêng α-Si3N4, (b) lục giác β-Si3N4 (c) lập phƣơng γ-Si3N4 tạo từ hai cấu hình α-Si3N4 β-Si3N4 [19] .3 Hình 1.2 Một số cấu trúc tinh thể điển hình silica tồn trạng thái tự nhiên .5 Hình 1.3 Mặt cắt thành phần thiết bị cảm biến đƣợc chế tạo màng treo Hình 2.1 Máy PECVD hệ thống phần mềm điều khiển trung tâm Nano Năng lƣợng – trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQGHN .12 Hình 2.2 Máy quang khắc đƣợc đặt phòng vàng trung tâm Nano Năng lƣợng trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQGHN 13 Hình 2.3 Sơ đồ buồng lắng đọng PC1 máy PECVD Các khí tiền chất đƣợc đƣa vào buồng chân khơng cao hai tụ Sau đó, phân tử khí đƣợc tách thành ion tồn trạng thái plasma Các ion kết hợp với tạo hợp chất lắng đọng lên đế silic .14 Hình 2.4 Sơ đồ hệ ăn mòn màng mỏng plasma ICP nguồn tạo plasma khí tiền chất qua cuộn dây có từ trƣờng CCP nguồn trì plasma tồn hai tụ điện Plasma phản ứng với vùng lớp cản quang bảo vệ 17 Hình 2.5 Q trình ăn mòn màng mỏng: (a) Rửa đế silic HF loại bỏ lớp silic oxit, (b) lắng đọng màng mỏng máy PECVD, (c) phủ lớp chất cản quang AZ 5214 máy phủ quay chiếu tia UV xuyên qua mặt nạ quang, (d) nhúng mẫu vào dung dịch TMAH 2,5 % loại bỏ lớp cản quang bị chiếu, ta thu đƣợc chi tiết hình vng, (e) thực q trình ăn mòn khơ plasma SF6, (d) rửa dung dịch acetone để loại bỏ lớp cản quang Độ sâu ăn mòn màng phụ thuộc vào thời gian thực .18 Hình 2.6 Hệ thống ăn mòn đế silic dung dịch KOH 20% .20 Hình 2.7 Quá trình tạo màng treo Si3N4: (a) rửa đế silic HF 1%, (b) phủ lớp Si3N4 lên hai mặt đế, (c) lớp cản quang AZ 5214 đƣợc phủ lên hai mặt mẫu, (d) tạo chi tiết hình tròn máy quang khắc, (e) ăn mòn khơ plasma SF6, (h) loại bỏ lớp cản quang dung dịch acetone, (h) ăn mòn ƣớt dung dịch KOH 20% 21 Hình 2.8 Hiện tƣợng nhiễu xạ tia X 23 Hình 2.9 Quy trình đo nhiễu xạ kế tia X SIEMENS D5005, Bruker, Đức [51] .24 Hình 2.10 Mơ hình ngun lý đo phép đo phổ kế phân cực elip 25 Hình 2.11 Máy phổ kế phân cực elip Đại học kỹ thuật Lê Q Đơn 26 Hình 2.12 Q trình phát xạ XPS điện tử Auger [46, 51] 27 Hình 2.13 Nguyên lý phép phân tích phổ tán xạ lƣợng tia X .28 Hình 2.14 Sơ đồ lƣợng trình bày hấp thụ ánh sáng trình phát xạ photon 29 Hình 2.15 Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo quang phổ kế UV-VIS [51] 31 Hình 2.16 (a) Nguyên lý đo độ dày màng phép đo alpha-step (b) Hệ đo alphastep NanoMap 500LS trƣờng Đại học Việt Nhật – Đại học Quốc gia Hà Nội .32 Hình 2.17 Sơ đồ thiết bị FESEM [51] 33 Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý hoạt động kính hiển vi lực nguyên tử .34 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu SiNx 317 ℃, áp suất 0,3 Torr, nguồn RF 7W 35 Hình 3.2 Kết sau fit thực nghiệm lý thuyết màng mỏng Si3N4 Kết trình fit, lƣợng vùng cấm màng đƣợc xác định .36 Hình 3.3 (a) kết phép đo alpha-step mẫu với tỉ lệ khí / = 20/10 với độ dày 212,7 nm kết khác phép đo đƣợc xác định tƣơng tự (b) Đồ thị so sánh kết đo độ dày màng SiNx chế tạo với tỉ lệ / khác hai phép đo phổ kế phân cực elip alpha-step 39 Hình 3.4 Năng lƣợng vùng cấm màng SiNx lắng đọng với tỉ lệ / khác đo máy phổ kế phân cực elip .40 Hình 3.5 Phổ XPS màng mỏng Si3N4 với / = 80/5: (a) dải phổ lƣợng nguyên tố, (b) phổ phân giải đỉnh Si 2p, có hai thành phần đóng góp Si3N4 SiO2, (c) lƣợng liên kết N 1s .41 Hình 3.6 (a) Độ dày mẫu đƣợc xác định phép đo alpha-step với mẫu lắng đọng thời gian 15 phút với độ dày 103,0 nm (b) Tốc độ lắng đọng màng Si3N4 nhiệt độ 317 ℃, áp suất 0,3 Torr, nguồn RF 7W 43 Hình 3.7 Hình ảnh hiển vi quang học màng mỏng Si3N4 sau lắng đọng PECVD (a), hình thái màng mỏng Si3N4 đo FESEM (b), AFM (c) .44 Hình 3.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu SiOx chế tạo phƣơng pháp PECVD nhiệt độ 317 ℃, áp suất 0,4 Torr, nguồn RF 20 W 45 Hình 3.9 Kết sau fit màng mỏng SiO2 kết phép đo phổ kế phân cực elip mơ hình Lorent cổ điển .46 Hình 3.10 (a) Kết độ dày màng SiO2 xác định phép đo alpha-step, độ dày màng SiOx chế tạo với tỉ lệ khí / = 80/2 294,7 nm (b) Đồ thị so sánh kết đo độ dày màng SiOx chế tạo với tỉ lệ / khác hai phép phổ kế phân cực elip alpha-step 49 Hình 3.11 Chiết suất màng mỏng SiOx lắng đọng nhiệt độ 317 ℃, áp suất 0,4 Torr, nguồn RF 20 W với giữ cố định 80 sccm thay đổi 50 Hình 3.12 Phổ XPS màng mỏng SiO2 với / = 80/4: (a) dải phổ lƣợng nguyên tố, (b) phổ phân giải cao đỉnh Si 2p, thành phần đóng góp SiO2 phần nhỏ Si từ đế silic .51 Hình 3.13 (a) Độ dày màng đƣợc xác định phép đo alpha-step, độ dày màng lắng đọng thời gian phút 213,7 nm (b) Tốc độ lắng đọng màng SiO2 nhiệt độ 317 ℃, áp suất 0,4 Torr, nguồn RF 20W với tỉ lệ khí / = 80/4 .53 Hình 3.14 Hình ảnh màng mỏng SiO2 sau lắng đọng PECVD (a), hình thái màng mỏng SiO2 đo FESEM (b), AFM (c) 54 Hình 3.15 (a) Độ dày bị ăn mòn màng thời gian phút 49,7 nm kết khác xác định phép đo alpha-step tƣơng tự (b) Sự phụ thuộc độ dày bị ăn mòn Si3N4 với thời gian ăn mòn khơ Đế silic bị ăn mòn nhanh so với hợp chất Si3N4 CCP = 20 W, ICP = 200W, áp suất 0,03 Torr 50 sccm khí SF6 56 Hình 3.16 (a) Độ dày bị ăn mòn màng SiO2 thời gian 15 phút 113 nm kết khác đƣợc xác định tƣơng tự phép đo alpha-step (b) Sự phụ thuộc độ sâu ăn mòn màng SiO2 plasma F- O2- với thời gian ăn mòn .58 Hình 3.17 (a) Mơ hình màng treo Si3N4 đế silic Độ dày màng mỏng Si3N4 xấp xỉ 200 nm, độ dày Si 275 µm, (b) hình ảnh đằng trƣớc màng treo mặt nạ cản quang máy quang hình tròn có kích thƣớc 600 ì 600 àm, (c) hỡnh nh ng sau ca màng treo Si3N4 sau tham gia trình ăn mòn dung dịch KOH 20%, (d), (e) màng treo có hình dáng hình chữ nhật với kích thƣớc khác với mặt nạ cản quang hình chữ nhật .60 Hình 3.18 (a) Hình ảnh FESEM màng treo Si3N4 đế silic sau thực q trình ăn mòn ƣớt dung dịch KOH 20%, (b) Phổ EDS màng treo Si3N4 đế silic 62 Hình 3.19 (a) Phổ truyền qua, (b) phổ hấp thụ màng treo Si3N4 đế silic 62 Hình 3.20 Đồ thị (αhν)2 với hν để xác định lƣợng vùng cấm (Eg) màng treo Si3N4 đế silic 63 Hình 3.21 Phổ huỳnh quang màng treo vơ định hình Si3N4 đƣợc đo với bƣớc sóng kích thích 263 nm nhiệt độ phòng 64 Hình 3.17 (a) Mơ hình màng treo Si3N4 đế silic Độ dày màng mỏng Si3N4 xấp xỉ 200 nm, độ dày Si 275 µm, (b) hình ảnh đằng trước màng treo mặt nạ cản quang máy quang l hỡnh trũn cú kớch thc 600 ì 600 àm, (c) hình ảnh đằng sau màng treo Si3N4 sau tham gia q trình ăn mòn dung dịch KOH 20%, (d), (e) màng treo có hình dáng hình chữ nhật với kích thước khác với mặt nạ cản quang hình chữ nhật Trong luận văn này, chế tạo thành công màng treo Si3N4 đế Si với ba kích thƣớc khác nhau: 1000 µm x 300 µm, 600 µm x 300 µm, 200 µm x 200 µm đƣợc trình bày Hình 3.17 (b), (d), (e) tƣơng ứng với kích