(Luận văn thạc sĩ) chế tạo màng mỏng dẫn điện trong suốt zno bằng phương pháp điện tử xung (PED)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - DƯƠNG VĂN NAM CHẾ TẠO MÀNG MỎNG DẪN ĐIỆN TRONG SUỐT ZnO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN TỬ XUNG (PED) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - DƯƠNG VĂN NAM CHẾ TẠO MÀNG MỎNG DẪN ĐIỆN TRONG SUỐT ZnO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN TỬ XUNG (PED) Chuyên ngành: Vật lí nhiệt Mã số: 60 44 09 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM HỒNG QUANG Hà Nội – 2014 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn em PGS.TS Phạm Hồng Quang bảo, hướng dẫn tận tình vướng mắc em gặp phải suốt trình làm Luận văn thạc sĩ, để em hồn thành tốt Luận vănthạc sĩ Em xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy cô giáo khoa Vật lý dạy dỗ truyền đạt kiến thức bổ ích cho em suốt năm qua, tạo điều kiện để em có kiến thức thực nội dung Luận vănthạc sĩ Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo, tập thể cán làm việc Bộ môn Vật lý nhiệt độ thấp trường Đại học khoa học tự nhiên tạo điều kiện giúp đỡ em thời gian qua Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, người ủng hộ, động viên, giúp đỡ em trình làm Luận văn thạc sĩ Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Dương Văn Nam MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm cấu trúc tính chất vật liệu ZnO 1.1.1 Cấu trúc lập phương kiểu lục giác Wurtzite 1.1.2 Cấu trúc lập phương đơn giản kiểu NaCl 1.1.3 Cấu trúc lập phương giả kẽm 1.2 Cấu trúc vùng lượng 1.2.1 Cấu trúc vùng lượng ZnO dạng lục giác Wurtzite 1.2.2 Cấu trúc vùng lượng mạng lập phương giả kẽm 1.2.3 Cấu trúc vùng lượng mạng lập phương kiểu NaCl 1.3 Tính chất điện 1.4 Tính chất quang 1.5 Xu hướng nghiên cứu 1.5.1 Vật liệu cấu trúc nano ZnO chiều 1.5.2 Vật liệu bán dẫn từ pha loãng 1.5.3 Vật liệu bán dẫn loại p 1.6 Một số nghiên cứu cấu trúc tinh thể tính chất ZnO, ZnO pha kim loại chuyển tiếp 1.6.1 Phổ nhiễu xạ tia X 1.6.2 Tính chất điện 1.6.3 Phổ tán xạ Raman 1.6.4 Tính chất bề mặt 1.6.5 Tính chất quang 1.6.5.1 Phổ truyền qua ZnO 1.6.5.2 Phổ hấp thụ 1.6.5.3 Phổ huỳnh quang CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp sol – gel 2.1.1 Định nghĩa 2.1.2 Các q trình xảy sol – gel 2.1.3 Ưu điểm nhược điểm trình sol – gel 2.2 Phương pháp phún xạ 2.2.1 Định nghĩa 2.2.2 Bản chất trình phún xạ 2.2.3 Ưu điểm nhược điểm phún xạ 2.3 Phương pháp lắng đọng màng mỏng lắng đọng xung lazer ( PLD) 2.3.1 Giới thiệu 3.2 Cấu tạo chế phương pháp PLD 2.3.3 Ưu điểm nhược điểm phương pháp PLD 2.4 Phương pháp PED 2.4.1 Giới thiệu chung thiết bị điện tử xung PED 2.4.2 Hệ thống ống phóng điện tử 2.4.3 Âm cực rỗng (nguồn điện tử) 2.4.4 Gia tốc chùm điện tử 2.4.5 Sự truyền chùm điện tử hội tụ 2.4.6 Quá trình lắng đọng 2.5 Ảnh hưởng số yếu tố công nghệ chế tạo 2.5.1 Mối quan hệ điện phóng áp suất khí 2.5.2 Mối quan hệ áp suất khí chùm plasma 2.5.3 Mối quan hệ áp suất tỷ lệ lắng đọng 2.5.4 Ảnh hưởng áp suất tới bề mặt, độ dày màng 2.5.5 Ảnh hưởng áp