(Luận văn thạc sĩ) ảnh hưởng của thành phần in đến tính chất của màng nano tio2

ĐẠI HỌC ỌC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ• • • DƯƠNG ĐÌNH THUẬN ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHÀN In ĐÉN TÍNH CHÁT CỦA MÀNG NANO T i Chuyên ngành: Vật liệu linh kiện Nano Chương trình đào tạo thí điểm LƯẬN VĂN THẠC sĩ Af w õ c Q uỐ c GIA HA NỌỉ I ÍG TIN ĨHƯ VIỀN ■ Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Pham Vãn Nho Hà Nội # - 2008 MỤC LỤC M Ở Đ À U CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN VÉ T i0 VÀ ln20 Một số tính chất lý - hố cùa TĨƠ2 .3 1.1 Cấu trúc cùa T 1O : .3 1.2.Tính chất Vật lý : 1.3.Tính chất hoá học: 1.4 Một số ứng dụng tiêu biểu cùa vật liệu T 1O 1.4.1 Vật liệu T 1O ứng dụng quang xúc t c 1.4.2 Vật liệu T 1O ứng dụng để làm cảm b iến 1.4.3 Vật liệu T 1O ứng dụng để làm pin mặt trờ i: Một số tính chất lý - hố In2 Ơ 12 2.1 Các tính chất vật l ý : .12 2.2 Các tính chất hóa h ọc: 12 2.3 Điều c h ế : .12 2.4 Một số ứng dụng In2 Ơ 13 Tổng quan hỗn hợp oxide đa thành phần sở nano T 1O IrbO} 13 3.1 Vật liệu T 1O pha tạp F e 14 3.2 Vật liệu T 1O pha tạp Z n 14 3.3 Vật liệu T ìO ịpha tạp S n 15 3.4 Vật liệu In2 Ơ pha S n 16 3.5 Vật liệu I n ĩ l i ó s 17 Các phương pháp chế tạo T 1O 18 4.1 Phương pháp vật lý : .18 4.1.1 Phương pháp bay ngưng tụ chân k h ô n g 18 4.1.2 í^ư ơng pháp phún xạ catốt 19 4.2 Phương pháp hoá học: .20 4.2.1 Phương pháp điện hoá 21 4.2.2 Phương pháp Sol - G el 21 4.2.3 Phương pháp CVD 23 4.2.4 Phương pháp phun dung dịch đế nóng: 24 CHƯƠNG 2: XẢY D ựN G THIẾT BỊVẢ THỤC NGHIỆM n ỏ TR Ợ .25 Thiết bị phun quét 25 Chế tạo màng điện cực SnƠ 34 Phưcmg pháp khảo sát tính chất vật liệu 35 3.1 Phương pháp nhiều xạ tia X 35 3.2 Phàn tích cấu trúc bề mặt bàng kinhhiênvi điện tư quét (S E M ) 37 3.3 Đo quang d ầ n 38 CHƯƠNG 3: CHÊ TẠO VÀ KHẢO SÁT rỈNH CHẢ I CỦA MÀNG 1'iO; PHA TẠP In Chế tạo màng nc ĩiO : .40 K h ả o sút chò đ ộ h ì nh t h nh I n i O i 45 C h è tạo m ã n u T i l n O 4X K h a o sat c u trúc vật liệu barm p h e p đ o X R L ) (> 3.2 K h a o sát tính chàt bẽ m ặt c u a m n u 53 3.3 Hiện 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 tượng quang dẫn cùa màng TilnO 53 Đặc trưng V-A tiếp xúc màng TilnO điện cực SnƠ 55 Kết khảo sát quang dẫn 55 Kết đo thời gian trề 57 Kết đo phồ truyền q u a .58 Xác định loại dẫn màng T iln O 59 Xác định mức lượng tạp chất 59 Biện luận kết q u 60 KẾT L U Ậ N 64 TẢI LIỆU THAM K H Ả O 65 MỞ ĐẦU Thế kỷ 20, người làm nên kỷ nguyên công nghiệp vĩ đại, với nhừng thành tựu to lớn, rực rỡ khoa học kỹ thuật đưa người lên vị mới, từ chồ lao động chân tay đến lao động bàng máy móc Sự phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật kéo theo loạt ngành công nghệ cao đời như: Công nghệ thông tin, công nghệ sinh học Đặc biệt, vào năm cuối thập kỷ 90 kỷ 20, đời hứa hẹn mang lại thay đổi lớn lao có tính đột phá khoa học kỳ thuật kỷ 21 công nghệ Nano Người ta dự báo cách mạng công nghệ Nano diễn sâu sẳc đem lại biến đổi to lớn hơn, khoa học, công nghệ đời sống xã hội Một chạy đua thực diễn giới nước đầu tầu khoa học công nghệ tiên tiến Mỳ, Nhật, Châu Âu công nghệ Nano Mặc dầu khoa học công nghệ nano thập kỷ 60 kỷ trước Đen năm 90 kỷ trước, ứng dụng quan trọng nghành công nghệ mới, công nghệ nano đời làm chấn động giới khoa học kỳ thuật Từ kiện này, ý giới công nghệ Nano tăng Trên toàn cầu, cạnh tranh hợp tác nước công nghệ Nano trở nên rât sôi động, thực trở thành hướng nghiên cứu mũi nhọn khoa học công nghệ giới Sự phát triển khoa học công nghệ, chứa hàm lượng chất xám cao, tạo nên bước tiến mang tính đột phá Với tiềm to lớn tính chất đặc biệt q giá, ứng dụng nhiều ngành khoa học kỹ thuật mũi nhọn, Oxit Titan với kích thước Nano mối quan tâm, đầu tư nghiên cứu nhiều nước công nghiệp tiên tiến Mv, Nhật, Châu Âu Với tính chất đặc thù kha ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau: Năng lượng, sinh học, môi trường, xây dựng Oxyt Titan tâm diêm nghiên cứu nhiều trung tâm, viện nghiên cứu lớn thẻ giới Như biêt TĨƠ chât bán dẫn vùng câm rộng (3.03 eV cho pha Rutile 3.18eV cho pha anatase) chi có thê hâp thụ 5% ánh sáng mặt trời vùng tứ ngoại [ Tuy nhiên băng cách kêt hợp vật liệu T 1O tinh khiêt với vật liệu thích hợp khác có thè nàng cao hiệu suàt sir dụng vật liệu thông qua việc nhạy quang vùng khả kiên sơ tính chât khác quang dan liện có nhiều nghiên cứu kết hợp T 1O tinh khiết với oxit như: SnƠ , ZnO, Al 3, SÌO , Fe Bản luận văn trình bày kết khảo sát ảnh hưởng thành phần In đến tính chất màng nano T i Phương pháp chế tạo vật liệu lựa chọn phương pháp “phun nhiệt phân dung dịch” đế nóng Đây phương pháp tương đổi đơn giản, giá thành thấp sản phẩm thu có độ phẩm chất tương đổi cao Nc T 1O pha tạp ln 20 chế tạo từ luận văn trở thành vật liệu quang dẫn vùng khả kiến, tính chất khơng có vật liệu riêng rẽ Với tính chất nhận vật liệu hồn hợp Ti-In-O tìm nhiều ứng dụng lĩnh vực pin mặt trời, cảm biến quang điện quang xúc tác hoạt động vùng khả kiến Bản luận văn có cấu trúc chia làm ba chương sau : Chương 1: Tổng quan T 1O Im O ỉ Chương 2: Xây dựng thiết bị thực nghiệm hỗ trợ Chương 3: Ket chế tạo khảo sát tính chất màng T 1O pha tạp In CHƯƠNG 1: TÓNG QUAN VẺ T i VÀ ỉn20 Một số tính chất lý - hố T i 1 Cấu trúc T i : T i kết tinh dạng thù hình anatase, rutile brookit Mồi dạng kết tinh có đặc trưng phổ nhiễu xạ tia X phổ Raman định Tuỳ theo điều kiện chế tạo mà người ta thu pha khác pha tồn Hai cấu trúc T i thường gặp anatase rutile Chúng mơ tả bàng chuỗi T i octahedra (8 mặt) Hai cấu trúc khác biến dạng mồi hình mặt cách liên kết octahedra c ấ u trúc ô tinh thể Rutile Anatase đưa (Hình 1) Mồi ion Ti4+ nằm hình tám mặt bao bọc ion o 2’ Hình tám mặt pha rutile khơng đồng có biến dạng orthohombic (hệ thoi) yếu Các octahedra pha antase bị biến dạng mạnh Vì vậy, mức đổi xứng hệ thấp hệ thoi Khoảng cách Ti - Ti anatase (3,79 A° 3,03A°) lớn rutile(3,57 A° 2,96 A°) Khoảng cách Ti - o anatase (1,394 A° 1,98A°) nhỏ rutile (1,949 A° ỉ ,98 A°) Rutiỉ Anatasc In (N 03)3 In C l3 a = 3.784 A c = 9.159 °A Hình 8: Q u y trình ch ế tạ o p h a tạ p indium ch o vật liệu lỉìn h I : c 'âu tr ú c ô m n g c h a n c ù a TiOy r u liìc Trong cấu trúc Rutile octahedra tiếp giáp với mười octahedra lân cận (hai octahedra chung cặp oxy góc), cấu trúc anatase octahedra tiếp xúc với tám octahedra lân cận khác (bổn octahedra chung cạnh bổn octahedra chung góc) Những khác cấu trúc mạng TĨƠ nguyên nhân dẫn tới khác mật độ cấu trúc vùng điện tử hai pha anatase rutile Điều quan trọng chế tạo T 1O đơn pha Từ kết luận cấu trúc tinh thể anatase rutile ta nhận thấy mật độ xếp chặt nguyên tử cấu rutile lớn so với cấu trúc anatase N hư lượng cần thiết để hình thành cấu trúc rutile cao so với anatase hay để chuyển hố thành rutile vật liệu T 1O phải trải qua dạng anatase trước Sự khác biệt cấu trúc tinh thể tạo nên khác biệt hoạt tính quang xúc tác 1.2 pha Tính chất Vật lý: - T 1O tinh khiết khơng có màu Khi chứa tạp chất, T 1O có màu sắc đa dạng, thường màu nâu đỏ, chuyển dần thành đỏ, đơi có màu vàng, màu xanh nhạt màu tím Khi làm lạnh, TÌO chuyển thành màu trẳng Khi tăng nhiệt độ lên cao chuyển dần thành màu vàng màu nâu [ 1 ] - Điểm sôi T 1O 3000° c , nóng chảy T 1O cỡ từ 1560° c đến 1900°c - Nhiệt lượng tạo TÌO vơ định hình cỡ 215.6 Cals Nhiệt lượng cúa q trình ơxy hố kim loại cỡ 218.4 Cals - Do đặc tính quang học Anatase âm Brookite Rutile dương nên tinh thể T 1O dị thường quang học Nghiên cứu Rutile, E Mallard thấy xuất hai trục dị thường, trên, ơng cho ràng tinh thể thường có dạng đơn tà hình thoi - nhiệt độ thường pha cua TÌO Anatase, Rutile, Brookite hau khịng dần điện - Nhiêu thí nghiệm thực đê xác định nhiệt độ tạo pha TiO; cho kơt sau: + Trẽn 1040°c hình thành pha Rutile + Trong khoảng 800°c 1040°c hình thành nên pha Brookite + Dưới 800°c hình thành pha Anatase 1.3 Tính chất hố hoc: T i vật liệu trơ mặt hóa học [5] Chúng không tác dụng với nước dung dịch loãng axit (trừ HF) kiềm T 1O tác dụng với axit đun nóng lâu tác dụng với kiềm nóng chảy TÌO + HF = H 2TiF + H 20 T i0 + NaOH = Na 2T i + H20 TÌO + N a 2C = N a 2T i + C (10) (11) ( 12) Do trơ hóa học, nên TÌO sử dụng làm chất độn cho cao su, bột màu cho chất dẻo sơn T i tạo nên đốt cháy kim loại Ti khơng khí thủy phân hidroxit Ti (IV) nhiệt độ cao ♦> TÌO nung nóng Clo tạo T1CI3 khí Oxy ♦> Khơng hồ tan axit Percloric ♦> Khi TÌO bị đốt cháy kiềm Clorua với có mặt Oxy, có phân huỷ khơng đáng kể khơng có Oxy T 1O khơng có tác dụng lên Kalyiorua ❖ Khi nung Hydrosunphít T 1O bị làm toi lại, màu sê phục hôi xây khô *l* T 1O nung nóng Sunphuaclorit tạo T1CI4 *> Cho Cacbon đisulphide qua T 1O nóng sinh c o , CO TiSO v *!* Có tác dụng chât xúc tác qúa trình Oxy hóa sulphua đioxide thành Trioxide Trong công nghiệp người ta điêu chế T 1O băng cách đơt cháy T1CI4 khí oxi nhiệt độ 900°c - 1000°c T 1CI + o = TiO : + C Ị (13) Hoặc băng cách thuy phân Titanvl suníat 1.4 Một số ứng dụng ticu biểu vật liệu T i Các khám phá Ti có từ lâu, năm 1791 w Gregor khám phá có mặt Ti phải ba năm sau, năm 1795, M H Klaproth gọi Titan Titan có hợp chất bền T i Với tính chất vật lý hố học lý thú đa dạng nên TÌO có khả ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực từ khoa học, công nghệ môi trường đến ứng dụng sổng 1.4.1 Vật liệu TÌO ứng dụng quang xúc tác Năm 1930, khái niệm quang xúc tác đời Trong hóa học dùng để nói phản ứng xảy tác dụng đồng thời chất xúc tác ánh sáng, hay nói cách khác, ánh sáng nhân tổ kích hoạt chất xúc tác, giúp cho phản ímg xảy Khi có kích thích ánh sáng, chất bán dẫn tạo cặp điện tử - lồ trống có trao đổi electron chất hấp phụ thông qua càu nối chất bán dẫn Có rât nhiêu chât bán dân khác sử dụng làm chât xúc tác quang như: T 1O , ZnO, ZnS, C dS chiêu sáng có lượng photon (hf) thích hợp, lớn náng lượng vùng cấm Eg tạo cặp electron lỗ trống Các electron chuyển lên vùng dẫn (quang electron) cịn lỗ trổng lại vùng hóa trị (hình ) • T i*(3d) Vùng dẫn E = 3.2 eV Anatase 3.0 eV Rutile I V - ray X < 380 nm Anatase Ầ. C3 13 £ + -* W avelcngth (nm ) Hình 36: Sơ đo phơ phản bổ núng ỈM/ng đèn sợi đốt Halogen Phổ đo công ty thiết bị chiếu sáng Rạng Đông, Thanh Xuân, Hà Nội 3.3.1 Đặc trưng V-A tiếp xúc màng T ilnO điện cực S n Đẻ khảo sát đặc trưng V - A chuyển tiếp tắt đèn đặt vào đầu điện cực dẫn S n điện áp thay đổi điện áp từ -18V đến +18 V đồng thời đo cường độ dịng qua mẫu Khi thu đặc trưng V -A chuyển tiếp thấy hình 37 Kết đo đặc trưng V-A tiếp xúc T i 2/Sn chế tạo phương pháp Phun dung dịch đế cho thấy tiếp xúc Ơmíc U(V) Hĩnh 37: Đặc trưng Volt-Ampe lớp tiếp xúc SnOi —M àng 75% ỉn (NOs) 3.3.2 K ết q u ả k h ảo sát q u a n g dẫn Sau phép đo đặc trưng V-A chứng đo điện trớ mẫu chưa chiếu sáng (Rt) sau chiếu sáng đến điện trớ ổn định (Rs) Từ kết đo vẽ dược đồ thị mô tả phụ thuộc tỷ sổ Rt/Rs vào nồng độ In (N 3)} pha tạp m iệt độ chẽ tạo khác thày hình 3X Bảng cho thày giá trị cua Rt, Rs ty sô RƯRs màng TilnO theo ’/o In(N O })3 chế tạo nhiệt độ 380°C- nhiệt độ cho thấy tính quang dần mạnh Đồ thị biêu diễn phụ thuộc cho hình 39, 40 Ta thấy điện trở tối có giá trị năm cờ MQ cịn điện trờ sáng có thê xng đến cỡ KQ 55 16000 14000 12000 10000 I 8000 oe 6000 4000 2000 60 65 70 75 80 85 90 %ln(N03)3 Hình 38: Sự phụ thuộc Rí/Rs màng TilnO vào nhiệt độ nồng độ ỉn(NOjJj khoảng từ 60% đến 94% ỉn(NŨ3) Ị % ín Rt(MÍ2) Rs(KÍÌ) Rt/Rs 60.4 2000 25 64 1140 77000 168 6785 68.1 450 60 7462 72.8 182 15 11818 75.3 92 5.9 15540 78.1 55 6.5 8461 84.2 111 34.6 3208 91.4 200 192 1041 93.4 251 285 880 Báng I: Sự phụ thuộc Rí, Rs Rt/Rs màng TilnO vào nồng độ ỉn(NOj) j nhiệt độ 380°c 56 %tn(N03)3 %fcn(NG3&3 Hình 39: Sự phụ thuộc cúa Rí màng TilnO vào % In (N O ì)ì nhiệt độ Hình 40: Sự phụ thuộc cua Rs màng TilnO vào % In (MO}) nhiệt độ m °c 38(fc 3.3.3 Kết đo thời gian trễ Các màng TilnO sau chiêu sáng đên điện trở ôn định đưa vào buồng tối để khảo sát hồi phục điện trở theo thời gian Với thời gian đo khoảng h thu phụ thuộc cùa điện trở vào thời gian t hình 41 Các kết cho thấy vật liệu TilnO có tượng trễ (delay) lớn Đây đặc trưng phổ biến thấy vật liệu T i [18] Điều khác thường so với quang trờ bán dẫn biết CdS, P bS , Nó liên quan đến khả trì hoạt tính sau tát nguồn sáng kích thích hạt nanơ TÌƠ ứng dụng quang xúc tác 03 r — 75 30% - 68 10% — * — 84 20% 025 02 5? 015 01 005 0 20 40 60 80 100 120 140 160 t(s) * Hình 41: Sự hôi phục điện trở mùng TilnO chê tạo 380 c theo thời gian ^ Từ ta thấy vật liệu TilnO hứa hẹn khà quang xúc tác cà vật liệu TÌO tinh khiết thời gian hồi phục dài cịn có tính chất quang dẫn ánh sáng khà kiến nhiệt độ phòng 3.3.4 Kết đo phổ truyền qua Phố truyền qua cho biết thêm thông tin hấp thụ quang cùa vật liệu bước sóng ánh sáng khác Trên hình 42, 43, 44 45 phổ truyền qua sổ màng chế tạo nhiệt độ 380°c Hình 43: Phồ truyền qua màng TilnO với nồng độ In (NO ỉ ) J 72.8% 380 c Hình 42: Phơ truvẻn qua cua màng TilnO với nồng độ In (N O ì)ì % ( f c 100090C 400 2QÍ 0« 2ŨQ0 Hình 44: Phô truyền qua cua màng TilnO với nồng độ ỉn (NOỳ)ỉ 75.3% 3H(fC Hình 45: Pho truyền qua cùa màng TilnO với nồng độ In (NOỳ)3 S4.2% 38(fc 58 T phổ truyền qua ta nhận thấy màng hấp thụ ảnh sáng có bước sóng nhỏ hon 70()nm 3.3.5 Xác định loại dẫn màng T ilnO Đẻ xác định loại hạt tải màng chế tạo sử dụng phương pháp mũi dị nhiệt Phương pháp mơ tà hình 46, [3], ị 10] Màng SnƠ Để thuy tinh Keithley thang Mv Hình 46: Sơ đồ xác định loại hạt dẫn Dấu suất điện động cho phép xảc định loại hạt dẫn màng TilnO Với chênh lệch nhiệt độ AT khoảng gần 100°c, hiệu điện đo có dấu dương, từ xác định loại hạt dẫn cùa màng TilnO chế tạo phương pháp phun dung dịch đế nóng loại n 3.3.6 Xác định mức n in g lirọmg tạp chất Để xác định mức tạp chất luận văn xuất phát từ cơng thức tính độ dẫn: Và tương đương với ta có công thức: = - —1 exp( — / ~E R R, K J 59 E L n ( ) = L n ( ~ ) ~ K R» K gT Hay: Kết đo phụ thuộc điện trở theo nhiệt độ hình 47 002 0023 0026 0029 0032 -66 1/T (K ) Hình 47: Sự phụ thuộc cùa Điện trở theo thay đôi nhiệt độ Từ đồ thị ta thấy màng tồn mức tạp chất biến thiên liên tục từ 0.027eV đến 0,44eV Kết quà phù hợp với tính quang dẫn nhiệt độ phịng ánh sáng khả kiến vậí liệu Biện luận kết • Bản thản TiOi ln20 bán dẫn vùng cấm rộng với lượng vùng cấm lớn 3eV Nồng độ hạt tải điện vùng dẫn xác định theo biểu thức: n = /l.exp( KT A đại lượng liên quan đến mật độ trạng thái, lấy giá trị tối đa 1023 Với Eg = 3eV ta có nồng độ hạt tải nhiệt độ phòng là: n= 10 -3 60 Với nồng độ hạt tải điều kiện nhiệt độ phòng TĨƠ In Ơ chất điện môi kết đo đạc thực nghiệm • Độ dẫn điện vật liệu bán dẫn biểu diễn biếu thức: = q(n ụ n + PMp ) Trong dỏ: q điện tích nguyên tố n, n nồng độ độ linh động điện tử p, ỊẦ nồng độ độ linh động lồ trổng Như độ dần điện phụ thuộc đồng thời vào hai yếu tổ: nồng độ hạt tải độ linh động hạt tải Hạt tải chất bán dẫn tạo thành từ kết kích thích nhiệt ánh sáng với bước sóng thích hợp Độ linh động hạt tải quy định chế tán xạ: tán xạ dao động mạng tâm tạp chất tán xạ biên hạt hệ vật liệu đa tinh thể [ ] • Đối với hệ vật liệu bán dẫn cấu trúc nano chế tạo T i cơng trình mật độ trạng thái bề mặt lớn Sự sai hỏng cấu trúc bề mặt, hấp thụ tạp chất bề mặt tạo nên hàng rào ngăn cản chuyển động điện tử hạt sang hạt khác Vì trường hợp kích thích ánh sáng tử ngoại khơng có dịng điện màng nano T 1O tinh khiết (hình 48b) Hình 48ư: Trung hạt TiO ; riêng rê diện tư kích thích có thê chuyên động tù nguvên tư sam* nguyên tư khác 61 Hình 48b: Nêu ẹiữa hai hạt TiOj tơn hàng rào thê điện từ kích thích khơng thè chuyển động từ hạt sang hạt khác Đổi với hệ Ti-In-O chế tạo phương pháp phun nhiệt phân đồng thời cơng trình này, dạng vật liệu hình thành với đặc tính tiêu biêu là: ■ Có giá trị điện trở tối điều kiện nhiệt độ phịng ■ Có hiệu ứng quang dẫn với ánh sáng khả kiến Những đặc tính cho thấy xảy tượng pha tạp hệ với mức lượng tạp chất nằm vùng cấm đồng thời hàng rào biên hạt suy giảm tạo dòng quang điện hộ đổi với hạt tải kích thích bàng ánh sáng Hìni' 4Sc: Nêu hàng rào thẻ cúc hạt TiO đu thủp cúc điện tích kích thích có thè chun động từ hạt sang hạt khác 62 Căn vào kêt thực nghiệm, có thê giải thích tính chât hệ Ti-In-O sau: nhiệt độ chế tạo thấp từ kết XRD nói hệ tạo thành hợp chất In 2T i [19] Như tính chất quang điện hệ thành phần In vừa tham gia vào mạng tinh thê TÌO với vai trị tạp chất vừa tạo nên lớp ln 20 bao bọc xung quanh hạt TĨƠ Ở vùng nồng độ In(N ) thấp nồng độ tạp chất In TiO: tăng theo nồng độ In(N ứng quang dẫn, vùng nồng độ cao chiều dày lớp ln 20 3)3 làm tăng hiệu tăng theo nồng độ In(NC>3)3 làm giảm dòng quang dẫn Tác dụng trái ngược tạp chất In lớp hấp phụ bề mặt In 20 làm cho đặc trưng quang điện màng có giá trị cực Để khẳng định luận điểm trên, số thực nghiệm bổ xung thực Cụ thể là: kết đo phổ truyền qua cho thấy màng hấp thụ ánh sáng vùng kiến (hình 42, 43, 44, 45) Phép đo nhiệt điện trở cho thấy tạp chất màng có giá trị lượng từ 0.027eV đến 0.44 eV Thời gian trễ biến đổi điện trở tổi theo nồng độ In cho thấy đặc tính quang dẫn đặc tính màng T 1O pha tạp In bao bọc lóp ln 20 nano bề mặt hạt KÉT LUẬN Đã xây dựng hệ máy chế tạo màng bán dẫn ôxit cấu trúc nano bàng phương pháp phun nhiệt phân quét đế nóng, góp phần nâng cao hiệu suất chế tạo tin cậy kết nghiên cứu Đã chế tạo màng nano TÌO , kiểm tra hình thành ln 20 3, từ lựa chọn chế độ tối ưu để chế tạo màng hồn hợp TÌO ln 20 3 Bang phương pháp phun nhiệt phân dung dịch đế nóng hỗn hợp dung dịch tiền chất gồm TiCl In ( N 3) chế tạo thành cơng vật liệu TÌO pha tạp In theo chế độ công nghệ khác Vật liệu thu được khảo sát tính chất thơng qua sổ phép đo như: XRD, SEM, đặc trưng V-A, quang dẫn, phổ truyền qua, thời gian trề, nhiệt điện tr Số liệu khảo sát cho thấy vật liệu chế tạo có cấu trúc nano với kích thước hạt khoảng lOnm có hiệu ứng quang dẫn mạnh nhiệt độ phịng vùng ánh sáng khả kiến Các kết thu thực nghiệm bổ xung chứng tỏ In đóng vai trị tạp chất tạo nên hiệu ứng hấp thụ quang vùng kiến, đồng thời làm giảm hàng rào biên hạt nano T 1O tạo dòng quang dẫn Vật liệu chúng tơi tạm gọi TilnO có thẻ đưa vào ứng dụng lĩnh vực quang xúc tác, quang điện tử đặc biệt việc nâng cao hiệu suât chuyên đôi pin mặt trời 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [ 1Ị Phạm Văn Nho Giáo trình vật lý linh kiện sensor bán dẫn Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà nội Năm 2003 [2] Nguyễn Năng Định Giáo trình vật lý kỹ thuật màng mỏng NXB Đaih Học Quốc Gia Hà Nội, 2006 [3] Phạm Văn Nho, Vũ Văn Thanh, Nguyễn Quang Tiến, Nguyễn Thị Vân Anh Nghiên cứu tính chất chuyển tiếp nano tinh thể T i0 2/Sn02 Báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ IV, Núi cốc 5-7/11/2003 [4] Nguyễn Trọng Tĩnh Một số vấn đề động học tiếp xúc bán dẫn (cấu trúc nano) với môi trường điện giải Luận án tiến sĩ Vật lý Hà nội 2002 [5] [6 ] Hoàng Nhâm Hóa học vơ T ập Nhà xuất Giáo dục Pham Van Nho, Tran Kim Cuong, Ivan Davoli*, Massimiliano Lucci* Effect o f SnỠ 'F Doping on Photoelectric Properties o f Nano TìOị Films Osaka Ưniversity-Asia Paciíìc-Vietnam National ưniversity, Hanoi Forum 2005 [7j s K Zheng, T M Wang, w c Hao and R Shen Improvement o f photocatalytic activity o f TiO thin film hy Sn ion implantatỉon.v olume 65, ỉssuc 2, 19 April 2002, Pages 155-159 [ ] Pham Van Nho, Pham Anh Tuan, Nguyen Thi Van Anh, Nguyen Thuong Hai, Nguyen Thi Thu Hang, Hoang Ngoe Tha Enhanced performance o f the TCO transparent conductive electrode fo r photo-electronic devices The 9th Biennial VietNam Contercnce on Radiao & Electronics (R E V ’2004), HaNoi, 27-28/11/2004 [9Ị Pham H oang Ngan, Nguyen Ọ uang Tien, Do Dat, Pham Van Nho P reparation o f transparent conductive ZnO by means o f pulsed spray porolysis .ỉournal o f the Korean Physical Society, Vol.52 N o.5 (pp 1594-1597) [ 10] Phạm Văn Nho, Vũ Văn Thanh, Nguyễn Quang Tiến, Trần Kim Cương Hiện tượng quang dẫn màng nano tinh Tì O ị Báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ IV, Núi cốc 5-7/11/2003 [11] R.A.Li đin, V.A M olosco, L.L.A Anđreeva T inh chắt lý hóa học chất vơụ 106 ngun tổ hóa học Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà nội [12] Yunxia Jin, Guanghai Li !, Yong Zhang, Yunxia Zhang and Lide Zhang Photoluminescence o f anatase T i0 thin film s achieved by the addition o f ZnFe20 J Phys.: Condens Matter 13 No 44 (5 November 2001) L913-L918 [13] The Japan - Vietnam seminar Bring forth new technolog}’ innovation - possibiỉỉties o f T1 O Photocatalysts fo r the Protection o f Ecosystems Hanoi 7/1/2003 and Ho Chi Minh city 10/1/2003 [14] Pradyot Patnaik, Ph.D Handbook o f Inorganic Chemicals Publisher: McGraw-Hill (December 01, 2002) [15] Milton Ohring The materials Science o f thin film Copyringht 1992 by Academic Press [16] Leon I Maissel and Reinhand Giang Handbook o f thin /ìỉm Technology Mc Gravv - Hill book company 1970 [17] The Japan - Vietnam seminar B ring/orth new technology innovation - possibilitỉes o f TìOi Photocatalysts fo r the Protectỉon o f Ecosystems Hanoi 7/1/2003 and Ho Chi Minh city 10/1/2003 [18] Prof L M Peter Simulation o f Electricaì Transport in Novel Soìar Photovoltaic Cells http://vvww.bath.ac.uk/-~pvsabw/research/scell/scells.htm Updated 14 Dec 04 [19] W en-Deng Wang, Fu-Qiang Huang, Cun-Ming Liu, Xin-Ping Lin and Jian-Lin Shi Preparation, electronic structure andphotocatalytic activỉty o f the ỉ nTiOs photocatalyst Materials Science and Engineering: B ■ [20] B Volume 139, Issue 1, 25 April 2007, Pages 74-80 Cì Yacobi Publishers Semiconductor Materials 2004 kluvver Academic [21] Scott H Brewer, Steían Franzen Calculation o f the electrorỉic and optical properties o f indium tin oxide by density /unctional theory Chemical Physics 300 (2004) 285-293 [22] http://en.wikipedia.org/wiki/Indium%28III%29 oxide [23J Yutaka O hyaz *, Hisao Saiki , Toshimasa Tanakaz and Yasutaka T akahashr Microstructure o /T iO ỉ and ZnO Films Fabricated by the Sol- Gel Method Journal o f the American Ceramic Society.Volume 79 Issue Page 825-830, April 1996 [24] Xingvvang Zhang, Minghua Zhou and Lecheng Lei Co-deposition o f photocatalytic Fe doped TiOỵ cocitỉngs by MOCVD Catalysis C o m m u n ic a tio n s [25] Proí' L M Peter Simuỉation o f Electrical Transport in Novel Sơlar Photovoltaic Cells http://www.bath.ac.uk/~-pvsabw/research/scell/scells.htm ■ưpdated 14 Dec 04 [26].Rebecca Janischl,2, PriyaGopall and Nicola A Spaldinl Transitỉon metal-doped Ti02 and ZnO—present statas o f the field J Phys.: Condens Matter 17 (2005) R 657-R 689 stacks iop.org/JPhysCM /17/R657 Published 24 June 2005.0nline at ... :Sn dạng màng TCO, kết hợp T i với In 2Ơ tạo thành hợp chất thành phần In 2T i Điều hứa hẹn tính chất thú vị pha tạp In cho màng TÌO vật liệu tạo thành tồn đồng thời ba pha TÌO , In2 Oi In 2T i... tinh khiết với oxit như: SnƠ , ZnO, Al 3, SÌO , Fe Bản luận văn trình bày kết khảo sát ảnh hưởng thành phần In đến tính chất màng nano T i Phương pháp chế tạo vật liệu lựa chọn phương pháp “phun... chất hỗn hợp của muối TiCLậ In( N 3)3 hịa tan nước sau phun lên đế nóng Thành phần chất hợp chất tạo thành điều khiển cách thay đổi tỷ lệ muối dung dịch phun tiền chất Trong luận văn nồng độ In( N