thƣớc mặt nạ quang khắc 1400 µm  700 µm, 1000 µm  700 µm, 600 µm  600 µm Bảng 3.9 thống kê tất số màng treo thành công hiệu suất trình chế tạo màng treo có kích thƣớc khác Tuy nhiên, tỉ lệ chế tạo thành cơng màng treo thấp trình nghiên cứu cải thiện Một số nguyên nhân dẫn đến màng treo bị vỡ trình chế tạo màng mỏng Si3N4 đế Si tồn lớp mỏng SiO2 bề mặt Lớp SiO2 bị KOH ăn mòn làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng màng treo 60 Bảng 3.9 Bảng thống kê hiệu suất chế tạo màng treo thành cơng với kích thước khác sau q trình ăn mòn dung dịch KOH 20% Số lƣợng màng Số lƣợng Hình dạng & Hình Kích thƣớc màng treo chế tạo màng treo treo (hình tròn/ thành cơng Hiệu suất chế tạo màng treo hình chữ nhật) Hình bát giác 177,8 µm 177,8 m 5(b) 27 14 51,9 % 5(d) 12 50 % 5(e) 12 16,7 % Hình chữ nhật 590 µm 282 µm Hình chữ nhật 977 µm 284,3 µm Sau q trình ăn mòn dung dịch KOH 20%, bề mặt màng Si3N4 đƣợc khảo sát kính hiển vi điện tử quét lực điện tử trình bày Hình 3.18 (a) Với độ phóng đại lớn, màng mỏng Si3N4 đồng đều, mịn, hầu nhƣ không bị ảnh hƣởng tham gia trình ăn mòn Dựa vào đặc tính này, màng Si3N4 đƣợc ứng dụng màng bảo vệ chống ăn mòn từ ion OH- nghiên cứu khác Bên cạnh đó, màng treo Si3N4 đế Si đƣợc kiểm tra thành phần nguyên tố hóa học hợp chất phổ tán sắc lƣợng tia X trình bày Hình 3.18 (b) Từ kết phép đo EDS, tơi thu đƣợc thành phần phần trăm ngun tố hóa học hợp chất nhƣ sau Cu:Si:N=18,03:35,08:46,90 Trong thành phần nguyên tố xuất nguyên tố Cu trình đo màng treo Si đƣợc dán băng dính đồng độ dày màng treo mỏng xấp xỉ khoảng 200 nm nên chùm tia X xuyên qua màng treo đến lớp băng dính đồng Phép đo không đƣợc thực màng mỏng Si3N4 SiO2, tỉ lệ thành phần ngun tố khơng xác ảnh hƣởng nguyên tố Si đế silic Dựa vào kết EDS, tỉ lệ thành phần nguyên tố Si:N = 35,08:46,90 61 3:4 Một lần nữa, chúng tơi khẳng định đƣợc điều kiện lắng đọng màng mỏng Si3N4 đế silic đƣợc khảo sát đáng tin cậy (a) (b) Hình 3.18 (a) Hình ảnh FESEM màng treo Si3N4 đế silic sau thực q trình ăn mòn ướt dung dịch KOH 20%, (b) Phổ EDS màng treo Si3N4 đế silic Phổ quang học phƣơng pháp để xác định lƣợng vùng cấm vật liệu bán dẫn thông qua đo hệ số hấp thụ hệ số truyền qua Hình 3.19 trình bày phổ truyền qua hấp thụ màng treo Si3N4 đế silic đƣợc đo quang phổ UV-VIS-NIR Hình 3.19 (a) Phổ truyền qua, (b) phổ hấp thụ màng treo Si3N4 đế silic Trong phổ truyền qua màng treo xuất hai đỉnh hai bƣớc sóng 260 nm 352 nm nằm vùng tử ngoại, tƣơng ứng với độ truyền 52 62 38 % Tƣơng ứng, độ hấp thụ nhỏ phổ quang học 260 nm 352 nm lần lƣợt 1,05 0,97 Từ số liệu ta tính đƣợc lƣợng vùng cấm màng treo Si3N4 đế silic cách sử dụng phƣơng trình Tauc Do Si3N4 vùng cấm thẳng, điện tử nhảy trực tiếp từ vùng hóa trị lên vùng dẫn nên phƣơng trình Tauc có dạng [1, 56] : αhν = A(hν – Eg)1/2 Trong đó: α hệ số hấp thụ, h số Plank, ν tần số ánh sáng, Eg lƣợng vùng cấm Phổ hấp thụ Hình 3.19 (b) chuyển đổi sang đồ thị (αhν)2 với hν trình bày Hình 3.20 để xác định lƣợng vùng cấm màng treo Si3N4 đế silic Dựa vào độ dốc hai đoạn tuyến tính đồ thị, ta xác định đƣợc hai giá trị lƣợng E1 E2 200 h  150 100 50 h(eV) Hình 3.20 Đồ thị (αhν)2 với hν để xác định lượng vùng cấm (Eg) màng treo Si3N4 đế silic Từ đƣờng thẳng fit đồ thị xác định đƣợc lƣợng màng treo có hai giá trị E1 = 3,05 eV