Chế tạo và nghiên cứu các tính chất của vật liệu zno pha tạp in, mn

Đại học Quốc gia Hà nội Trường Đại học Khoa học Tự nhiên %Hc Tén đề tài ♦ : C h é t o n g h iê n u c c tín h c h ấ t c ủ a vật liệu Z n O ph a tạ p In , M n Mã sỏ: QT- 07-20 Chủ trì để tài : TS Ngó Thu Hương (Khoa Vật lý) OAI H O C Q U Ố C G IA HÀ NỘI ỈRUNG TẨM THÔNG TIN THƯ VIỀN Ĩ)T Hà nội - 2007 I 1£± Đại học Quốc gia Hà nội Trường Đại học Khoa học Tự nhiên %Hí%ĩHỶỶ % # Tên đ ế t i : C h ẽ t o n g h iê n cứu c c tín h c h ấ t củ a vật liệu Z n ( ) pha tạp In, M n Mã sỏ: QT- 07-20 Chủ trì đề tài : TS Ngỏ Thu Hưưng Các thành vién tham gia: Học vién cao hoc Lé Thị Lưu Sinh viên: Trịnh Minh Cánh Hà nội - 2007 Báo c o t ó m tắt Tên đề tài : C h ế tạo v n g h ié n u c c tín h c h ấ t c ủ a vậ t liệu Z n O p h a tạp In, M n a (M ã sô' : Q T -0 7-20 ) b C h ú trì đề tài : TS N g ỏ Thu Hương c C c th n h vién t h a m gia: học vicn ca o học Lê Thị Lưu, sinh viên T rịnh M in h Cánh d T h i gian th ự c h iệ n từ tháng I năm 0 đến tháng 12 năm 007 e M ụ c tiêu nội d u n g n g h iê n cứu: Muc ticu nehicn cứu đề tài c h ế tạo v ật liệu Z n O ph a lạp In, M n n g h iê n cứu tính c hát câu Irúc nano, tính c h ấ t q ua n g tính c hất từ c ủ a loại vật liệu f C c k ế t q u đ t đ ợ c : K ế t q u c ú a đ ề tài b a o g m : b áo th a m dự hội nghị V iệ t - Đ ứ c th n g n ă m 200 đ ã đ ợ c c h ấ p nh ận 01 báo cáo Hội nghị khoa học sinh viên khoa Vật lý nãm 2007 đ ã h n g dẫn 01 k h ó a luận lốt ngh iệp 01 luận vãn c a o h ọc g T in h hình kinh p hí c ứ a đ ề tài: T ố n g kinh phí thự c chi: 0 0 0 đ n s T r o n g - T n g â n sá c h n h nước: 0 0 0 đổriiỉ K inh phí ĐHỌCi: Vay tín ílụng: Vơn tự có: Chủ trì để tài (Ký ghi rõ họ tẻn) Khoa q uàn lv (Ký ghi rõ ho tèn) Brief project report a Project title: (QT-07- 20) b Project co-ordinator: Dr Ngo Thu Huong c Co-operator: M aster student: Le Thi Luu Student: Trinh Minh Canh d Duration: from 2007, Januarv to 2007, December) e Objectives and scientiíic contents: The main object of this proịect 1S abrication the In Mn doped ZnO materials and studying the nano-strueture, iptical and magnetic properties ofihe.se malerials f Results: 02 papers in Germany-Vietnam ese sem inar on March 2008 were accepted, 01 presentation at the seminar o f student 2007, 0J student and 01 master studenl were presented g Budget: 20.000.000 VND lục lục Trang Lời mở đầu Tổng quan vật liệu Các phương pháp thực nghiệm 12 Các kết quà luận 14 Kết luận 24 Tài liệu (ham kháo 25 Lời mở đầu Hiện khoa học kỹ thuật phái triển với tốc độ nhanh chóng, đặc biệl ong lĩnh vực điện tử học cơng nghệ thơng Ún Sự phát triển nhanh chóng nh vực nhờ vào việc khai thác tính chất liên quan đến điện tích spin iộn tử Gần đây, loại phân cực spin khác tạo chát án dẫn chứng tỏ chức vật liệu thực cách iều khiển trạng thái spin Do đó, xuất lĩnh vực vật lý pintronic, sử dụng trạng thái spin vật liệu bán dẫn, gắn liền với hai cóng ghệ: cơng nghệ tạo vật liệu có kích thước nanomet cơng nghệ tạo vật liệu ó tính chất mong muốn để đưa vào ứng dụng Một loại vật loại ứng dụng nghiên cứu rộng rãi có nhiều kết lý lú vật liệu ZnO hợp phần chúng pha tap nguyên tố thuộc hóm kim loại chuyển tiếp Do đó, chọn hướng nghiên cứu thực iện đề tài với nội dung " C h ế ta o n g h iên u tín h chất vật liệu Z n () tạp ỉn , M n T Ổ N G Q U A N V Ể V Ậ T LIỆU Vật liệu bán dẫn Z nO thuộc nhóm A nB VI, có vùng cấm rộng (cõ 3,3 ;V), chuyển mức thẳng, có tính áp điện mạnh Là bán dẫn loại n, với lonor sai hỏng tư nhiên Độ dẫn ZnO tăng pha lạp :hất donor (AI, In ) ■ĩ Câu trúc tinh thể ZnO Tinh thể Z nO có ihể tổn ba dạng cấu trúc: Cấu trúc lục giác Wurlzile điều kiện thường, cấu trúc lập phương giả kẽm nhiệt độ cao cấu trúc lập íhương đơn giản kiểu NaCl xuất áp suất cao Ĩ Ỹ —T ^? o Oxv • Kẽm 'Ĩ : O- H ình 1.1: Cấu trúc tinh iliê kiến Wuri:ite cùa ZnO điều kiện thường, ZnO tồn bền vững ổn định với thông số nạng a=3,2498 Ả c=5,2066 Ả xếp lồng vào lệch theo trục c nột đoạn khoảng 3/5 chiều cao Đặc biệt, với cấu trúc Wurtzite mang Z nO có xuất > liện mặt phân cực tạo mặt diện tích dương cúa mang ion Z n 2+ mật iiện tích âm m ạng ion : sáp xép xen kẽ Các trục phán cưc han xốp heo phương Ị0001 Ị 'Sâu trúc tin h th ê k iế n lâp p h n g g ió k ẽ m 1 k ir u N a C I Tính chất vật liệu Z nO pha tap: Mặc dù việc tổng hợp điều khiên linh chãi lù cùa t c chái hán dần III.rsennide đạt nhiéu tiên hộ đáng kê xoriíi nhiệl (tỏ Curic dược CỎI12 hơ ần thấp đẽ ứng dụng vào linh kiện spinimnic dựa họ vặi liệu nàv liện nay, chất vùng cấm rộng hứa hẹn đõ đạl dược nhiệt độ Curie cao I ] Các vậi liêu GaN Z nO chứa 5% Mn có nồng độ lỗ trống cao 102" in ; dược dự đốn cổ T( cao nhiệt độ phòng Mội sơ vật liệu khác ỏng bổ có tính sắt từ lại nhiệt độ phòng nhu: (Cd.M n)G e: P, (Zn.Mn) ìe: p ZnSnAs: , (Zn.Co)() [2-5] Nhưng ánh hườn tỉ cùa cõng nghệ chê tạo, điéu ;iện nhiệt đô, môi trường nung mà sổ vật liệu có tính sát từ nhiệt lộ phòng, sơ' kêt q cơng hố như: màng Zn,,ir,MnM(l70 (Zn,Mn)P Zn.Mn)Sn |6 - 9] Bán dẫn hợp cliál vùng cấm lộng vát liệu rái Iricn vọng đô’ dụt dược nhiệt :lộ Curie cao [ I ] Khi sử (lụng lý Ihuyết lrnII Inuiii hình \ ã mơ hình sắt tù Zcncr Dietl cộng dã đánh giá nhiệt độ Curio đói vcVi vịn liệu hán dẫn khác Theo mõ hình Zcncr độ dài licn kết ngăn tron” vật liệu bán bần vùng câm rộng Z nO gãv liên kết mạnh lồ tròng vù anion spin dinh xứ cation từ pha kim loại chuyên nép vào mang hán dẫn Có thê sứ dụng phép gần trường trung hình giá thiết lỗ tro ne Irạnu (hái mớ rõnii (lịnh xứ yếu trung sian cho tirơne lác khoáng tá c h dùi spin định xứ Khi đỏ nhiệt độ Curie xác định hứi cạnh tranh tương tác sát từ tươna tác phan sát từ Trong mõ hình cùa Dictl CŨI12 tính đến lính di hướng cùa tương tác trao đổi thực hiên qua hat lái điện mỏi liên quan với liên kết spin quỹ đạo tronu vật liệu T, tylè với mặt độ kim loại chuyến tiếp mặt độ lỗ trông Đoi với c c k im loại c h u v ó n l i c p V i v N i C'i> u ậ t tư sãt tu i r o n g Z n ( ) dự đốn xay mà khơng cán bổ xung thẽin hạt lai điện Tính sát từ trớ nên yếu Z nO pha kim loại chuyến tiếp 3d không pha tạp hạt tái Các tác giá [ 10-12] cũnu dã tìm trạng thái sãt lù trạng iliái bán cùa V, Cr, Fo Ni Co tm ne ZnO N hư (Z n M n ) pha acccptor Z nO pha kim loại chun liếp có lính sát từ Ntihiẽn cứu lý tliuvẽt sần dãy 113] khao sát cáu IIúc điên lu tù tính màn" m ong ZnO pha Mn sử dung tính tốn Ihco nguyên lý thứ nhâì vêl qu nhận cho thấy licn kết tù ion Mn phán sát từ phù hợp với ác tính tốn cúa ị 10] Vì ngun tứ Mn Zn có hóa trị nên khơniỉ có lỗ rơng lự tham gia vào trình tương tác sát lừ im iy ẽ n lử Mn thav thô cho Iiuivcn iư Xn Cac t;u t!ia dà kól luan rãiìiĩ: đe nhạn iluiíc lính săl lừ Irong hộ inM n O cán giái quyêt vấn đé vê pha tạp khuyết lật Tại nòng độ vln cao nguyên lử Mn tụ đám xung quanh () m àng móng ZnMnO Kết •I phù hợp với kết thực nghiệm cua 114] I ] không quan sát thày ương tác sắt (ừ hệ Z nO pha tạp Mn Ngdài tính chát quang cùa loại vật liệu có nhiều lý thú Các mức chuyến mức thắng, Irì 11h hấp thụ lái hợp hức xạ dược nghiên cứu nhiéu Các ứng dụng vật liêu bán dản Zn() Vậl liệu ZnO có rái nhiéu ứng cluiiii IIOIILI khini học cong imhệ dời sona: - Bọl Z n O dược ứng ilụiia nhiêu Ironti cong nuhệ gom chó tạo loại linh kiện háo vệ ch o m ạch điện tránh lác động cùa XU11