suất tới tính chất màng CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO LỚP MÀNG MỎNG DẪN ĐIỆN ZnO BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG XUNG ĐIỆN TỬ (PULSED ELECTRON DEPOSITION – PED) 3.1 Kết đo chiều dày 3.2 Kết chụp hình thái bề mặt mẫu 3.3 Kết đo phổ nhiễu xạ tia X 3.4 Kết đo hệ số hấp thụ 3.5 Kết đo hiệu ứng Hall DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Mô tả số đặc trưng vật liệu bán dẫn khối ZnO nhiệt độ phịng Bảng 2.1: Thơng số hệ thống CS Bảng 2.2: Áp suất tối ưu số chất làm màng mỏng Bảng 3.1: Thơng số q trình lắng đọng hệ mẫu Bảng 3.2:Các tính chất chuyển hệ AZO-2 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1.CấutrúcWurtzitelụcgiácxếpchặtcủamạngZnO …… 12 Hình 1.2.Cấutrúcliên kết tinhh thể ………………………….…… 13 Hình 1.3 Cấu trúc kiểu lập phương đơn giản kiểu NaCl… ……… 13 Hình 1.4.Cấu trúc lập phương giả kẽm …………………………… 14 Hình 1.5.Vùng Brilouin cấu trúc lục giác Wurtzite… ……… 15 Hình 1.6: Cấu trúc đối xứng vùng lượng ZnO ………… 15 Hình 1.7.Phổ nhiễu xạ tia X màng ZnO nhiệt độ khác nhau… 20 Hình 1.8.Sự dịch đỉnh phổ mẫu điều kiện áp suất khácnhau ………………………………………………………… 20 Hình 1.9.Sự dịch đỉnh phổ mẫu điều kiện áp suất khác nhau…………………………………………………………… 20 Hình 1.10.Sự thay đổi điện trở màng ZnO nhiệt độ thay đổi… 21 Hình 1.11.Sự phụ thuộc điện trở suất nhiệt độ…… …… 21 Hình 1.12.Sự phụ thuộc điện trở suất nhiệt độ…… …… 21 Hình 1.13.Phổ tán xạ Raman màng ZnO nhiệt độ đế khácnhau………………………………………………………… 22 Hình 1.14.Phổ Raman mẫu ZnO khơng pha tạp…… ……… 23 Hình 1.15.Hình ảnh bề mặt mẫu màng……………… …… 23 Hình 1.16.Hình ảnh bề mặt mẫu màng……………… …… 23 Hình 1.17.Hình ảnh bề mặt mẫu màng……………… …… 24 Hình 1.18.Hình ảnh bề mặt mẫu màng……………… …… 24 Hình 1.19.Ảnh SEM mẫu màng tốc độ quay khác nhau…… 24 Hình 1.20.Ảnh SEM mẫu màng đế thủy tinh nhiệt độ khác ………………………………………………………… .25 Hình 1.21.Phổ truyền qua màng áp suất khác nhau… …… 15 Hình 1.22.Phổ truyền qua màng nhiệt độ khác …… 15 Hình 1.23.Phổ hấp thụ màng ………………………… …… 16 Hình 1.24.Phổ huỳnh quang màng áp suất khác …… 17 Hình 1.25 Phổ huỳnh quang màng nhiệt độ khác …… 17 Hình 2.1 Mơ hình hệ thống lắng đọng điện tử xung … …… …… 19 Hình 2.2.Sơ đồ hệ thống PED … ………………………………… 20 Hình 2.3 Nguồn điện tử ………….….…….……………………… 21 Hình 2.4 Nguồn lắng đọng điện tử PEBS – 20… ………………… 22 Hình 2.5 Định luật Paschen … …………………… …………… 23 Hình 2.6 Ống phóng điện tử.… ……………… ………………… 24 Hình 2.7 Sắp xếp bia, đế ống phóng điện tử.……………… 25 Hình 2.8 Sắp xếp buồng lắng đọng……… …… ………… 26 Hình 2.9 Hình ảnh trước sau bắn chum xung điện tử bia vật liệu……………………….…………………………………… 29 Hình 2.10 Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Quốc gia Hà Nội………………… 31 Hình 2.11 Hiện tượng nhiễu xạ tia X mặt phẳng mạng tinh thể sơ đồ ngun lí máy nhiễu xạ tia X………………………… Hình 2.12 Mẫu đặt bốn đầu dò tiêu chuẩn……………………… 32 35 Hình 3.1 Bề mặt mẫu ZnO chế tạo nhiệt độ đế 4000C, áp suất 10mTorr…………………………………………………… 46 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ AZO-1 chế tạo nhiệt độ phịng với áp suất khí khác nhau……………………………… 46 Hình 3.3 Giản đồ nhễu xạ tia X hệ AZO-2 chế tạo áp suất khí3,5; 10mTorr với nhiệt độ đế 4000C…………………… 48 Hình 3.4.Phổ hấp thụ hệ AZO-1 chế tạo áp suất khí3,5; 5;10 15mTorr ………………………………………… 49 Hình 3.5 Phổ hấp thụ hệ AZO-2 chế tạo áp suất khí3,5; 5;10 10mTorr ………………………………………… 50 Hình 3.6 Sự phụ thuộc điện trở Hall vào cường độ từ trường H mẫu lắng đọng áp suất 5mTorr hệ AZO-2……………… 51 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Vấn đề ô nhiễm môi trường có xu hướng ngày nghiêm trọng, nguyên nhân người sử dụng nhiều nguồn lượng hóa thạch.Nguồn lượng chủ yếu dần cạn kiệt hết vài thập niên tới, xu hướng tiêu thụ nguồn lượng hóa thạch coi khơng bền vững.Thay vào chiến lược phát triển bền vững cách sử dụng nguồn lượng tái tạo.Sử dụng nguồn lượng mặt trời hình thức nằm chiến lược Năng lượng mặt trời có có ưu điểm như: sạch, khơng gây ô nhiễm môi trường, chi phí nhiên liệu bảo dưỡng thấp, an tồn cho người sử dụng Để có nguồn lượng đó, người ta phải phát triển ngành cơng nghiệp sản xuất pin mặt trời, góp phần thay nguồn lượng hóa thạch giảm phát sinh khí thải gây hiệu ứng nhà kính Vì vậy, coi nguồn lượng quý giá, thay dạng lượng ngày cạn kiệt Pin lượng mặt trời phát minh vào năm 1946 Cho đến nay, pin lượng mặt trời chưa sử dụng phổ biến giá thành cao hiệu suất thấp Các nhà khoa học nhà sản xuất giới không ngừng nghiên cứu để chế tạo pin lượng mặt trời có hiệu suất cao hơn, tuổi thọ dài giá thành thấp Trên giới có số trung tâm nghiên cứu mạnh pin mặt trời màng mỏng CIGS, điển hình NREL (Mỹ), Đại học tổng hợp Colorado (Mỹ), Đại học tổng hợp Uppsala (Thụy Điển), Đại học Quốc gia Chonnam (Hàn Quốc) Tại sở thực dự án lớn pin mặt trời màng mỏng CIGS, có dự án xây dựng dây chuyền sản xuất phương pháp vật lý Việt Nam nước nhiệt đới, có tiềm lượng mặt trời Với vị trí địa lý thuận lợi, Việt Nam, nguồn lượng mặt trời có lượng xạ trung bình 5kW/m²/ngày với khoảng 2.000 nắng/năm Bên cạnh đó, nguồn nhiên liệu tự nhiên dần cạn kiệt, giải pháp thay pin mặt trời lại chưa sản xuất rộng rãi Như vậy, để tăng trưởng phát triển bền vững, nhà khoa học nước cần nghiên cứu sử dụng lượng nói chung lượng điện mặt trời nói riêng, cho có hiệu Việc nâng cao hiệu suất pin mặt trời điều vô cần thiết Hướng nghiên cứu pin mặt trời hệ loại nhóm nhà khoa học môn Vật lý Nhiệt độ thấp, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội tiến hành Hiện nay, Trường trang bị hệ thống máy lắng đọng điện tử xung (PED) công ty Neocera – Mỹ Hệ thống chế tạo dựa công nghệ Neocera, sử dụng để lắng đọng chất siêu dẫn nhiệt độ cao, màng mỏng kim loại, chất phủ cứng bề mặt, lắng đọng màng polymer…, phương pháp để chế tạo màng mỏng chất lượng cao Trong lớp cấu thành pin mặt trời màng mỏng CIGS, lớp hấp thụ CIGS lớp dẫn điện suốt ZnO có vai trị quan trọng Đối với lớp hấp thụ CIGS, có nhiều phương pháp chế tạo nghiên cứu Có thể chia phương pháp thành hai nhóm: Nhóm phương pháp cần chân không, gồm: đồng bốc bay từ nguyên tố riêng rẽ, bốc bay từ hợp chất, lắng đọng hóa học, phún xạ catot, epitaxy chùm phân tử, lắng đọng điện tử xung, lắng đọng xung laze; Nhóm phương pháp khơng cần chân khơng bao gồm: lắng đọng điện hóa, lắng đọng nhiệt phân, phun sơn nhiệt bia, làm thay đổi góc bia súng điện tử Hơn nữa, chế tăng tỷ lệ đồng thành phần Hình 3.1 Hình ảnh trước bắn chùm xung điện tử vào bề mặt bia vật liệu Bước 4: Vận hành hệ bơm chân không, làm hạ áp suất buồng lắng đọng đồng thời bơm khí hoạt động Oxy Trước hết buồng mẫu hút chân không Để đạt hiệu suất hút cao tiết kiệm lượng, ban đầu tốc độ bơm turbo đặt 1000 Hz sau áp suất buồng đạt 5,5.10-5 Torr hạ xuống cịn 300 Hz Áp suất thấp buồng lắng đọng trì giá trị xác định nhờ kết hợp tốc độ hệ bơm chân không (bao gồm bơm sơ cấp bơm turbo) lưu lượng khí đưa vào từ nguồn cấp khí bên ngồi qua đường dẫn khí riêng biệt Bước 5: Bằng phần mềm điều khiển tự động, điều chỉnh nhiệt độ, điện áp cho phù hợp với trường hợp chế tạo mẫu Bước 6: Tiến hành bắn chùm xung điện tử vào bề mặt bia vật liệu Cấu trúc tinh thể mẫu xác định XRD, độ dày mẫu xác định phương pháp đầu dị (stylus profiler), hình thái học bề mặt quan sát SEM (JSM-6701F, JEOL, Japan), điện trở suất, nồng độ hạt tải, độ linh động điện tử, loại bán dẫn xác định phép đo hiệu ứng 51 Hall phương pháp Van der Pauw (thực hệ Quantum DesignEver Cooler, Singapore), tính chất quang nghiên cứu phổ kế hấp thụ UV-VIS Bề mặt mẫu quan sát kính hiển vi điện tử quét Từ ảnh bề mặt mẫu thấy kích thước hạt mẫu, qua đánh giá chất lượng mẫu Sau số kết thu sau tiến hành thực nghiệm: 3.1 KẾT QUẢ ĐO CHIỀU DÀY Độ dày mẫu lắng đọng 3,5; 5; 10 15 mTorr 280, 270, 250, 230 nm Chúng ta thấy rõ ràng độ dày màng mỏng ZnO giảm tăng áp suất làm việc Hiện tượng giảm mật độ dòng ion vật liệu chế tạo từ bia đến bề mặt đế Kết giải thích tán xạ, giảm động ion va chạm với ion khí Ar Trong trường hợp các ion Al đường gặp nhiều ion oxy số ion Al bị lệch hướng mà không tới đế mẫu Đối với hệ mẫu AZO2, từ kết đo cho thấy, nhiệt độ đế không gây ảnh hưởng lên độ dày mẫu trình lắng đọng 3.2 KẾT QUẢ CHỤP HÌNH THÁI BỀ MẶT MẪU Bề mặt mẫu đo kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV Trung tâm Khoa học Vật liệu – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (hình 3.2) Hình 3.2: Thiết bị kính hiển vi điện tử quét Jeol 5410 LV Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Quốc gia Hà Nội 52 Hình 3.3 ảnhhiển vi điện tử quét (SEM) điển hình hình thái học bề mặt mẫu ZnO chế tạo nhiệt độ đế 400 oC, áp suất 10 mTorr Ta thấy, bề mặt mẫu nhẵn ngoại trừ xuất hạt tròn bề mặt Hiện tượng hay quan sát mẫu màng mỏng chế tạo phương pháp PLD Sự xuất hạt cho hạt bắn trực tiếp từ bề mặt bia tạo thành từ pha khí đến bề mặt mẫu Tác giả M Nistor cộng đề xuất phương án khắc phục tượng cách tối ưu hóa khoảng cách bia mẫu điều chỉnh thơng số chùm điện tử Hình 3.3 Bề mặt mẫu ZnO chế tạo nhiệt độ đế 400 oC, áp suất 10 mTorr 3.3 KẾT QUẢ ĐO PHỔ NHIỄU XẠ TIA X Hình 3.4 kết nhiễu xạ tia X hệ AZO1 53 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ AZO1 chế tạo nhiệt độ phòng với áp suất khí khác Đối với hệ AZO1, mẫu chế tạo áp suất thấp (3,5; mTorr) có