E2 = 4,57 eV Trong nghiên cứu trƣớc đây, lƣợng vùng cấm màng mỏng Si3N4 nằm khoảng từ 4,4 - 4,6 eV [18] 63 giá trị vùng cấm thu đƣợc phép đo truyền qua phù hợp với giá trị xác định phép đo phổ kế phân cực elip 4,4 eV Trong màng mỏng vơ định hình Si3N4 có nhiều khuyết tật cấu trúc nguyên tử N thay nguyên tử Si hợp chất Si3N4 tạo mức khuyết tật vùng cấm Do xuất hiện tƣợng nhảy điện tử nguyên tố N xuống trạng thái 3,0 eV với lƣợng E E1 [24] nhƣ quan sát phổ hấp thụ Vì vậy, phép đo huỳnh quang C-êng ®é (®.v.t.y.) 468 486 đƣợc thực để nghiên cứu chi tiết khuyết tật cấu trúc vật liệu 300 400 500 600 700 B-íc sãng (nm) Hình 3.21 Phổ huỳnh quang màng treo vơ định hình Si3N4 đo với bước sóng kích thích 263 nm nhiệt độ phòng Phép đo huỳnh quang sử dụng laser có bƣớc sóng kích thích λex = 263 nm Hình 3.21 trình bày kết phép đo huỳnh quang nhiệt độ phòng Trên phổ huỳnh quang xuất đỉnh bƣớc sóng 468 nm 486 nm tƣơng ứng với lƣợng 2,65 eV 2,55 eV Cả hai đỉnh huỳnh quang liên quan đến chuyển mức điện tử từ vùng dẫn xuống trạng thái điểm khuyết tật có liên kết đứt gẫy cấu trúc Si3N4 64 KẾT LUẬN Trong trình thực nghiên cứu đề tài luận văn với chủ đề “Chế tạo màng mỏng Si3N4, SiO2 màng treo Si3N4 phƣơng pháp lắng đọng hóa học tăng cƣờng plasma”, tơi thu đƣợc số kết sau đây: Chế tạo thành công màng mỏng Si3N4 phƣơng pháp PECVD điều kiện 317 ℃, áp suất 0,3 Torr, / = 80 sccm/5 sccm, nguồn RF W Tốc độ lắng đọng màng Si3N4 7,1 nm/phút Năng lƣợng vùng cấm Si3N4 đƣợc xác định phƣơng pháp phổ kế phân cực elip từ 4,4 eV đến 4,6 eV [18] Màng mỏng SiO2 đƣợc lắng đọng phƣơng pháp PECVD điều kiện 317 ℃, áp suất 0,3 Torr, / = 80 sccm/ sccm, RF power 20 W Tốc độ lắng đọng màng SiO2 52,8 nm/ phút Chiết suất SiO2 điều kiện 1,467 đƣợc xác định phƣơng pháp phổ kế phân cực elip Nghiên cứu chi tiết ảnh hƣởng điểu kiện ăn mòn màng chế tạo cho thấy:  Tốc độ ăn mòn màng Si3N4 đế Si khí SF6 = 50 sccm lần lƣợt 47,7 nm/phút 539,8 nm/phút  Tốc độ ăn mòn màng SiO2 khí SF6/O2 = 50 sccm/10 sccm 7,2 nm/ phút Chế tạo thành công màng treo Si3N4 đế silic với kích thƣớc khác nhau, tiêu biểu 1000µm 300 µm, 600 µm 300 µm, 200 µm 200 µm với độ dày xấp xỉ 200 nm Với độ dày đế silic 275 µm, thời gian ăn mòn ƣớt dung dịch KOH 20%, IPA 10% Năng lƣợng vùng cấm màng treo Si3N4 xấp xỉ 4,4 eV xác định phổ hấp thụ quang học Phép đo huỳnh quang cho thấy xuất nhiều sai hỏng vùng cấm liên quan đến đứt gẫy liên kết Si N Việc chế tạo thành công cấu trúc màng treo mở nhiều hƣớng nghiên cứu đặc biệt lĩnh vực MEMS 65 HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Sau chế tạo thành công màng treo Si3N4, sử dụng màng treo cho hai hƣớng nghiên cứu tiếp theo:  Một kim loại dẫn điện đƣợc lắng đọng màng treo Si3N4 Sau đó, tơi thực phép đo hệ số dẫn nhiệt màng treo Si3N4 theo phƣơng pháp 3ω [40] Phƣơng pháp giúp xác định đƣợc hệ số dẫn nhiệt màng khác đƣợc lắng đọng lên màng treo Si3N4 [64]  Chế tạo thiết bị làm lạnh nhiệt điện dựa hiệu ứng Peltier vật liệu Bi2Te3 Sb2Te3 [12] Phần nóng thiết bị làm lạnh đƣợc đặt đế Si, phần vật liệu làm lạnh đƣợc đặt màng treo Do hệ số dẫn nhiệt màng treo thấp, phần lạnh đƣợc tách biệt đến môi trƣờng hiệu suất thiết bị làm lạnh tốt Các thiết bị làm lạnh đƣợc ứng dụng công nghệ nano điều khiển nhiệt độ vùng có kích thƣớc micro 66 CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ TRONG LUẬN VĂN THẠC SĨ Dang Tuan Linh, Dang Huu Tung, Nguyen Thi Thu Thao, Pham Thi Hong, Nguyen Minh Hieu, Pham Van Thanh, Nguyen Tran Thuat, Nguyen Viet Tuyen, Nguyen Quoc Hung, “Fabrication of a thermoelectric microcooler based on Bismuth/Antimony telluride”, The 6th International Workshop on Nanotechnology and Application (IWNA), Phan Thiet, Vietnam, – 11 /112017 Pham Thi Hong, Nguyen Viet Tuyen, Tran Thi Ha, “Effect of Temperature on Cu2ZnSnS4 Nanomaterial Synthesized by Hydrothermal Approach”, VNU Journal of Science: Mathematics – Physics, Vol.34, No (2018), 55-60 Pham Thi Hong, Dang Huu Tung, Nguyen Hai Anh, Dang Tuan Linh, Nguyen Thi Thu Thao, Dinh Thuy Hien, Nguyen Minh Hue, Nguyen Tran Thuat, Nguyen Viet Tuyen, and Nguyen Quoc Hung, “Fabricating ultra-thin silicon nitride suspended membranes on silicon wafer” under review at Journal of Science: Advanced Materials and Devices, research paper: JSAM_2018_203 67 Tài liệu tham khảo Askeland D R., Fulay P P., and Wright W J (2011), “The science and engineering of materials”, CL-Engineering, Cengage Learning, ISBN: 0495296023 “Silicon Nitride (Si3N4) Properties and Applications”, azom.com Retrieved 2009, https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=53 Badih E K (1995), “Fundamentals of Semiconductor Processing Technologies”, Kluwer Academic Publishers, ISBN: 978-1-4615-2209-6 Batan A., Franquet A., Vereecken J and Reniers F (2008), “Characterization of the silicon nitride thin films deposited by plasma magnetron”, Surface and Interface Analysis, 40 (3-4), pp 754-757 Benzitouni S., Mahdjoub A., Zaababat M (2014), “Spectroscopic Ellipsometry characterization of thin films deposited on silicon substrate”, Journal of New Technology and Materials, 04(1), pp 138-142 Binning G., Quate F C., Gerber Ch (1986), “Atomic Force Microscope”, Physical Review Letters, 56(9), pp 930-933 Burzo M G., Komarov P L., Raad P E (2003), “Thermal transport properties of gold-covered thin-film silicon dioxide”, IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 26(1), pp 80-88 Castanho S M., Moreno R (1998), “Characterization of Si3N4 powders in aqueous dispersions”, Ceramica, 44(287-288) Chen J Y., Liao Y M., Lee C C., and Chi G C (2007), “Fabrication of lowstress SiNxHy membranes deposited by PECVD”, Journal of The Electrochemical Society, 154(4), pp D227-D229 10 Chen M Y., He M S., Huang H C., Huang C C., Shih P W., Chu L C., Kong J., Li J and Su Y C (2016), “Ultra-large suspended grapheme as a highly elastic membrane for capacitive pressure sensors”, Nanoscale, 8(6), 3555-3564 11 Cullity B D and Stock S R (2003), “Elements of X-ray Diffraction”, Pearson Education, Limited, ISBN: 0-201-01174-3 68 12 Dang L T., Dang T H., Nguyen T T T., Nguyen T T., Nguyen H M., Nguyen T V., and Nguyen H Q (2017), “Thermoelectric microrefrigerator based on Bismuth/Antimony Telluride”, Journal of Electronics Materials, 46(6), pp 36603666 13 Diéguez L., Caballero D., Calderer J., Moreno M., Martínez E and Calderer J (2012), “Optical Grating Coated with Thin Si3N4 Layer for Efficient Immunosensing by Optical Waveguide Lightmode Spectroscopy”, Biosensor, 2(2), pp 114-126 14 Downs R T., Palmer D C (1994), “The pressure behavior of α-cristobalite”, American Mineralogist, 79, pp 9-14 15 Fernández L D , Lara E., Mitchell E A (2015), “Checklist, diversity and distribution of testate amoebae in Chile”, European Journal of Protistology, 51(5), pp 409-424 16 Goldstein J., Newbury D E., Joy D C., Lyman C E., Echlin P., Lifshin E., and Sawyer L., Michael J R (2003), “Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis: Third Edition”, Springer US, ISBN: 0306472929 17 Grant A W., Hu Q H and Kasemo B (2004), “Transmission electron microscopy „windows‟ for nanofabricated structure”, Nanotechnology, 15(9), pp 1175-1181 18 Grigaitis T, Naujokaitis A., Tumėnas S., Juška G., and Arlauskas K (2015), “Characterization of silicon nitride layers deposited in three-electrode plasmaenhanced CVD chamber”, Lithuanian Journal of Physics, 55(1), pp 35-43 19 “Crystal structures of Si3N4”, Hardmaterial.de Retrieved 2009, pp 06-06 20 Haynes V M (2014), “CRC Handbook of Chemistry and Physics”, Boca Raton, ISBN: 1-4822-0867-9 21 Heiman D (2004), “Photoluminescence Spectroscopy”, Physics U600, Adv Lab I – Physics of Waves and Optics, Northeastern University 22 Helms C R and Deal B E (1988), “The Physics and Chemistry of SiO2 and SiSiO2 Interface”, NewYork, ISBN: 978-1-4899-1588-7 69 23 Spectroscopic Ellipsometry (2008), Horisba Jobin Yvon 24 Huang Z., Chen F., Shen Q and Zhang L (2016), “Linking photoluminescence of α-Si3N4 to intrinsic point defects via band structure modeling”, RSC Advances, 6, pp 7568-7574 25 James D P., Michael D D., Perter B G (2000), “Silicon VLSI technology: Fundamentals, Practice and Modeling”, Upper Saddle River, NJ, ISBN: 978-81317-2604-4 26 James M O (2002), “Analysis of lpcvd process conditions for the deposition of low stress silicon nitride Part I: preliminary lpcvd experiments”, Materials Science in Semiconductor Processing, 5(1), pp 51-60 27 Jhansirani K., Dubey R S., More M.A., Singh S (2016), “Deposition of silicon Nitride Films using Chemical Vapor deposition for Photovoltaic Applications‟‟, Results in Physics, 6, pp 1059-1063 28 Jellison G E., Modine F A., Doshi P., Rohatgi A (1998), “Spectroscopic ellipsometry characterization of thin-film silicon nitride”, Elsevier, Thin Solid Films, 313-314 , pp 193-197 29 Jellison G E Jr (1991), “Examination of thin SiO2 films on Si using spectroscopic polarization modulation ellipsometry”, Journal of Applied Physics, 69(11), pp 7627-7634 30 Jiang J Z., Kragh F., Frost D J., Ståhl K., Lindelov H.(2001), “Hardness and thermal stability of cubic silicon nitride”, Journal of Physics: Condensed Matter, 13(22), pp 515-520 31 Jungk G., Grabolla T (1998), “Spectroscopic ellipsometry on silicon-oxide films on silicon”, Thin Solid Film, 335(1-2), pp 253-257 32 Kakiuchi H., Ohmi H., Yasutake K (2014), “Atmospheric-pressure lowtemperature processes for thin film deposition”, Journal of Vacuum Science & Technology A, 32(3), pp 030801 (1-16) 70 33 Kihara K., Matsumoto T., Imamura M., “Structural change of orthorhombicItridymite with temperature: A study based on second-order thermalvirabrational parameters”, Zeitschrift für Kristallographie, 177(1-4), pp 27-38 34 “Alpha-Step D-500: Development Series Profiles”, KLA-Tencor 35 Knizikevičius R (2009), “Simulations of Si and SiO2 etching in SF6 + O2 plasma”, Elsevier, 83(6), pp 953-957 36 Kolmakov A., Dikin D A., Cote L J., Huang J., Abyaneh M K., Amati M., Gregoratti L., Sebastian G and Kiskinova M (2011), “Graphene oxide windows for in situ environmental cell photoelectron spectroscopy”, Nature Nanotechnology, 6, pp 651-657 37 Lager G A., Jorgensen J D., Rotella F J (1982), “Crystal structure and thermal expansion of a-quartz SiO2 at low temperature”, Journal of Applied Physics, 53(10), pp 6751-6756 38 Lindsey M C., Renée M.G., and David A K (2011), “The Phagocytosis and Toxicity of Amorphous Silica”, PLoS One, 6(2), pp 14647 (1-10) 39 Linseis V., Volklein F., Reith H., Woias P., and Nielsch K (2018), “Analytical investigation of the limits for the in-plane thermal conductivity measurement using a suspended membrane setup”, Journal of Electronics Materials, 47(6), pp 3203-3209 40 Liu L., Liu W., Cao N., Cai L (2013), “Study on the performance of PECVD silicon nitride thin films”, Defense Technology, 9(2), pp 121-126 41 Liu Q., Tu X., Kim K W., Kee J S., Shin Y., Han K., Yoon Y J., Lo G Q., Park M K (2013), “Highly sensitive Mach-Zehnder interferometer biosensor based on silicon nitride slot waveguide”, Sensors and Actuators B: Chemical, 188, pp 681-688 42 Lukanen A., Savin A M., Suppula T I., Pekola J P., Prunnila M., and Ahopelto J (2002), “Integrated SINIS refrigerators for efficient cooling of cryogenic detectors”, AIP Conference Proceedings, 605(1), pp 375 71 43 Meschke M., Guichard W., and Pekola J P (2006), “Single-mode heat conduction by photons”, Nature, 444, pp 187-190 44 Mellor W J (1947), “A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry”, Longmans, Green and Co, 8, 115-7 45 Michael A C (1980), “The Chemistry of Silica”, Journal of Chemical Education, 57(11), pp A324 46 Moulder J F., and Chastain J (1992), “Handbook of X-ray photoelectron spectroscopy: A refrence book of standard spectra for indentification and interpretation of XPS data”, Physical Electronics Division, Perkin-Elmer Corporation, ISBN: 0962702625 47 Moseley H G J (1913), “The high frequency spectra of the elements”, Philosophical Magazine, 1024 48 Nguyen H Q., Meschke M., and Pekola J P (2015), “A robust platform cooled by superconducting electronic refrigerators”, Applied Physics Letters, 106(1) , pp 012601 (1-4) 49 Nicolaou C., Lau W T., Gad R., Akhavan H, Schilling R and Levi O (2013), “Enhanced detection limit by dark mode perturbation in 2D photonic crystal slab refractive index sensors”, Optics Express, 21(25), pp 31698-712 50 Peng H (2004), “Spark Plasma Sintering of Si3N4-based Ceramics: Sintering mechanism-Tailoring microstructure-Evaluating properties”, Stockholm University, ISBN: 91-7265-834-7 51 Pham, V D (2018), Thesis: “Synthesis, Characterization and Applications of One- and Two-Dimensional MoOx and VO2 Nanostructures”, National Dong Hwa University 52 Popa A M., Niedermann P., Heinzelmann H., Hubbell A J., and PuginR (2009), “Fabrication of nanopore arrays and ultrathin silicon nitride membranes by block-copolymer-assisted lithography”, Nanotechnology, 20(48), pp 485303 53 SamiYilbas B., Salhi B., Yousaf M R., Al-Sulaian F., Ali H., Al-Aqeeli N (2016), “Surface Characteristics of Silicon Nanowires/Nanowalls Subjeccted to 72 Octadecyltrichlorosilane Deposition and n-octadecane Coating”, Scientific reports, 6(1), pp 10.1038(1-13) 54 Schwab K., Henriksen E A., Worlock J M., and Roukes M L (2000), “Measurement of the quantum of thermal conductance”, Nature, 404, pp 974977 55 Signore M.A , Sytchkova A., Dimaio D., Cappello A., Rizzo A (2012), “Deposition of silicon nitride thin films by RF magnetron sputtering: a material and growth process study”, Optical Materials, 34(4), pp 632-638 56 Simmons H J., Potter K S (2000), “Optical Materials”, Academic Press, San Diego, pp 191-263 57 Song B., Ganjeh Y., Sadat S., Thompson D., Fiorino A., Fernandez-Hurtado V., Feist J., Garcia-Vidal F J., Cuevas J C., Reddy P., and Meyhofer E (2015), “Enhancement of near-field radiative heat transfer using polar dielectric thin films”, Nature Nanotechnolog, 10, pp 253-258 58 Swinehart D F (1962), “The Beer-Lambert”, Journal of Chemical Education 39, pp 333 59 Rothon R N (2003), “Particulate-Filled Polymer Composites”, Publish by Rapra Technology Limited, Shrewsbury, UK, ISBN: 1-85957-382-7 60 Wang Y., Chen J., Shi Z., He S., Garcia L M., Chen L., Hueting A N., Cryan M., Zhang M., and Zhu H (2014), “Suspended membrane GaN gratings for refractive index sensing”, Applied Physics Express, 7(5), pp 052201 (1-4) 61 “Wet-chemical etching of silicon and SiO2”, Basics of Microstructuring, link: https://www.microchemicals.eu/technical_information/silicon_etching.pdf 62 Wright A F., Lehmann M S (1981), “The structure of quartz at 25 and 590 ℃ determined by neutron diffraction”, Journal of Solid State Chemistry, 36(3), pp 371-380 63 Wright A F., Leadbetter A J (1975), “The structures of the β-cristobalite phases of SiO2 and AIPO4”, Philosophical Magaxine, 31(6), pp 1391-401 73 64 Song Q., Cui Z., Xia S., Chen Z., Zhang J (2004), “Measurement of SiNx thin film thermal property with suspended membrane structure”, Sensors and Actuators A., 112(1), pp 122-126 65 Yang D., Fan T., Zhou H., Ding J., Zhang D (2011), “Biogenic hierarchical TiO2/SiO2 derived from rice husk and enhanced photocatalytic properties for dye degradation”, PLoS One, 6(9), pp e24788 66 Zhang X., Lowell P J., Wilson B L., O‟Neil G C., Ullom J N (2015), “Macroscopic Subkelvin Refrigerator Employing Superconducting Tunnel Junctions”, Physical Review Applied, 4(2), pp 024006(1-7) 67 Zheng B., Zhou C., Wang Q., Chen Y and Xue W (2013), “Deposition of Low Stress Silicon Nitride Thin Film and Its Application in Surface Micromachining Device Structures”, Advances in Materials Science and Engineering, pp 1-4 68 Zhu X., Sakka Y (2008), “Textured silicon nitride: Processing and anisotropic properties”, Science and Technology of Advanced Materials, 9(3), pp 033001(147) 74 ... chất Si3N4: (a) ba nghiêng α-Si3N4, (b) lục giác β-Si3N4 (c) lập phương γ-Si3N4 tạo từ hai cấu hình α-Si3N4 β-Si3N4 [19] Hợp chất Si3N4 tồn ba cấu trúc tinh thể điển hình: ba nghiêng α-Si3N4, lục... màng treo Si3N4 luận văn [12] Ngoài màng treo đơn lớp, màng treo đa lớp đƣợc nghiên cứu rộng rãi nhƣ: Si3N4/SiO2/Si3N4, Si3N4/Al2O3… với nhiều ứng dụng thiết bị cảm biến hay chip [26, 49 ] 1.2 Tình... vẽ Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể hợp chất Si3N4: (a) ba nghiêng α-Si3N4, (b) lục giác β-Si3N4 (c) lập phƣơng γ-Si3N4 tạo từ hai cấu hình α-Si3N4 β-Si3N4 [19] .3 Hình 1.2 Một số cấu trúc tinh thể