Tên đê tàiCHẾ TẠO VÀ NGHIÊN cứ u MỘT số TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SnOz PHA TẠP CHẮT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN \ T ên đê tài CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN c ứ u MỘT s ố TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SnOz PHA TẠP CHẮT MÃ S Ố :Q T -0 -08 CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI: ThS NGUYỄN THANH BÌNH Các cán tham gia: PGS TS LÊ THỊ THANH BÌNH ThS NGUYỄN TỪ NIỆM ĐẠI HỌC ouoc G tA h a N Ọ ì T R U N G T Á M T H Õ N G TIN ỈM U \i'IỆN HÀ N Ộ I-2 QT- 09 - 08 Báo cáo tóm tắt Chế tạo nghiên cứu số tính chất vật liệu SnƠ pha tạp chất Mã sổ đề tài Chủ trì đề tài: Các cán tham gia: Q T -09-08 ThS Nguyễn Thanh Binh PGS TS Lê Thị Thanh Bình ThS Nguyễn Từ Niệm Mục tiêu nội duDg 1.1 Mục tiêu - Tìm hiểu tổng quan vật liệuSn02 pha tạp chất không pha tạp - Chế tạo vật liệu Sn02 có pha tạp chất phưoTĩg pháp thủy nhiệt dạng mẫu bột - Khảo sát tính chất cấu trúc, tính chất quang vật liệu SnƠ2 pha tạp chất không pha tạp - Viết báo cáo khoa học 1.2 Nội dung Tạo vật liệu SnƠ2 Sn02 có pha tạp chất Sb Zn - Khảo sát tính chất cấu trúc bề mặt vật liệu chế tạo - Khảo sát tính chất quang Kết chỉnh - 02 báo báo khoa học - 01 khóa luận tốt nghiệp Tình hình kinh phí đề tài - Kinh phí cấp: 25.000.000 VNĐ - Kinh phí cấp đến 12 - 2009 toán xong: 25.000.000 VNĐ Khoa quản lý Chủ trì đề tài PGS TS Hà Huy Bằng ThS Nguyễn Thanh Bình Cơ quan chủ trì đề tải Htậu ĨRƯÓNC KHGA W TỰ Npntix _ BRIEF REPORT OF PROJECT Properties of SnOi material obtained by the sol-gel and hydrothermal method The Code number: QT - 09 - 08 The co-ordinator: Msc Nguyen Thanh Binh The participants of the project: Ass Dr Le Thi Thanh Binh MSc Nguyen Tu Niem Purpose and contents of the work 1.1 Purpose - Fabricate SnOi ; SnOi: Sb and Sn0 : Zn material by hydrothermal method - Investigate the structural and optical properties of Sn ; SnOi: Sb and SnOi: Zn material - Scientific report 2.1 Contents - Sn0 ; SnOj: Sb and Sn0 : Zn materials were successfully synthesized by hydrothermal method - Investrigated the structural and surface properties of Sn material - Investigated the photoluminescence, the absorption o f Sn material at room temperature Main Results - 02 scientific report - 01 bachelor thesis Phần báo cáo Mục lục Báo cáo tóm tắt Brief report o f project Mục lục Mờ đầu Nội dung Phần Tổng quan Phần Phương pháp thực nghiệm 19 Phần Kết thảo luận 21 Kết luận 39 Tài liệu tham khảo 40 Mở đầu Trong thời đại khoa học kĩ thuật ngày phát triển, đầu tư nghiên cứu ngành khoa học công nghệ cao trở thành chiến lược phát triển nhiều quốc gia Công nghệ nano ừong công nghệ nghiên cứu rộng đem lại nhiều kết triển vọng tương lai Các thành tựu cơng nghệ nano có nhiều ứng dụng đời sổng sản xuất, giải lĩnh vực nhân loại quan tâm hàng đầu y sinh học, bảo vệ môi trường chế tạo linh kiện điện tử có kích thước tinh vi đáp ứng nhu cầu thiết bị ngày phải nhỏ gọn Trong số vật liệu có cấu trúc nano, xít thiếc (SnƠ 2) nghiên cứu rẩt nhiều giới đạt số kết khả quan Vật liệu bán dẫn SnƠ pha tạp có nhiều ứng đụng tính chất chúng: độ rộng vùng cấm lớn 3.6 eV nhiệt độ phịng, tính dẫn điện cao, độ truyền qua tốt miền sóng dài, Những tính chất làm cho chúng có ứng dụng như: làm điện cực suốt thiết bị hiển thị pin mặt trời, làm lớp tiếp xúc Schottky pin mặt trời, sensor nhạy khí, độ ẩm Đặc biệt, tính chất lạ vật liệu SnƠ có cấu trúc nanơ làm tăng thêm khả ứng dụng loại vật liệu Cấu trúc nano SnƠ chế tạo nhiều phương pháp khác như: sol-gel, phún xạ cathod, bốc bay nhiệt đơn giản, lắng đọng hóa học, thủy nhiệt Trong báo cáo lựa chọn phương pháp: thuỷ nhiệt với số ưu điểm bật: độ đồng sản phẩm cao, sản phẩm có cấu trúc nanơ, dễ thục hiện, giá thành rẻ để chế tạo vật liệu SnƠ khảo sát ảnh hưởng pha tạp Sb, Zn lên số tính chất SnƠ PHÀN 1: TĨNG QUAN LÝ THUYÉT 1.1 Cấu trúc tinh thể SnƠ H ìn h l.ỉ Mơ hình cẩu trúc tinh thể Sn02 SnƠ bán dẫn thuộc nhóm Bán dẫn SnƠ thường có cấu trúc kiểu Rutile Mạng tinh thể SnƠ có sở lưới thuộc hệ tứ phương tâm khối cation Sn anion ôxy tạo thành bát diện quanh Sn Cả ô nguyên tố vùng Brillouin có cấu trúc tó giác Trong sở có chứa nguyên tử, gồm nguyên tử Sn nguyên tử ôxy Các nguyên tử Sn tạo thành mạng lập phương tâm khối cácnguyên tử ôxy đặt gần góc khối bát diện Hằng số mạng SnƠ là: a = b = 4,7373 (Ả) c - 3,1864 (Â) 1.2 Cấu trúc vùng lượng SnƠ Các kết nghiên cứu lý thuyết vùng lượng SnOi cho thấy bán dẫn loại n, có vùng cấm thẳng Giản đồ lượng SnƠ biểu diễn hình (1.2) Ta cỏ thể nhận thấy tâm vùng Brillouin (Ằ) cực đại vùng hoá trị cực tiểu vùng dẫn nằm vecto sóng k , Giá trị khe lượng nhỏ vào cỡ Eg= 3,6 (eV) nhiệt độ phịng Hình ỉ 2: Giản đồ cấu írúc vùng lượng dẫn SnOj 1.3 Tính chất hấp thụ bán dẫn SnƠ Cả bán dẫn SnO j Sn pha tạp hấp thụ mạnh miền tử ngoại Bờ hấp thụ lân cận eV thường quan sát rõ phổ truyền qua phổ hấp thụ màng Sn - Cũng bán dẫn khác, Sn chế hấp thụ khác xảy chiếu chùm ánh sáng đến bề mặt mẫu Khi phần ánh sáng bị phản xạ frở lại ưên bề mặt mẫu, phần ánh sáng xuyên qua, phần lại bị tán xạ hay hấp thụ chất bán dẫn Trong trình hấp thụ, điện tử bán dẫn nhận lượng từ photon ánh sáng bị kích thích lên trạng thái có mức lượng cao hoTi Nếu xét bán dẫn có độ dày d, cường độ ánh sáng qua mẫu phụ thuộc vào hệ số hấp thụ ỏ (ỏ đặc trưng cho trình hấp thụ) tuân theo định luật Bouger - Lambert: /(Vo) = / o K K “" ( 1) với Io(ớ): cường độ ánh sáng chiếu tới bề mặt mẫu ớ: tần số ánh sáng ỏ: hệ số hấp thụ d: độ dày mẫu Hệ số hấp thụ ỏ phụ thuộc tiết diện hấp thụ ọ mật độ tâm hấp thụ N Nếu bán dẫn có i loại tâm hấp thụ với cácbản chất khác hệ số hấp thụ bán dẫn là: a = ỵ < ‘, - ỵ s , N , i (2 ) i ỏi! hệ số hấp thụ tâm i Nị! nồng độ tâm tạp i ổ,: thiết diện hấp thụ tâm i, (5, phụ thuộc vào lượng photon chất tâm hấp thụ Vì SnƠ bán dẫn vùng cấm thẳng nên phụ thuộc hệ sổ hấp thụ ỏ vào lượng ánh sáng tuân theo quy luật [ ]; a { h v )^ A { h v -E ^ f^ (3) hớ : lượng photon Eg : độ rộng vùng cấm bán dẫn A : số phụ thuộc vào vật liệu N ếu dựng đồ thị (ahv)^ theo hv miền lân cận bờ hấp thụ kéo dài đoạn thẳng đồ thị đến điểm cắt trục hồnh ngoại suy giá trị độ rộng vùng cấm bán dẫn Thông qua việc đo phổ hấp thụ màng SnƠ tính độ rộng vùng cấm vật liệu theo cách trên, Terrier cộng [9] xác định giá trị Eg m àng SnƠ eV, màng SnƠ pha tạp Sb 3,85 eV Các tác giả không khẳng định Eg giảm trạng thái vùng cấm hình thành tạp Sb pha vào SnƠ M àng SnƠ suốt miền ánh sáng khả kiến Độ truyền qua màng SnƠ phụ thuộc nhiều vào phương pháp chế tạo, độ dày màng loại tạp chất nồng độ tạp chất đưa vào màng Bằng phương pháp CVD tác giả [7] tạo màng Sn với độ truyền qua 94 % -ỉ- 99 % miền khả kiến tính giá trị Eg = qV từ phổ hấp thụ Bằng phương pháp Sol-Gel tác giả [8 ] khảo sát độ truyền qua màng theo số lớp tạo nên màng Độ truyền qua trung bình màng vào cỡ 80% W av e le n g l h (nm) Hình 1.3 Phổ truyền qua SÌ7Ỡ2 nhóm Hình ỈA Phổ truyền qua màng tác giả p Rqịaram cộtĩg chế tạo bằngSn02 tác giả L.L.Diaz-Fỉores phương pháp CVD chể tạo phương pháp sol-gel Các tạp chất Sb F thường sử dụng để nâng cao độ dẫn điện cho màng Sn Tuy nhiên nồng độ tạp chất tăng độ 10 Prnci’ctti/HiS nf nf'.\A yiO 'l I 'wrg /hi/ l \FT-149-P '■'■vember ¡''-¡4 '^009 ^licro^■^ave l i N t l r o t h c r m a l s \ n i h c s i s o f h i e r a r c h i c a l p o r o u s sol i d a c i d ZS M5 / S B A - I (>I A S - y | ; ZS M- SB \ - ! N g i O i e n —P m l i — Líiypn Nguyen \,MI)-024-P '' u A n h T u a n T r a n T h i N h u M a i N g u y e n N c o c T u n g T h e A n h I.e O u a n g H u n a , T r a n D i n h T o a i , D o T h u H u o n g , S i d o r e n k o 'i'll Se n ' r o ' i T H R IA i 441 u s i n g s o d i u m s i l i cat e a n d a c i d s u l f u r i c \! \ ụahccV.-n- \ A s it S A S O S T R l C Ĩ L R E S 447 i l i [ ; i i l \ p n r o i i s IM’y c o n d u c t i n g c o m p o s i t e s K n : m g s a k K e l p a n ” a nd Jun Se o Par k NiM!)-039-r rrcpar:itinn i N,MO-040- I > :ind c h a r a c t e r i z a t i o n of M n - d o p c d Z n O 451 nanorods L P h a n X H Dan, s K Oh a n d s c Yu S M i I l u ’sis, c l i n r a c t c r i z i l i o n a n d s t r u c t u r a l s t u d i e s o f R b , M I I | r t ( C N ) ( , | 452 IMuiiiị; K i m [’ hu, N g u y e n M i n h T h u a n a n d N u u v e n Va n M i n h \M I)-lt44-l’ Si i i c l ) oi l s y n t h e s i s a n d p h f U o c a t a h t i c a c i i \ i i > ot n a n o T i O i a n d d o p e d T i O : -156 I r a n M a n h C u o n » \ ' u An h Tuan Bu: Hai Linh, D a n g T u \ e t P h u o n ũ Tr an Till K i m Fi oa, N c u N e n D i n h T i j y e n \ c u v e n Q u o c T u a n N M D -0 2-P E ffcct of S U ’iVTs dopants (in gas sensing ch aracteristics of PPv and 460 P,-V.N'iy'S\\'NTs c o m p o s i l e ? i ' i n o n ỗ N loc H u \ c n Tr an 'v an K \ L.e Hai T h a n h Vu Q u o c T r u n e i Ni MD- 063- I ’ P r c p ; i r ; i l i o n oTSnC)^ atui S n O s S b n a n o p o v \ t i e r s b \ ' h N ' d r o t h e r m a l m e t h o d N l : i i \ : ỉ ì i ' h n n h jjiiili, i NMD-Or)*)-}’ S\n(hcsii 464 ' ü U ' - T i N ẹ o c L o n e L e T h ị T! i 2P h B m h an d riinracu-rizntion of r r o d i f i e d M C M - S m e s o p o r o i i s m a t e r i a l 468 Ma i X iK in T irih , L c T h a n i) ^o n \M!)-(J71-P l‘r e p a r ; i ( i o n anti cliaractcri^alion of nanoparticles containing i i ii d f i i d r a g i t Hl OO p r e p a t c i i b \ a n e m u l s i o n s o l v e n t e \ a p o r a t i u n I C Ti ll M ni I ioa Ni:ii''Cn ' in i a m , N e u v e n ketoprofen 472 method Tai Chi, Le Müll Nỉ i uỵcn, I r a n Dan T h a n h a n d Da n t i Mai l Ciiien ,\M r)-070-P St i i ( i \ on st i i t e n f m e t a l s (Cu, Fe) on the a m i n o - functionalized SBA-15 4"’6 D o u b l e c o r r o s i o n p r o t e c t i o n m e c h a n i s m o f d o p e d - p o l \ ’p y r r o l e i n o n l m o r r i l o n i i c 480 n n n o p n r o u s materials N c u v c n T h i N’u o n u F f o a n D a n e T u \ e ; P h u o n e i\,MI)-081-P N 2u_\en H u u Phij niinocomposiics \ ' u Q u oc T r u i i -J Ĩ^híi-Ti ' ;'n N' |\ !D- (18 8- P D i i o n e Ọ a n í i P h u n c , L e Mi i ìh Du c S y n t h e s i s o f ZniS n a i i o c r y s t a l ỵ '.ia m i c r o w n v e i r r a d i a t i o n and Indrothcrm al nKthoif ^L i.i\c n ' i l l ! T ill iVi i'u an F han' rh a n h Hu\ H ’j e xxviii N '£ u \'c r \':in D :tt Phrup T ill Hi'-'h T h s ti 484 P ro c e e d in g s o f IW N A 0 , V u n g T a u , V ie tn a m NMD-^ S o v e m b e r 12-14, 0 PREPARATION OF SnOj AND SnOz: Sb NANGPGVVDERS BY HYDROTHERMAL METHOD N guyen Thanh Binh .N' ouyen N g o c L o n g , L e Thi T h a n h B i n h F a c u l t y o f Ph% sics H a N o i U n i v e r s i t y o f S c i e n c e 3 N g u y e n T r a i st r e e t s , T h a n h X u a n Di s t r i ct H a n o i V i e t n a m ; E m a i l : h i n h n y u > e n t h j n l v £ i hus.edu.vi ABSTRJ^Cr N a n o p o w d e r s o f a n t i m o n y - d o p e d t in o x i d e h a \ c b e e n r e cc i Ncd h_\ droib.cnn:'.! ni cl hod v\ilhth?> d o p a n t c o n c e n t r a t i o n c h a n g e f r o m - % at T h e h \ d r o t h e r m a l t r e a i i n e n i \v.is e a r n e d cuii f r om l 80 - 22tf: in h T h e s t r u c t u r e , m o r p h o l o g y o f t h e p r o d u c t u e r e c h a r a c t e r i z e d h \ Xra> difTract i on, transmiS e l e c t r o n m i c r o s c o p y f T E M ) T r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p y ( T E M ) i m a g e - o f ^ampie-, •;hou- that! o f S n : S b n a n o p a r t i c l e s is in t h e r a n g e o f n m - nn, Fbe a b v o r p U o n a n d i u n u n c s L e n c e pr.^pertfs^ , s a m p l e s w e r e i n v e s t i g a t e d at r o o m t e m p e r a t u r e T h e b a n d g a p o f S n O ; ; S b v a r i e d f r o m e V to 4.2 v a r i a t i on of Sb dopant concentration The nature ff i be phctolum inescence peaks „ o f the ^ n a n o p a r t i c l e s wi l l be d i s c u s s e d ‘ 'ind Keywords: SnO i, nanopow ders h\'drothermai pos viti is INTRODUCTION K X l T K I M r NT AL he s a m p l e s o t ' S n T I •= II O, properties SbC 1- researches and high have thermal shown that stabilitv t he semiconduc;cr S n m a t e r i a l is o f p o t e n t i a l a p p l i c a b i l i t \ sensors, glass bat t eri es, s o l a r cel l , recent year, materials, electrodes, doped such secondary transistor Sn02 as and and Sb-doped Man\ in ga s hihium caial>s:s- SnO; Sn02, - in ba.‘-ed Mn-doped prepared hvdrothennal T h e s o lu lu 'i b n C 'i j i H i O s o lu tio n in io by v.ii> methoi -.nlained by d'ssol^it^ 'i" a n d ShCT- !i d is tille d C :H O K »^W in '0 m in ute s \>.as s tir re d T c ilo n lin e r ¡r.c ir o in c m ia l and t h s y P ^ autoclavf ',^ i ui i i ci a\ c '.' is PLii ii' i o t he ol ect ncal o\cn - a n d k e p i c on s l a n t l > al ISO X , 200,*' C Sn , Z n j S n O j , C d i SnO^ a n d so on, h a v e been in The l i m e o f h v d r o l i i e r m a l process 24 h After the o\cn was c ool e d' ^ st u d i ed e x t e n s i v e l y d u e t o t h e i r s p e c i a l o p t i c a ! and t e m p e r a t u r e , ' vhuc pouder - we r e obtained electrical properties b o t t o m o f th.e T e l l o n l iner h\ ^drothennalau chemical and On the physical other hand, properties o: ihe these ihe pi.''Ai I lt '- s b e e n w a s h e d several' m a t e r i a l s a l s o d e p e n d o n t h e s i z e s a n d s h a p e > of a b i o l u t e ei i i an >; iiul d ; s t ' | i e a pa r t i cl e s A f t e r t hat , t h e p u \ v d e r s veere dried at IS materials During can be the past received few by years many these techniques ater untihiri i h e d o p a n t collcent:■atl^ln c h a n g e from t h e r m a l C V D [ ] , h y d r o t h e r m a l m e t h o d [4 7| T h e r e a c t i o n s c a n be i.' l o i l o w s [4]: syntheses Sn O : hydrothermal and SnO;: method Sb with concentration c hange from nanoparticles t he Sb ~ < r7 10 h T h e last p r o d u c t s a r e Sn O j : Sb po»’d | ^ s u c h as s ol g e l [ 1], s i m p l e t h e r m a l e v a p o r a t i o n 12] and ot her me th od s In t h i s p a p e r , v^e p r e s e n t o u r su e c e ^i in - (.s»(7 j I ' \ / , i, ^ b> M I dopant 1- '^/o at a n d s o m e n ‘ l l ( ) -A M !.(H I -> h 'H /J H ¿ M z i- V M KH: n c h a r a c t e r i z a t i o n o f t he m a t e r i a l fesen xi '> Sb(3%) e m i s s i o n s p e c t r a ol S n O ; a n d S n O v S b s s m p l t s wi t h c x c i t a l i o n NMl)-0ò3-P he PL ' b ' ’ ni n (.'- bx eV) ¡11 P L s p e c t r a o f t he S b - d o p e d S n O - >:iniplc> o n l y o b s e r v e d t h e b a n d s 0 n m ^ 175 n m o iih w e a k p e a k s at n m (3.1 e \ ' ) , urn, (I.^M c V) , 4 y nir, ( SI c\'), 450.7 nm c\'i 1.7 n m ( c \ ' ) .'.if -U2 ■ /.'i QfT-q'-r, 'n r r i' Fi^.S Ỉ ' L £ s p c a r a u / S n O : samples s\nlhesized wtĩỉĩ differeni icm peraiure / ^ - 42 Ị N f f i j 83 jñ-5V.0 ??f>c !l- S'O ¿00 c ■: Sno' 18Ơ'C i j : : ■ \ \ ! J s - 'v i ¿CO ^ j ■ BIn nhser' e I' l i ' ar ’' ' l i M ' e ^ c c n i ere^'i’ ba nd, incs. suiiOi'iCs V.C.'C a c 'rri 314 nm (I'1L'.4| .All PI spectra ot Lindoped S n '); there were one peak uaveleti^'tI’: ' I samples clcarÌN nm rcceixed in hi 200 ''.Dpe.'ired !■" C' spectra thcie at h ig PLL sp e c tra o fS n O ^: Sb (5% ) samples ^ n th e s tz fd tth d ifjereni ¡eniperaiurei ^ 5 nm the O! ihe I'la^c Dcen In observed iliree peaks at 416 nil) (2 ‘i9 c\ ); 4 ' nni (2.80 o V ) afui M)9 nm (2 44 e \ ’ ) The nin -'3 IS e\\;: 43.' (2.S5 e V ) Tor th - samplcv rc te i\ e ij in 220 'o : “^ n O : ’V’l emis.sion the The cause of ; (4,( band gap< w e re e x t e n d e d t o the fii] or this e n e r g y shift c a n j j ^ a t t r i b u t e d t o e f f e c t s r e d u c i n g t h e si z e recom bination of the Sn p a r t i c l e s t o n a n o m e t e r sc a l e m echanisiii o f the donor-acceptor pair [8] or a conduction band electron with a samples S b r e c e i v e d in I 80 “C a n d nm ^■d^e o f t h e s a m p l e s energ) 10 interpret the nature or Ih i' ^e^ion, the s n O ’ b u l k ( t = e V l t h e e n e r g y absor] The Oliiiiii ’.'f thc-e broad peak' lU'cci 'or ùi::h •: uv of e V ) f or o t h e r In c o m p a r i s o n vvith t h e c jnd 398.6 nn' (3.1 I c V ) 442 nm (2.S e \') for 180 T argument, h o w e v e r spectra n m (3 87 e V i for u n d o p e d S n O ; n m (4.27* undoped samples, ihcre are ! ' I)eal:s ap p earej at the ua\clerm iti Oi PLE a b s o r p t i o n e d g e a p p e a r e d at t h e w a v e l e n g t h other In c e n t e r c a n be property used [11 466 order of t he i n s e s t i g a i e t h e absorpfi Sn02; Sb nanoparticle^"' to tch 'roceedings o f m 'N A 2009, Vung Tau, Vietnam y A ovem her 12- 14 2009 p’w d e r s have been dispersed i nt o ^HsOH Absorption spectra were om temperature Ifemiconductor For with the direct allowed absolute m e a s u r e d at band gap transition, t he j sor pt ion coefficient near the fundamental b s o r p t i o n e d g e is g i v e n b y e q u a t i o n : O'= A{hv-Ey- tvith NMD-Ü63-P variable the Sb dopant conceniraiion of h > d r o th e r m a l process CONCLUSIONS In s u m m a r y S n O : : S b n a n o p o w d e r s w e r e fabricated hydrothermal inethod usinu (2 ) S n C l j H : C 2H 5O H N H ; a n d S b C b as s o u r c e m a t e r i a l w i t h t he Sb d o p a n t c o n c e n t r a t i o n c h a n g e T h e s t r a i g h t l i n e pl o t o f ( a h v ) ^ v s (hv) t ransition, t r o m 0- “ at T h e s a m p l e s a r e s m o o t h S b - d o p e d f i g u r e s h o w s t h e ph ot on ener gy de p e n d e n c e of S n O : povvder.'' F r o m X - r a \ m e a s i i r e me n t s , t he l at t i ce c o n s t a n t ' ve r e a = h A t ind c = 3, 19 ^dicates the dominance of direct %i h v ) ^ f or S n : S b s a m p l e s y n t h e s i z e d w i t h O'^ a ^b.' band The gap of the material can A T h e a v e r a g e g r a i n s i / e o t t h e [ x w d e r vas in tl'i he r a n g e o f nin [ d e t e r m i n e d f r o m t he pl ot T h e b a n d g a p e n e r c i e s - n m T h e b a n d g a p e n e r g y o f tlie S n O ; : S b n j i i o p a r t i c l e s >a r \ l r o : n e V t o ; ; t o f S n O j : S b n a n o p a r t i c l e s s y n t h e s i z e d in v a r i a b l e eV' 'he S b d o p i n g c o n c e n t r a t i o n ar e t a b u l a t e d in t abl e The p h o t o l u n i i n e b c e n e e o f ' h e p c vvOe ’-i investigated temperature in the UV’ region at room A c k n o w l e d g m e n t s T h i s w o r k v-as s u p p o s e d bv project Q T L' n i v e r s i t v OV-OS Q G nty-o;' icliuiiii Na t n^na i References ¡1] P Gu , S F Vvanu, M K, L^i, ( ,1 / h o i i D Xu a n d D R Yuan ,i Ph ) , T h e m B HI , ( 0 ) , 81 1>.V,;,on 7olidi- it.* '.^'(i2' Km’i I '-xSl- Plv S ‘- 'V, 'í' " ' ' ' •-V-■.y " ,ị ■ ' TUYEN T.4P CÁC BÁO CÁ0 TOM TAT HỘI NGHỊ VẬT LÝ CHẤT RAN VÀ KHOA HỌC VẬT LIỆU TOÀN Q u ố c LẦN THỨ ■;V -ị -, Đà Nang 08-10/11/2009 ' ¿/Í%i-Jĩ ' ■ "■ỶÁ '■ '):i N;iíl” N-04S I o u l ; l i o p h, p ::inh lim li ¡haiili luMUi j i l i M i i ' - I J p h a iiui h o a lioL ( 1' i'-''-'' ' 'I c ; i l : ! Í \ ! i c L i y c r v !i ỉ l u i K i i ) i ' U i l v > s_\ n t h c M / c d b \ a 1)( ¡ 11;^ I ^ I O C C S S u l ’ I i i i i i l i \ \ a i l c i , i ' - ' a i l Ti ' H p l ỉ Mi K; L ' i i h a n c c J c l i c i i l i c a l X'apui Jc| ' M,' si l i ' '11 i IM- \ ' ( ' J i k - L Ỉ i n i ' | ì i c ) \ ^ i r \ Íjihnií: !-:ii /■/('/; ;/;: N -l)> N la n ự I i i ' ' i i ; j n :iiU ) / !1( ) e h e Ul' ■ h l c i ; I h i li \ l I í i ■' ' N ; r , r | i ‘ lmĩii _¡r.: ! , i'idüj:¡'■iv.r 'H l p iia p p liiin \ a IÌ11ỊỊ d ụ nt: j l i ’ ' : s / ; :( ) : h i M s \ i i i í i l ' n i / c l Í t v , l i n ü I l; s p u i U ' : ' k l ' j | \ > s i i ! t n I ' M' i r v l i ' i ' ' j i ' v c j i ' ’ ‘ r i i p p h c a i i o i ì M \'jn \c 'i N- H52 \ Í '( Ơ' ! n u : \ [!i\ j:< ' Kl , Í V,v; Í J.'/I 111I'll ■ ULI ii:iL' !;'ii 11L' : h -11 nliLiDiu: \ ;i ' lii'jn \ i lỊLivỉ niii in liic char.ic'cri/jüi n ni, ' Í c ; i u ! n i e i Ki n ' S' ; ,11 ML 11 1: > i m c l v ! r c m c i t j n a l ; ; n J sLirf.iLL' y/i’// ! ! c ! i ! u ’ P J i C ' i i i x i i i J ' i i I’ l i J i v l I k ' i I t j II' S' IVJ ỈUV I.: ' i n J L' ' ũi i I 1; J | 1V : t i v i l L > ' il ': ; I '1 >■ \ li.’ c i i L U ' c i i U l \ I u i m ' k : i' I ' k < > : I ; ' ■ '■: ;■ : I.■ ' ' r!i' s , m' ' í !!i^!;L -c:''.' i;!: \ \ \ M ' i i' or ' i u c i i n i ’ l i ( I m p i c n i e ’ n a i i ' M i I ' ! M i j f.) 'Ì' : l i c SÜ' J ' I ! - Ir'Vv-' \ I' M n¡-j i:rh • Ú t / , \ /• ^ ■I>(.:ir,.,iiiL: p.i'krbc micri'.sc>'p\ n^ilii ijs ,v i C!ii:l:ik Il J ¡"hunii hm^ N-l).^3 \ L.•^ Uis.’.' rii'-.'.: ■ '' h: I i;''- I V ' ' : i ''/i // I Ị i i h -l;:!' i ' i ö ' i ' ,1 : ' : m; L '\ ' I ‘ ' ' i :■ I! ,i‘ :!ui \ I I, 'Ị' ■1J- : A \ K Í C I » O l ■ '.v r I ( M > ' i li vô-* ã ' i l l ( ) (( -Ii’bi >ii n< 'I'i 'XiJ.L' I( I" '-ui' If r.n 1.al' c ;- ' K' >■ OM( , k' s ■ ‘h: V ; //^ íí'u'i!r.^( i,ti \-057 \u iiic n cnii d k ' M ' V l ' V ' ^ U ' l ,'■■■ ' U ' I I I U - : k Ik c h :i,,,U v ,./.in -i- 43ü ^ iu.r: : ; r" u n v : , : - 11 Ihil: rhjii; Uiuü!'.: -ivC h^iV: h ■ ■ V ■ I'.s I^ ^ K: l i i ' - Ti i i a l w i i :: h k ! ;i,i' 'il ‘ 'J ICUl a x.ụ^ vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS-2009) - Đà Nang 8-10/11/2009 TÒNG HỢP BỘT NANO SnƠ2 PHA TẠP Zn BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY N HIỆT VI, ‘í ™ ! ™ “ '' Khoa Vật lý N guyỉn Viết Dức, N guyln N g ,c Long Đ H K loa học Tụ nhiên - ĐHQGHN - 334 Nguyin Trà"liiajih Xuân, Hi Nội Email; binhnguyenthanh@hus.edu.vn: nguvenbinh@vnu.edu.vn phương pháp thủy nhiêt từ hỗn hợp muối S11CI4.5 H2O ZnCh nhiệt độ 200 “c 24 Nống độ tạp chất Zn thay đoi tư 0% đến 5% G i^ đo nhiêu xạ tia X cho thây mâu có cấu trúc rutile SnOj Phổ hnỳĩứ\ quang bột SnƠ2 pha tạp Zn đưặc n ^ iên cứu nhiệt độ phịng Đình huỳnh quang mẫu đeu xuat hiẹn \òing 440 ^ 530-700 nm Bàn chat cm dải huỳnh quang thảo luận doped SnƠ2 nanopowders were prepared by a simple hydrothermal process from SnCU.SHjO and ZnClj The doping level of zinc was from % at to % at The hydrothermal treatment was carried out at 200 “C in 24 hour X - ray diffraction (XRD) patterns show that as prepared samples are of tetragonal rutile structure o f Sn02- The photoluminescence specừa were investigated at room temperature The peaks o f PL specfra appeared at ~ 440 nm and red - yellow region (530 - 700 nm) The natoe of the photoluminescence peaks will be discussed Từ khóa: Sn02, thủy nhiệt, huỳnh quang GIỞI THIỆU Thiếc xít Sn lậ vật liệu bán dẫn có độ rộng vùng cấm lớn 3.6 eV nhiệt độ phịng, tính dẫn điện cao, độ truyền qua tốt miền sóng dài, tính ổn đĩnh hoá nhiệt Khi pha tạp chất lứỉư Sb, Al, Zn làm cho tính chất quang điện SnƠ có nhiều thay đổi thú vỊ Cũng nhiều vật liệu khác, vật liệu SnƠ đặc biệt chúng có cấu trúc nano với nhiều hiệu ứng mở triển vọng nhiêu lĩnh vực ứng dụng như: làm điện cực suôt thiết bị hiển thị pin mặt trời, làm lớp tiếp xđc Schottlọ' pin mặt trời, sensor nhạy khí, sensor đo độ ẩm Sn0 ché tạo bàng nhiều phương pháp khác thủy nhiệt [ , 4, , ], sol-gel[ ], bốc bay nhiệt đơn giản [3], Trong báo này, tổng hợp bột SnƠ có pha tạp thiếc (Zn) với nông độ khác băng phương pháp thủy nhiệt THỰC NGHIỆM Bột SnƠ có pha tạp thiếc (Zn) tổng họp phuơng pháp thủy nhiệt tìr muối thiếc cloma muối clorua kẽm Đầu tiên, mmol SnCỈ4 H 20 lượng 20 mmol NaOH hòa loại với 20 ml nước cất hai lần, sau khuấy ữong hai cốc thủy tinh khác Khi hai dung dịch trở nên đồng nhất, nhỏ ưmg giọt dung dịch S11CI4 vào dung dịch NaOH Nhỏ ưr tìr dung dịch clorua kẽm Z 11CI2 vào dung dịch NaOH ừên, dung dịch chuyển sang màu ữắng sữa Cuối dung dịch đưa vào ữong nồi hấp teflon có vỏ thép không gi bảo vệ ủ nhiệt 200 °c Trong trình ủ xảy phản ứng theo phương trình sau [ ] S n ‘'" + H - ^ Sn( 0H) 4^- Z n'" + S n ( O H ) / - -»• Z n [ S n ( O H ) J “ Z n ' * + H - -> Z n ( O H ) , ' 2xZ n[Sn(O H )J+(l-3x)Sn(O H ),'- ^ Z n , , S n „ , , O j + ( - x ) O H +2 H Sau ủ nhiệt, trình rửa nhàm loại bị chất hữu vơ cịn thừa thực Dung dịch rừa bàng nước cất tìr lần, pH = 7, sau đem ủ nhiệt độ 200 "c 24 h Kêt thúc q ữình ủ nhiệt, tồn dung môi bị loại bỏ, sản phâm thu bột mịn màu ựảng Cấu ữTÍc tinh thể hình thái học bề mặt màng khảo sát băng nhiêu xạ kẽ tia X Siemens D5005, kính hiển vi điện tử quét SEM Phổ huỳnh quang kích thích huỳnh quang mẫu đo nhiệt độ phòng hệ FL - 22 hãng Jubin-Yvon KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ií-ineia scale -»e Hình Phô nhiêu xạ X-ray mâu Sn02 pha Zn với li lệ pha lạp khác Hình giàn đồ nhiễu xạ tia X vật liệu Sn02 vói ti lệ pha tạp Zn khác Trên phổ nhiễu xạ tia X ba mâu pha tạp (hình Ib ) chúng tơi nhận thấy có tồn hai pha: Sn02 Zn2SnƠ4 (được đánh dâu băng kí hiệu * ) nồng độ tạp Zn lả - 5% Tuy lượng tạp Zn không nhiều tách thành pha khác pha SnOj Với mức pha tạp 1% Zn, phồ không xuất pha 1n r r l / ”! ^ ỉ 11 r / v i i c t + r » * ^ t o / yv’7 ^ o «-Wí ~ \ j ĩ : , ỉ t * l _ I ũ _ r N ' i ; - _ J.1 lạ, lượng tạp tăng lên đên 3% pha Zn2Sn 04 xụât Điêu ' theo tác giảr i l[1]i- r ZnO hình thành trinh tạo mâu liên kêt với pha SnO: đê tạo thành pha hỗn hợp (crystal texture) Sự hình thành pha Zn2Sn 04 phụ thuộc vào trình xử lý mẫu Các tác giả nghiên cứu phụ thuộc nồng độ NaOH vào tạo thành pha Đầu tiên, tăng dần nồng độ OH', ion Zn’"" Sn'"^ liên kết với OH' để tạo thành pha Zn[Sn(0H)6], lượng OH' dư, Zn‘^ tiếp tục liên kết với OH' tạo thành hydroxyt lưỡng tính Zn(0H)4^‘, hydroxyt phản ứng với Zn[Sn(0H)6] tạo thành pha Zn^SnO^, lượng ZtC* Sn''^ frong dung dịch giảm tưcmg úng, tỉ lệ Zn'* Sn“''" nằm ừong khoảng 1:10 đến 3:7 pha Zn2Sn 04 hình thành phát triển mạnh nhất, nàm ngồi khoảng tồn pha ZnSn(0H)6 dư pha Zn2SnƠ 4, pha ZnỊSn 04 ti lệ thuận với nồng độ OH' dung dịch, pha ZnSn(0H)6 chi chiếm uii nồng độ OH nàm khoảng 0.4 - 0.75 moir', Với ti lệ Zn’^ : Sn“'" = 1:10 c(OH ) = 0.75moir', pha Zn2Sn 04 chiếm ưu thể cịn pha ZnSn(0H)6 hồn tồn khơng xuất Trong chế độ tạo mẫu chúng tôi, lượng OH' giữ cố định du so với nồng độ Zn‘^ Sn''^, Zn coi tạp chất nên có nồng độ bé so với Sn Vì chúng tơi cho ràng, sau phản ứng dung dịch lại ZnSn(0H)6; Zn 2Sn 04 Sn(0H)4 Trong trình xử lý nhiệt sau phản ứng, hydroxyt bị phân hủy nên sản phẩm thu có hai thành phần Zn 2Sn 04 (2Z n0.Sn02) SnO: Mặt khác chứng tói nhận thấy hình Ib, pha tạp 1% Zn, pha Zn 7Sn 04 không thấy xuất hiện, nhiên tăng dần nồng độ tạp, đinh phổ pha xuất tăng dân theo nông độ tạp, điêu phù hợp với giải thích ữên [1] nồng độ lớn lượng Zn2SnƠ hình thành cảng nhiêu * '° ' r E.ciíMig mẫu SnO: pha 1% Zn Phổ tán sẳc lượng Hình Phổ EDS cùa SnOĩpha 1% Zn ỊỊinh ĩ Ảnh SEM SnOipha 5% ĩ ” Ỉ ^ h í ủ ỉ SnO íì đinh phổ ca ! ã^ô"g 'ôt pha la no khỏc, ** ỉ^ ôn g qua„ sát thây Ĩ Ấ phô n Z ¿ c n ; T '/ không tạo thàiứi pha ^ im g phô EDS cho thấy ữong p?’" đưạỊphản ánh rấrrõ ràng ứên phô EDS chất Zn mâu pha 5% Zn ĩà cao nhất, đĩnh ọ cZ tạp trín mẫu l o ỉ S r n h â t ĩ)