độ kết tinh định với cấu trúc wurzite mẫu chế tạo áp suất cao cho ta trạng thái vơ định hình Trong mẫu này, cường độ đỉnh (002) lớn mẫu chế tạo áp suất khí mTorr, chứng tỏ áp suất mTorr thích hợp cho kết tinh thành tinh thể Giá trị thấp so với giá trị 10 mTor công bố[13] 11,3 mTorr mà nhóm tác giả Zhan cộng công bố cho màng mỏng ZnO tốt chế tạo phương pháp PED [38] Sự tồn áp suất tối ưu mẫu chế tạo phương pháp PED giải thích động tối ưu (khoảng 10 eV ) ion vật liệu trước đến bề mặt đế mẫu Vì vậy, áp suất làm việc yếu tố quan trọng điều khiển động ion thông qua chế va chạm Trong thí nghiệm, cho với áp suất cỡ mTorr áp suất thích hợp cho việc chế tạo màng mỏng ZnO Kết đo nhiễu xạ tia X hệ mẫu AZO2 trình bày hình 3.4 thể ảnh hưởng nhiệt độ đế lên cấu trúc tinh thể màng mỏng Cường độ pick (002) tăng lên rõ rệt tất mẫu chế tạo 400 oC Do định hướng tinh thể mẫu (002), tức định hướng vng góc trục c cấu trúc wurzite Nhóm tác giả Zhan cộng quan sát thấy nhiệt độ tối ưu cho hình thành phát triển cấu trúc tinh thể 54 320oC giải thích cải thiện độ tinh thể theo tăng nhiệt độ đế mẫu vùng nhiệt độ 320oC tăng độ linh động ion vật liệu lắng đọng Độ linh động ion vật liệu định nhiệt độ đế động ion thời điểm trước đến bề mặt mẫu Trong trường hợp, điện gia tốc tần số xung độ linh động ion phụ thuộc rõ rệt vào nhiệt độ đế áp suất khí Cũng theo nhóm tác giả Zhan, việc suy giảm độ tinh thể tăng nhiệt độ cao nhiệt độ cao, xuất nhiều mầm tinh thể có định hướng hỗn loạn Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ AZO2 chế tạo áp suất khí 3,5; 10 mTorr với nhiệt độ đế 400 oC Nhiệt độ đế lắng đọng làm cải thiện độ tinh thể trình kết tinh hóa mẫu lắng đọng thời gian dài nhiệt độ cao tăng độ linh động ion q trình lắng đọng Hay nói khác là, dịch chuyển, khuếch tán xếp nguyên tử sau bám vào đế mẫu 55 3.4 KẾT QUẢ ĐO HỆ SỐ HẤP THỤ Hình 3.6 Phổ hấp thụ mẫu AZO1 chế tạo nhiệt độ phịng với áp suất khí khác nhau:3,5; 5; 10 15 mTorr Kết đo phổ hấp thụ hệ mẫu AZO1 AZO2 cho biết mối liên quan độ tinh thể tính chất quang mẫu thể hình 3.6 3.7.Trong đó, phổ hấp thụ mẫu hệ AZO1 có giá trị khác khơng vùng truyền qua Hiện tượng tính tinh thể tính đa pha hệ mẫu Đối với mẫu hệ AZO2 có đặc trưng bán dẫn thẳng đơn pha với bờ hấp thụ thẳng đứng Độ rộng vùng cấm tính tốn từ việc ngoại suy khơng giá trị bình phương hệ số hấp thụ vùng tuyến tính Kết thu cho thấy, mẫu tốt có độ rộng vùng cấm quang 3,2 eV, giá trị có phần nhỏ giá trị 3,37 eV mẫu khối ZnO tinh khiết 56 Hình 3.7 Phổ hấp thụ mẫu AZO2 chế tạo áp suất khí 3,5; 5; 10 15 mTorr nhiệt độ đế 400 0C 3.5 KẾT QUẢ ĐO HIỆU ỨNG HALL Trong trình đo mẫu hệ AZO1, nhận thấy mẫu có điện trở lớn nên thực phép đo Hall để xác định độ linh động nồng độ hạt tải Các đại lượng như: điện trở suất, độ linh động nồng độ hạt tải xác định thông qua kết đo hiệu ứng Hall hệ mẫu AZO2 Một kết điển hình phép đo trình bày hình 3.8 57 Hình 3.8 Sự phụ thuộc điện trở Hall vào cường độ từ trường H mẫu lắng đọng áp suất mTorr hệ AZO2 Trong phép đo Hall, trục tung VH/I, gọi điện trở Hall coi hàm từ trường H Từ trường quét từ -1 Tesla đến 1Tesla Từ kết hình 3.8 ta xác định hệ số góc a đường VH/I phụ thuộc vào H Dấu hệ số góc phản ánh loại hạt tải chứa mẫu Các kết phép đo Hall thực hệ mẫu AZO2 có hệ số góc a âm, mẫu AZO2 bán dẫn loại n Bảng 3.2 Các tính chất chuyển hệ AZO2 TT Áp suất Oxy (mTorr) ρ (Ωcm) μ (cm2/Vs) n (cm-3 ) 15 1,2.10-1 0,97 5,4.1019 10 3,2.10-2 3,8 8,0.1019 58 1,4.10-2 9,92 4,1.1019 3,5 2,4.10-3 7,20 3,66.1020 Bảng 3.3 cho biết kết thơng số xác định tính chất chuyển hệ mẫu AZO2, đặc biệt thấy điện trở suất giảm rõ rệt so với hệ AZO1 Trong mẫu hệ AZO2, áp suất khí oxy giảm làm điện trở mẫu giảm theo Sự giảm điện trở theo giảm áp suất chủ yếu tăng nồng độ hạt tải Hai yếu tố độ linh động mật độ hạt tải thay đổi có biến thiên điện trở suất(mà điện tử) Trong trình thực nhiệm mẫu nhiệt độ đế 400o C áp suất thấp kết cho thấy độ linh động mật độ hạt tải đạt cực đại Kết mẫu chế tạo 400oC cho tính chất tinh thể tốt so với mẫu chế tạo nhiệt độ phịng Điều khẳng định rằng, độ hồn hảo tinh thể có mối liên hệ mật thiết với tính chất dẫn mẫu Đối với mẫu ZnO pha tạp Al, hạt tải chủ yếu điện tử dư thừa thay nguyên tử Al cho Zn Nồng độ hạt tải phụ thuộc vào số nguyên tử Al thực thay vào vị trí Zn mạng tinh thể Khi độ tinh thể hồn hảo số ngun tử Al thực thay vào vị trí Zn mạng tinh thể lớn Ở nhiệt độ cao, ion vật liệu chạm vào bề mặt đế có độ linh động cao giúp cho q trình kết tinh tốt Kết điện trở giảm Sự giảm điện trở theo giảm áp suất oxy giải thích sau: mẫu chế tạo với áp suất oxy thấp, mạng tinh thể có nhiều khuyết thiếu oxy Nồng độ oxy quết định từ hai nguồn, từ bia ZnO hai khí Ở mẫu chế tạo áp suất thấp, nguồn oxy từ khí bị hạn chế dẫn đến khuyết thiếu oxy Sự khuyết thiếu làm tăng nồng độ hạt tải tự loại n, tức điện tử Trong vật liệu ZnO, hạt tải tự chủ yếu tạo khuyết thiếu oxy Cũng áp suất thấp, độ linh động ion vật liệu trước bám vào bia cao so với áp suất cao nên độ tinh thể tốt Chúng ta thấy bảng 3.3, nồng độ hạt tải tăng cỡ bậc từ áp suất cao đến áp suất thấp Giá trị nồng độ hạt tải 3,66.1020 tương đương giá trị màng mỏng dẫn điện suốt tác giả khác Ví dụ Hirata thu giá trị nồng độ hạt tải cỡ 4.1020 mẫu Ga pha tạp ZnO chế tạo PLD.Kết 59 đo điện trở suất cho giá trị 2,4.10-3 Ωcm Kết giá trị phổ biến điện cực suốt Giá trị tốt bậc so với kết công bố trước 60 KẾT LUẬN Luận văn thu kết sau:  Đã nghiên cứu tổng quan quy trình chế tạo màng mỏng dẫn điện suốt ZnO phương pháp PED phương pháp thực nghiệm khảo sát tính chất mẫu màng mỏng  Đã chế tạo màng mỏng ZnO pha tạp Al phuơng pháp lắng đọng xung điện tử điều kiện chế tạo khác  Đã khảo sát, xác định tính chất mẫu ZnO, mối liên quan chặt chẽ tính chất mẫu chế tạo điều kiện chế tạo mẫu Từ đó, xác định điều kiện chế tạo màng mỏng ZnO pha tạp Al tốt áp suất oxy 3,5 mTorr, nhiệt độ đế 400oC  Màng mỏng suốt ZnO chế tạo đuợc có giá trị điện trở suất 2,4 10-3 Ωcm tương đương với giá trị điện trở suất màng mỏng suốt sử dụng giới 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Nguyễn Năng Định (2005), Vật lí kỹ thuật màng mỏng, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Văn Minh (2009), Cơ sở vật lý quang học chất rắn, Nhà xuất Đại học Sư phạm Hà Nội, Hà Nội Ngơ Đình Sáng (2013), Mơ vật lý linh kiện, chế tạo khảo sát tính chất số lớp pin mặt trời hệ sở màng mỏng CIGS, Luận văn Tiến sĩ Vật lý, Trường ĐHKHTN-ĐHQGHN Nguyễn Thế Khơi, Nguyễn Hữu Mình (1992), Vật lí chất rắn, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội Phùng Hồ, Phan Quốc Phơ (2001), Giáo trình vật lí bán dẫn, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội Phạm Hồng Quang, Ngơ Đình Sáng, Đỗ Quang Ngọc (2011), “Chế tạo màng mỏng lắng đọng xung điện tử (PED)”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc lần thứ 7, tr.241-246 TIẾNG ANH Aga R S., Jr., Cox C , Ueda A , Jackson E , Collins W E , and Mu R (2006), “Influence of background gas pressure charging potential and target distance on the spot size ablated by single pulsed electron beam” J Vac Sci Technol A 24(6), pp 11-14 Andriesh A M., Verlan V I., Malahova L A (2003), “Deposition of heterostructures based on CIGSE and CdS by electron-beam ablation”, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 5(4), pp 817-821 Chandra V., Manoharan S S (2008), “Pulsed electron beam deposition of highly oriented thin films of polytetrafluoroethylene”, Applied SurfaceScience 254, pp 4063-4066 62 10 Chen Y., Bagnall D M., Koh H J., Park K T., Hiraga K., Zhu Z Q., and Yao T (1998), “Plasma assited molecular beam epitaxy of ZnO on c- plane sapphire: Growth and characterization”, J Appl Phys 84(7), pp 3912- 3918 11 Choudhary R J., Ogale S B., Shinde S R., Kulkarni V N., Venkatesan T., Harshavardhan K S., Strikovski M., Hannoyer B (2004), “Pulsedelectronbeam deposition of transparent conducting SnO2 films and study of their properties” Appl Phys Lett 84(9), pp 1483-1485 12 Dikovska A O., Atanaskov P A., Dimitrov J G., Imamova S E., Vasilev T (2009), “Transparent conductive Al doped ZnO thin films produced by pulsed laser deposition”, Journal of Optoelectronics and Advanced materials 11(10), pp 1517-1520 13 Hirata G.A., McKittrick J., Siqueiros J., Lopez O A., Cheeks T., Contreras O., and Yi J Y (1996), “High transmittance-low resistivity ZnO: Ga films by laser ablation”, J Vac Sci Technol A 14(3), pp 791-794 14 Huang L., Li X., Zhang Q., Miao W., Zhang L., Yan X., Zhuang Z., and Hua Z (2005), “Properties of transparent conductive In2O3:Mo thin films deposited by Channel Spark Ablation”, J Vac Sci Technol A, 23(5), pp.1350-1353 15 Jackson E , Aga R., Jr., Steigerwald A , Ueda A , Pan Z , Collins W E , and Mu R (2008), “Characterization of CdTe Nanoparticles Fabricated by Pulsed Electron Deposition Technique at Different Ablation parameters”, AIP Conf Proc 991, pp 90-93 16 Jiang X L., and Xu N (1989), “Preparation of dense films of crystalline ZrO2 by intense pulsed-electron-beam ablation”, J Appl Phys 66(11), pp 5594-5597 17 Kovaleski S D., Gilgenbach R M., Ang L K., and Lau Y Y (1999), “Electron beam ablation of materials”, J Appl.Phys 86, pp 7129-7138 63 18 Kyoung P Ko, Seung H Moon, Kyu J Song, Park Chan, Sang Im Yoo (2005), “High quality SmBa2Cu3O7-δ thin films on SrTiO3 (100) substrates deposited by pulsed electron beam deposition”, IEEE Transactions onApplied Superconductivity 15(2), pp 3054-3057 19 Ngo Dinh Sang, Pham Hong Quang, Do Quang Ngoc (2012), “Effect of oxygen pressure on the charge transport property of Al-doped ZnO films grown by pulsed electron deposition”, Communications in Physics 22 (2), pp 155-160 138 20 Nampoori H V., Rincon V., Chen M., and Kotru S (2010), “Evaluation of indium tin oxide films grown at room temperature by pulsed electron deposition”, J Vac Sci Technol A 28(4), pp 671-674 21 Nistor M., Mandache N B and Perriere J (2008), “Pulsed electron beam deposition of oxide thin films”, J Phys D: Appl Phys 41, pp 165205 -165215 22 Ohta J., Sakurada K., Shih F Y., Kobayashi A., Fujioka H (2009), “Growth of group III nitride films by pulsed electron beam deposition”, Journal of Solid State Chemistry 182, pp 1241-1244 23 Pham Hong Quang, Ngo Dinh Sang, Do Quang Ngoc (2012), “Pulsed electron beam deposition of transparent conducting Al-doped ZnO films”, Thin Solid Films 520, pp 6455-6458.139 24 Park S M., Ikegami T., Ebihara K., Shin P K (2006), “Structure and properties of transparent conductive doped ZnO films by pulsed laser deposition”, Applied Surface Science 253, pp 1522-1527 25 Porter H L., Mion C., Cai A L., Zhang X., Muth J F (2005), “Growth of ZnO films on C-plane (0001) sapphire by pulsed electrodeposition (PED)”, Material Science and Engineering B 119, pp 210-212 26 Stark R., Christiansen J., Frank K., Mucke F., and Stetter M (1995), “Pseudospark produced pulsed electron beam for material processing”, IEEE Trans.Plasma Sci 23(3), pp 258-264 64 27 Strikovski M and Harshavardhan K.S (2003), “Parameters that control pulsed electron beam ablation of materials and film deposition processes”, Appl Phys Lett 82(6), pp 853-855 28 Vispute R D., Talyansky V., Trajanovic Z., Choopun S., Downes M., Sharma R P., Venkatesan T., Woods M C., Lareau R T., Jones K A., and Iliadis A A (1997), “High quality crystalline ZnO buffer layers on sapphire (001) by pulsed laser deposition for III-V nitrides”, Appl Phys.Lett 70(20), pp 2735-2737 29 Zhan P., Li Z., and Zhangjun Zhang (2011), “Preparation of Highly Textured ZnO Thin Films by Pulsed Materialstransactions 52(9), pp 1764-1767 65 Electron Deposition”, ... lý thuyết vật liệu ZnO - Nghiên cứu phương pháp chế tạo màng mỏng dẫn điện - Nghiên cứu điều kiện tối ưu để chế tạo mẫu màng dẫn điện suốt ZnO phương pháp lắng đọng xung điện tử PED Các yếu tố... luận văn: Chế tạo màng mỏng dẫn điện suốt ZnO phương pháp điện tử xung (Pulsed Electron Deposition - PED) Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan lý thuyết vật liệu phương pháp chế tạo màng mỏng. .. - DƯƠNG VĂN NAM CHẾ TẠO MÀNG MỎNG DẪN ĐIỆN TRONG SUỐT ZnO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN TỬ XUNG (PED) Chuyên ngành: Vật lí nhiệt Mã số: 60 44 09 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: