Nghiên cứu một số tính chất của vật liệu sno2 và sno2 sb zn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI DDD TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THANH BÌNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SnO2 VÀ SnO2:Sb(Zn) Chuyên ngành: Mã số: Vật lí chất rắn 62 44 07 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS LÊ THỊ THANH BÌNH PGS.TS NGUYỄN NGỌC LONG Hà Nội, 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình Tác giả Nguyễn Thanh Bình LỜI CÁM ƠN Tôi xin dành lời cảm ơn sâu sắc gửi tới PGS.TS Lê Thị Thanh Bình PGS TS Nguyễn Ngọc Long, người Thầy trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt từ ngày tơi cịn sinh viên lúc tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới tất thầy cô giáo, bạn đồng nghiệp môn Vật lý Đại cương, môn Vật lý chất rắn, Trung tâm Khoa học Vật liệu – Khoa Vật lý – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà nội, người trực tiếp giúp đỡ thực luận án động viên nhiều vật chất lẫn tinh thần tơi gặp khó khăn, giúp tơi hồn thành cơng trình Tơi xin gửi tới PGS.TS Tạ Đình Cảnh, PGS.TS Lê Văn Vũ, PGS TS Lê Hồng Hà, PGS TS Nguyễn Thị Thục Hiền, GS TS Bạch Thành Công, GS TS Nguyễn Quang Báu, PGS.TS Ngô Thu Hương, TS Ngạc An Bang, TS Phạm Nguyên Hải, ThS Trần Vĩnh Thắng, ThS Nguyễn Quang Hòa,, lịng biết ơn sâu sắc quan tâm, giúp đỡ, động viên góp ý, bàn luận khoa học quý giá Thầy, bạn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới thành viên gia đình ln chăm sóc, động viên tơi, giúp tơi thêm nghị lực để hồn thành luận án Hà Nội, tháng 10 năm 2013 Tác giả Nguyễn Thanh Bình MỤC LỤC Danh mục ký hiệu viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Mở đầu 18 Chương 1: Tổng quan lý thuyết vật liệu SnO2 SnO2 pha tạp 23 1.1 23 23 Tổng quan vật liệu SnO2 1.1.1 Cấu trúc tinh thể SnO2 1.1.2 Cấu trúc vùng lượng SnO2 1.1.3 Tính chất hấp thụ vật liệu bán dẫn SnO2 1.1.4 Tính chất huỳnh quang SnO2 1.2 24 27 29 eedings of the 3th National Conference on Optics and Spectroscopy, pp 250-256 40 Kim H., Wang S J., Park H H., Chang H J., Jeon H., Hill R H (2007), “Study of Ag nanoparticles incorporated SnO2 transparent 124 conducting films by photochemical metal–organic deposition”, Thin Solid Films 516, pp 198–202 41 Kim T.W., Lee D U., Choo D C., Kim J H., Kim H J., Jeong J H., Jung M., Bahang J H., Park H L., Yoon Y S., Kim J Y (2002), “Optical parameters in SnO2 nanocrystalline textured films grown on pInSb (111) substrates”, Journal of Physics and Chemistry of Solids 63, pp 881-885 42 Kim T W., Lee D U., Yoon Y S (2000), “Microstructural, electrical, and optical properties of SnO2 nanocrystalline thin films grown on InP (100) substrates for applications as gas sensor devices ”, Journal of Applied Physic 88(6), pp 3759 - 3761 43 Kim K H., Lee S W., Shin D W and Park C G (1994), “Effect of Antimony Addition on Electrical and Optical Properties of Tin Oxide Film”, J Am Ceram Soc 77, pp 915- 921 44 Kwoka M., Ottaviano, Passacantando L M., Czempik G., Santucci S., Szuber J (2008), “XPS study of the surface chemistry of Ag-covered L-CVD SnO2 thin films”, Applied Surface Science 254, pp 8089–8092 45 Korotcenkova G., Cho B K., Gulina L., Tolstoy V (2009), “Ozone sensors based on SnO2 films modified by SnO2–Au nanocomposites synthesized by the SILD method”, Sens Actuators B: Chem., doi:10.1016/j.snb.2009.01.058 46 Krishnakumar T., Jayaprakash R., Parthibavarman M., Phani A.R., