Luận văn được tiến hành dựa trên các phương pháp thực nghiệm sẵn có tại cơ sở nghiên cứu, bao gồm: Chế tạo vật liệu nano tinh thể SixGe1-x với các thành phần Si và Ge khác nhau trên nền vật liệu SiO2 bằng phương pháp phóng xạ catot; các phương pháp nghiên cứu tính chất vật lý của vật liệu nano tinh thể SixGe1-x gồm nhiễu xạ kế tia X (XRD), hiển vi điện tử truyền qua (TEM), hiển vi điện tử quét (SEM), quang phổ kế Raman, hệ hấp thụ quang học.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trương Thị Thanh Thủy NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU NANO TINH THỂ SixGe1x TRÊN NỀN SiO2 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trương Thị Thanh Thủy NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU NANO TINH THỂ SixGe1x TRÊN NỀN SiO2 Chun ngành: Quang học Mã số: 60440109 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGƠ NGỌC HÀ Hà Nội – Năm 2015 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tơi xin chân thành cám ơn thầy hướng dẫn TS. Ngơ Ngọc Hà Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS) – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (ĐHBKHN) đã nhiệt tình giúp đỡ tơi trong thời gian thực hiện luận văn này. Xin chân thành cảm ơn NCS. Nguyễn Trường Giang, Viện ITIMS đã giúp tơi đọc, góp ý và chỉnh sửa các lỗi chính tả cũng như bố cục của luận văn Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn tới TS. Nguyễn Đức Dũng – Viện Tiên tiến về khoa học và cơng nghệ (AIST), ĐHBKHN và các bạn của tơi đã dành thời gian hướng dẫn, hỗ trợ tơi trong việc đo đạc, xử lý số liệu. Những góp ý q báu của bạn đã giúp tơi hồn thành quyển luận văn này một cách tốt nhất Tơi muốn gửi lời cảm ơn tới tất cả các thành viên trong nhóm quang điện tử, Viện ITIMS đã giúp đỡ tơi trong q trình hồn thành luận văn Tơi cũng xin được cảm ơn các Thầy cơ giáo trong khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, đã dạy dỗ, dìu dắt tơi trong suốt thời gian học tập chương trình thạc sĩ tại đây. Xin được cảm ơn Ban giám đốc Viện ITIMS và tồn thể các Thầy cơ giáo của Viện đã tạo điều kiện cho tơi được làm việc tại đây để hồn thiện cuốn luận văn này Cuối cùng, tơi xin cảm ơn tới chồng con và tồn thể gia đình tơi. Đây là nguồn động viên to lớn nhất, là sự hỗ trợ khơng mệt mỏi của tơi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn này! Hà Nội, ngày 20 tháng 9 năm 2015 Học viên Tr ương Th ị Thanh Th ủy LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan nội dung bản luận văn này là những gì chính tơi đã nghiên cứu trong suốt thời gian học thạc sĩ, các số liệu và kết quả là trung thực chưa được cơng bố ở cơng trình nào hoặc cơ sở nào khác dưới dạng luận văn Người cam đoan Tr ương Th ị Thanh Th ủy MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt EDS Từ đầy đủ The energydispersive xray spectroscopy Ý nghĩa Phổ tán xạ năng lượng tia X FFT Fourier Transformation Biến đổi Fourier nhanh FCC Facecentered cubic Tinh thể lập phương tâm mặt Highresolution HRTEM Transmission Electron Microscopy độ phân giải cao Nhiễu xạ điện tử lựa chọn SAED Selected area diffraction SEM Scanning Electron Microscope Hiển vi điện tử quét Transmission Electron Kính hiển vi điện tử truyền Microscopy qua Xray diffraction Nhiễu xạ tia X TEM XRD Hiển vi điện tử truyền qua vùng DANH MỤC ĐỒ THỊ Chương 1 Hình 2.4: Kính hiển vi điện tử qt SEM30 Hình 2.5: Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM32 Hình 2.6: Sơ đồ ngun lý hoạt động của quang phổ kế UVVIS35 Chương 3 Hình 3.1: Ảnh nhiễu xạ tia X ứng với mẫu M337 Hình 3.2: Ảnh nhiễu xạ tia X khi thành phần x thay đổi ứng với các mẫu38 Hình 3.3: Sự phụ thuộc của tỉ phần Si, x đối với hằng số mạng a tương ứng.40 Hình 3.4: Sự phụ thuộc của kích thước tinh thể vào nồng độ tỉ phần Si,x42 Hình 3.5: Ảnh TEM, HRTEM, SAED43 Hình 3.6: Cấu trúc vùng năng lượng của Germani trong vùng E144 Hình 3.7: Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ vào năng lượng photon hấp thụ của mẫu tại 600oC45 Hình 3.8: Năng lượng hấp thụ được xác định cho phép chuyển đổi trực tiếp E1 mẫu M14 khi ủ ở 600 , 800 , và 1000 ° C Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ vào năng lượng photon hấp thụ của mẫu tại 600oC48 DANH MỤC BẢNG BIỂU Chương 1 MỞ ĐẦU Khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạn kiệt, nguồn cung cấp không ổn định với những bất lợi về điều kiện địa lý và công nghệ khai thác, nhiều nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng sinh học, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng thủy triều và sóng biển, … đang được quan tâm nghiên cứu và khai thác, trong đó và đặc biệt nhất là một nguồn năng lượng gần như vơ tận – năng lượng mặt trời Sự phát triển nhanh chóng về khoa học và cơng nghệ, điện năng sinh ra từ nguồn năng lượng mặt trời khơng còn q đắt đỏ đối với người tiêu dùng. Hơn nữa, việc khai loại năng lượng này chỉ u cần đầu tư ban đầu một lần và có thể dùng được trong nhiều năm tùy thuộc vào chất lượng và sự ổn định của vật liệu và linh kiện chế tạo. Nằm trên vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, Việt nam có giải phân bổ ánh nắng mặt trời thuộc loại cao trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời được đánh giá rất lớn Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện) là thiết bị thu nhận năng lượng mặt trời và chuyển đổi thành điện năng. Cấu tạo của pin mặt trời cơ bản gồm các điốt pn. Dưới ánh sáng mặt trời nó có khả năng tạo ra dòng điện nhờ các điện tử và lỗ trống được sinh ra dựa trên hiệu ứng quang điện. Các pin năng lượng mặt trời có rất nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà mạng lưới điện chưa vươn tới, các loại thiết bị viễn thám, cầm tay như các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, điện thoại di động, Pin năng lượng mặt trời thường được chế tạo thành các module hay các tấm năng lượng mặt trời nhằm tạo ra các tấm pin có diện tích tiếp xúc với ánh sáng mặt trời lớn. Vật liệu dùng để chế tạo pin mặt 10 Hình 3.1: Ảnh nhiễu xạ tia X của hợp kim SixGe1x được ủ ở các nhiệt độ 600, 800, và 1000oC với thành phần của Si khơng đổi x = 0.4 Các nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần được tiến hành trên mẫu ủ 1000 C Ảnh hưởng của thành phần lên cấu trúc của vật liệu Trước khi đo nhiễu xạ tia X, theo sự phán đốn nano tinh thể SixGe1x sẽ tồn tại 2 pha riêng biệt nghĩa là 2 hệ đỉnh nhiễu xạ gần nhau trong kết quả phép đo, nhưng thực tế, chỉ tồn tại một đỉnh nhiễu xạ, chỉ rõ trong Hình 3.2 Hình 3.2 trình bày ảnh nhiễu xạ tia X của hợp kim Si xGe1x với các thành phần Si thay đổi lần lượt trong dải x = 0.8 ÷ 0.2, được đánh dấu lần lượt là M1 ÷ M4 sau khi ủ nhiệt tại nhiệt độ 1000oC. Hình 3.2: Ảnh nhiễu xạ tia X của hợp kim SixGe1x với các thành phần Si thay đổi lần lượt trong dải x = 0.8 ÷ 0.2, được đánh dấu lần lượt là M1 ÷ M4 sau khi ủ nhiệt tại nhiệt độ 1000oC 48 Từ giản đồ nhiễu xạ ta thấy rằng các mẫu được trộn với tỷ lệ Si: Ge= 0.8:0.2 ; 0.6:0.4 ; 0.4:0.6 ; 0.2:0.8. Ứng với mẫu M1 nghĩa là tỷ lệ Si:Ge = 0.8:0.2 ta thấy hầu như chưa hình thành tinh thể vì trong tinh thể lúc này chủ yếu là Si, Si có hằng số mạng thấp dẫn đến đỉnh nhiễu xạ tinh thể thấp và dẫn đến hạt tinh thể sẽ lớn, khi tăng dần lượng Ge lúc này đỉnh nhiễu xạ bắt đầu hình thành tương đương tại mẫu M2 và M3 nhưng tín hiệu rất yếu, khi Si:Ge = 0.2:0.8 ứng với mẫu M4 nghĩa là lượng Ge trong tinh thể nhiều hơn lượng Si, lúc đó xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ tương ứng với các mặt (311), (220) và (111). Điều đó chứng tỏ kích thước các hạt nano SixGe1x có xu hướng tăng dần khi được xử lý ở nhiệt độ cao và cũng chứng tỏ hạt nano tinh thể lúc này chủ yếu là Ge. Điều này cũng chứng tỏ hằng số mạng của Ge lớn hơn hằng số mạng của Si dẫn tới đỉnh nhiễu xạ dịch dần về phía Ge. Đỉnh nhiễu xạ cành nhọn thì hạt sẽ càng lớn Từ giản đỗ nhiễu xạ tia X hình 3.2 ta thấy tại góc 2 300 cường độ nhiễu xạ tăng lên và có thể nhìn thấy rõ nét tinh thể tại đỉnh (111). Sự phụ thuộc của tinh thể SixGe1x vào hằng số mạng a đối với vật liệu Ge tương ứng với thành phần của x trong tinh thể SixGe1x. Với cơng thức tính hằng số mạng, theo định luật Bragg n = 2dsin Trong đó: W khoảng cách giữa điểm vào ra của tia tới ứng với góc 1800 bước sóng tia X 49 Với số mạng Silic a = 5,43 Å số mạng của Germani là a = 5,66 Å. Trong tinh thể SixGe1x hằng số mạng sẽ thay đổi khi lần lượt thay đổi giá trị x với tỉ lệ cho trước, ta thấy hằng số mạng dần tăng lên theo gần đúng hằng số mạng của Ge khi giá trị của x=0.8. Các giá trị tính tốn hằng số mạng được trình bày trong bảng 3.2 Sự phụ thuộc của thành phần x vào hằng số mạng a Bảng 3.2. Tính tốn hằng số mạng thơng qua định luật Bragg, lúc đầu trong tinh thể hạt nano SixGe1x chiếm chủ yếu là hạt Si khi đó hằng số mạng a=5.45(Å) bằng với hằng số mạng của Si tăng dần tỷ số x nghĩa là Si giảm dần còn Ge tăng dần, khi số hạt trong tinh thể nano Si xGe1x chiếm chủ yếu là Ge thì hằng số mạng a= 5.65(Å) gần bằng hằng số mạng của Ge lúc này trong hạt chiếm chủ yếu là Ge. Bảng 3.2: Các giá trị tính tốn hằng số mạng phụ thuộc vào thành phần x của Si trong vật liệu hợp kim lai hóa SixGe1x Giá trị x Hẳng số mạng a (Å) 0.8 0.6 0.4 0.2 5.50 5.55 5.60 5.66 Qua đồ thị 3.3, ta có thể thấy rằng khi tỉ phần Si (x = 0.8) so với Ge (1x = 0.2) hằng số mạng a = 5.50 Å xấp xỉ hằng số mạng của Si. Giá trị x giảm dần đồng nghĩa với tỉ lệ Ge tăng lên, hằng số mạng dịch chuyển về phía giá trị của tinh thể Ge, a = 5,65 Å. Giá trị x = 1 và ngoại suy hằng số mạng được đưa thêm vào để tham khảo 50 Hình 3.3: Sự phụ thuộc của tỉ phần Si, x đối với hằng số mạng a tương ứng Sự nhòe rộng của các đỉnh nhiễu xạ do hai nhóm ngun nhân chính gồm trạng thái cấu trúc của bản thân mẫu nghiên cứu gồm ứng suất của tinh thể và kích thước hạt. Ở đây, sự nhòe rộng bởi điều kiện thực nghiệm được loại bỏ, khi ứng suất tinh tế vi cũng được loại bỏ hoặc được hiệu chỉnh thì độ rộng vật lý liên quan đến kích thước tinh thể theo biểu thức: D: kích thước tinh thể, : bước sóng nhiễu xạ tia X, k: hệ số tỷ lệ Nếu độ rộng vật lý B được xác định theo Laue thì k = 1 còn khi sử dụng theo Scherrer thì k = 0,9. Do kích thước tinh thể D theo chiều vng góc với mặt nhiễu xạ (hkl) tỷ lệ nghịch với cos nên xác định kích thước tinh thể với độ chính xác cao thì phải dùng đường nhiễu xạ đầu tiên với góc bé Tóm lại, nếu sự nhòe rộng của đường nhiễu xạ chỉ do ngun nhân kích thước hạt nhỏ gây ra thì bằng cách xác định độ rộng vật lý của đường 51 nhiễu xạ với góc bé có thể dễ dàng xác định được kích thước trung bình của hạt tinh thể theo phương vng góc với mặt nhiễu xạ đã cho. Từ thực nghiệm ta có thể thấy được thơng qua bảng số liệu 3.3: Bảng 3.3.: Bảng số liệu về sự phụ thuộc của kích thước tinh thể vào nồng độ x x Kích thước tinh thể D (nm) 0.8 0.6 0.4 0.2 2.3 11 Thơng qua bảng số liệu ta có thể vẽ được đồ thị về sự phụ thuộc của D vào x được trình bày trên Hình 3.4 Hình 3.4 chỉ rõ sự phụ thuộc kích thước hạt vào tỉ lệ x đối với tinh thể Nếu độ rộng của tinh thể càng tăng thì dẫn đến kích thước hạt D càng giảm, điều này thể hiện rất rõ trên (Hình 3.2) thơng qua các đỉnh (113), (022), (111) Tất cả các mẫu đều được ủ tại nhiệt độ 1000oC. Ứng với mẫu M1 trong tinh thể SixGe1x khi tỉ phần của Si x = 0.8 (nghĩa là lúc này trong mẫu Si chiếm nồng độ lớn), lúc này tinh thể có hình thành nhưng kích thước hạt (D) giảm và độ rộng của tinh thể tăng, giảm dần tỉ phần của x trong tinh thể, đồng nghĩa với việc tỉ phần của Ge tăng lên, kích thước hạt tăng dần khi đó độ rộng bán phổ trong giản đồ nhiễu xạ tia x của tinh thể giảm xuống [8] 52 Hình 3.4: Sự phụ thuộc của kích thước tinh thể vào nồng độ tỉ phần Si, x Cấu trúc đơn pha của vật liệu Phún xạ catot bốc bay ngun tử Si và Ge và SiO 2 lên phiến. Thay đổi lượng Si và Ge, tăng Si thì giảm Ge để thành phần Si và Ge khác nhau, vì vật liệu chiếm 33% trong tổng SixGe1x và ủ lên đến nhiệt độ thích hợp nó sẽ kết tinh biến thành hạt nano của Si và Ge trên nền vơ định hình SiO2 (các chấm lượng tử của vật liệu SixGe1x trên nền SiO2). Chúng ta có thể quan sát được hình ảnh của các chấm lượng tử này thơng qua ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Hình 3.5 trình bày ảnh hiển vi điện tử (a) của mẫu M4 (x = 0.8) mẫu được ủ 10000C. Các chấm nhỏ với đường kính khoảng 5 10 nm là các tinh thể SixGe1x trên nền vơ định hình SiO2 sáng màu. Ảnh hiển vi điện tử phân giải cao (HR TEM) của các tinh thể này được thể hiện trên hình 3.5 (b) với biến đổi Fuorier nhanh (FFT) trong hình nhỏ. Kết quả cho thấy hạt nano đơn tinh thể với kích thước khoảng 10 nm được hình thành. Khoảng cách giữa hai mặt phản xạ (002), d = 2.8 Å (a = 5.6 Å) được thể hiện rõ. 53 (a) (b) (c) Hình 3.5: (a) Ảnh chụp TEM của vật liệu lai hóa SixGe1x sau khi được nung ủ tại nhiệt độ 1000oC với thành phần x = 0.8, các điểm màu đen với đường kính khoảng từ 510 nm là các đơn tinh thể; (b) Hình ảnh HRTEM phân giải cao của 1 đơn tinh thể, hình nhỏ phía trên góc phải là ảnh chuyển đổi Fourier (FFT) của vật liệu; (c) Ảnh nhiễu xạ điện tử chọn lựa vùng (SAED) Ảnh nhiễu xạ điện tử vùng chọn lọc (SAED) được trình bày trên hình 3.5 (c) Kết quả này hồn tồn phù hợp với nhiễu xạ tia X và đưa ra bằng chứng trực tiếp về sự hình thành của các hạt nano đơn pha SixGe1x trên nền vơ định hình SiO2 [8] Từ kết quả nhiễu xạ tia X và hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao có thể thấy rằng: Hệ SixGe1x là đơn pha chứ khơng phải hai pha riêng rẽ của Si và Ge Kích thước của hạt SixGe1x là đơn tinh thể hình cầu khoảng từ 2 10 nm Hằng số mạng tăng đều tuyến tính từ hằng số mạng của Si tới hằng số mạng của Ge khi hàm lượng Ge tăng trong hệ SixGe1x 3.2. Q trình dịch chuyển độ rộng năng lượng trực tiếp Các chuyển mức trực tiếp 54 Các mức dịch chuyển trực tiếp dưới 5 eV trong cấu trúc vùng năng lượng của tinh thể Ge được trình bày trong hình 3.6. Các mức dịch chuyển này được đánh dấu lần lượt là E(0), E(0’) tại vị trí (k = 0), E(1) nằm ở giữa và L [18, 19], và E(2’) nằm tại lân cận vị trí X trong vùng Brillouin. Ở chuyển mức trực tiếp E(1), quan sát thấy đường (mặt) đẳng năng song song với nhau, tương ứng với khối lượng hiệu dụng của các điện tử và lỗ trống là tương đồng Điều này dẫn đến dự chồng chéo khơng gian mạng của chuyển đổi trực tiếp được tăng lên, xác suất dịch chuyển chính vì thế cũng được tăng lên. Đồng thời, sự thay đổi của E(1) là nhỏ trong giới hạn lượng tử do sự đồng điệu trong khối lượng hiệu dụng Hình 3.6: Cấu trúc vùng năng lượng của tinh thể Ge với các mức chuyển mức năng lượng trực tiếp được trình trong vùng năng lượng dưới 5.0 eV. Các mức chuyển mức trực tiếp E(0) và E(0’) tại điểm 55 (k = 0) của vùng Brillouin, chuyển mức E(1) nằm giữa điểm và L và chuyển mức E(2’) nằm gần điểm X Sự dịch chuyển độ rộng vùng năng lượng lượng E(1) Hệ số hấp thụ được xác định từ định luật hấp thụ ánh sáng BugerLamber. Hệ số hấp thụ được xác định bởi phần cường độ ánh sáng bị suy giảm khi qua một đơn vị độ dày của mẫu I(x)=Io (1R).exp( x) ( )= Hệ số hấp thụ phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng tới, sự phụ thuộc đó =f( ) gọi là phổ hấp thụ ( )== Hệ số hấp thụ được xác định bởi cường độ ánh sáng tới và cường độ ánh sáng truyền qua mẫu Khi hằng số mạng của hệ SixGe1x biến đổi tì cấu trúc vùng năn lượng biến đổi dẫn tới mọi tính chất vật lý thay đổi Hệ số hấp thụ trong q trình biến đổi trực tiếp có liên quan đến năng lượng hấp thụ photon theo cơng thức (E Eg) Trong đó E: năng lượng hấp thụ photon Eg: năng lượng khe bán dẫn trực tiếp Bằng cách vẽ sự phụ thuộc của bình phương hệ số hấp thụ theo năng lượng hấp thụ ta có thể xác định được giá trị của độ rộng vùng cấm thẳng trong chất bán dẫn như trình bày trong Hình 3.7. Áp dụng phương pháp này với các hệ mẫu hợp kim lai hóa SixGe1x đã chế tạo với thành phần Si khác nhau (mẫu M1÷M4) và tại các nhiệt độ ủ T = 600oC, 800oC, và 1000oC ta thu được kết quả của độ rộng vùng cấm này như trong hình nhỏ của Hình 3.7. Cụ thể là từ bình phương hệ số hấp thụ và năng lượng hấp thụ photon, chúng ta có thể xác 56 định được vùng cấm thẳng từ đường giao cắt giữa đường ngoại suy tuyến tính của bình phương hệ số hấp thụ và đường gốc Hình 3.7: Sự phụ thuộc của bình phương hệ số hấp thụ vào năng lượng phơtn hấp thụ của các mẫu tại nhiệt độ ủ 600oC. Hình nhỏ: độ rộng vùng cấm thẳng của các mẫu với các thành phần Si và nhiệt độ ủ khác nhau Qua hình 3.7 ta thấy khi hàm lượng Ge tăng và Si giảm thì Eg giảm dần Đối chiếu với các năng lượng dịch chuyển trực tiếp trong hình 3.6, chúng ta thấy các giá trị năng lượng được xác định này (~2 eV) tương đối phù hợp với các chuyển mức trực tiếp E(1). Với m ẫu M4, tỉ phần Ge là lớn nhất, vùng năng lượng chuyển đổi trực tiếp E(1) thay đổi nhỏ nằm trong khoảng 2eV [17], trong khi các vùng cấm thẳng của các mẫu còn lại thay đổi khá lớn với các nhiệt độ ủ khác nhau. Điều này là hồn tồn phù hợp với thảo luận phía trên về 57 tính đồng điệu của vùng dẫn và vùng hóa trị như trình bày trong sơ đồ năng lượng trong hình 3.6 áp dụng cho bán dẫn khối Ge Năng lượng dịch chuyển trực tiếp của các mẫu còn lại thay đổi có thể do thành phần Si thay đổi Thơng qua 12 mẫu khi hệ SixGe1x được ủ tại 3 nhiệt độ khác nhau 600oC 800oC và 1000oC (Hình 3.8) Hình 3.8 Năng lượng hấp thụ được xác định cho phép chuyển đổi trực tiếp E1 mẫu M14 khi ủ ở 600 , 800 và 1000 °C [18, 19] Qua (Hình 3.8) ta thấy rằng khi hàm lượng Ge tăng và Si giảm thì giá trị khe năng lượng tăng lên từ giá trị của Ge tới giá trị của Si. Với nhiệt độ ủ tăng thì kích thước hạt thay đổi và hiệu ứng lượng tử do kích thước hạt cũng có ảnh hưởng tới cấu trúc vùng năng lượng 58 KẾT LUẬN Luận văn đã đạt và giải quyết được một số vấn đề sau: Hình thái và cấu trúc của nano tinh thể Si xGe1x đã được nghiên cứu và khảo sát bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM), Hiển vi điện tử tryền qua độ phân giải cao (HR TEM) và nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng (SAED). Kết quả cho thấy các hạt nano tinh thể SixGe1x có kích thước tương đối nhỏ nằm trong vùng từ 3÷10 nm sau khi được nung ủ tại 1000oC trong mơi trường khí N2; kích thước của các hạt nano và hằng số mạng tinh thể này tăng theo thành phần Ge; Chọn được phương pháp thực nghiệm phù hợp với điều kiện cho phép để chế tạo được vật liệu lai hóa SixGe1x có cấu trúc nano; Nắm bắt được một số tính chất vật lý cơ bản của vật liệu như sự thay đổi của hằng số mạng tinh thể, chuyển mức thẳng và chuyển mức xiên trong vật liệu bán dẫn, sự phụ thuộc của một số chuyển mức cơ bản vào thành phần, cấu trúc và kích thước nano tinh thể; Lựa chọn được phương pháp thực nghiệm phù hợp với điều kiện cho phép để chế tạo được vật liệu SiGe có cấu trúc nano; Độ rộng của chuyển đổi năng lượng trực tiếp E(1) nằm giữa điểm Γ và L trong vùng Brillouin tăng lên với thành phần Si tăng; Các kết quả chính của luận văn được đăng trên tạp chí Nanotechnology, nhà xuất bản Viện Vật Lý Vương Quốc Anh (IOP) có chất lượng cao, nằm trong danh mục ISI với chỉ số “impact factor” năm 2014 là IF = 3.81 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1]. Lê Cơng Dưỡng (2000), “Vật liệu học”, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội [2]. Phùng Hồ, Phan Quốc Phơ (2001), “Vật lý bán dẫn”, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội [3]. Nguyễn Đức Chiến, Phạm Thành Huy, Dư Thị Xn Thảo, Nguyễn Như Tồn, Trần Kim Anh, Nguyễn Ngọc Trung, Phạm Ngun Hải, Trịnh Xn Anh, Vũ Anh Minh, Lương Hữu Bắc, “Nghiên cứu vật lý và cơng nghệ chế tạo vật liệu quang điện tử và quang điện tử tổ hợp”, Đề án nghiên cứu cơ bản 20012002, Bộ Khoa học cơng nghệ và mơi trường, mã số: KHCB 42.17.01 [4]. Vũ Đình Cự (1997), “Vật lý chất rắn”, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội [5]. Vũ Đình Cự, Nguyễn Xn Chánh (2004), “Cơng nghệ nano điều khiển đến từng phân tử ngun tử”, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội [6]. Nguyễn Hồng Nghị (2003), “Các phương pháp thực nghiệm phân tích cấu trúc” NXB Giáo dục, Hà Nội [7]. Vũ Đăng Độ Triệu Thị Nguyệt (2010), “ Hóa học vơ cơ, Quyển 1, Các ngun tố s và p” NXB Giáo dục Việt Nam Tiếng Anh [8]. N. N. Ha, N. T. Giang, T.T.T. Thuy, N. N. Trung, N. D. Dung, S. Saeed and T. Gregorkiewicz, “Single phase Si1−xGex nanocrystals and the shifting of the E 1 direct energy transition”, Nanotechnology 26 (2015) 375701 [9]. K. Seeger (1991), “Semiconductor Physics”, 5 the edition, Springer Verlag [10]. J. I. Pankove (1971), “Optical Properties in Semiconductors”, Dover Publications, New York 60 [11]. Lorenzo Pavesi (2005), “Photonics applications of nanosilicon”, Dipartimento di Fisica, Universita di Trento, via Sommarive 14, 38050 Povo (Trento), Italy.url: http:\\science.unitn.it\semicon [12]. A. Irrera, D. Pacifici, M. Miritello, G. Franzu, F. Priolo, F. Iacona, D. Sanfilippo, G. Di Stefano and P.G. Fallica (2003), “Light emitting devices based on silicon nanostructures”, NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry, Vol 93, Kluwer Academic Publishers [13]. L. T. Canham (1990), “Si quantum wire arrays fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers”, Appl., Phys., Lett., Vol 57, pp. 1046 1048 [14]. S. Z. Weisz, R. K. Soni, L. F. Fonseca, O. Resto, M. Buzaianu (1999), “Size dependent optical properties of silicon nanocrystals”, J. Lumi., Vol 83 84, pp. 187 – 191 [15]. B. D. Cullity (1978) “Elements of XRay diffraction”, 2nd edition, Addison Wesley, Reading, MA [16]. F. Hippert, E. Geissler, J. L. Hodeau, E. Lelievre, J. R. Regnard (2006), “Neutron and XRay Spectroscopy”, Springer. [17] R Braunstein, A R Moore, F Herman, (1958), “Intrinsic optical absorption in germaniumsilicon alloys”, Phys. Rev. 109, 695 [18] T Ebner, K Thonke, R Sauer, F Schaffler, H.J Herzog, (1998), “Electroreflectance spectroscopy of strained SixGe1x layers on silicon”, Phys. Rev. B 57, 15448 [19]. C. Pickering, R. T. Carline, D. J. Robbins, W. Y. Leong, S. J. Barnett, A. D. Pitt, and A G Cullis, (1993), “Spectroscopic ellipsometry characterization of strained and relaxed SixGe1x epitaxial layers”, J. Appl. Phys. 73, 239 61 [20] B S Meyerson, (1994), “High speed silicon germanium electronics”, Scientific American 270, 4247 [21]. S. Takeoka, K. Toshikiyo, M. Fujii, S. Hayashi, and K. Yamamoto, (2000), “Photoluminescence from Si1−xGex alloy nanocrystals”, Phys. Rev. B 61, 15988 [22]. R. Weigand, M. Zacharias, P. Veit, J. Christen, J. Wendler J, (1998), “On the origin of blue light emission from Genanocrystals containing aSiO x films”, Superlattices Microstruct. 23, 349 [23] K L Wang, D Cha, J Liu, C Chen, (2007), “Ge/Si selfassembled quantum dots and their optoelectronic device applications”, Proceedings of the IEEE 95, 1866 [24]. G. Bauer, F. Schäffler, (2006), “Selfassembled Si and SiGe nanostructures: New growth concepts and structural analysis”, Phys. Stat. Sol. (a) 203, 3496 62 ... suất quang điện tử là cần thiết [8, 20, 22, 23, 24]. Với u cầu như trên, chúng tơi thực hiện đề tài: Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật lý của vật liệu nano tinh thể SixGe1x trên nền SiO2 Luận văn được tiến hành dựa trên các phương pháp thực nghiệm sẵn có tại cơ ... ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trương Thị Thanh Thủy NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU NANO TINH THỂ SixGe1x TRÊN NỀN SiO2 Chuyên ngành: Quang học... thái điện tử nên có thể thay đổi các tính chất vật lý này bằng cách thay đổi kích thước và tính chất bề mặt của các nano tinh thể. 27 1.4.2. Một số phương pháp chế tạo vật liệu Silic có cấu trúc nano Vật liệu Si có cấu trúc nano có thể được chế tạo bằng các phương pháp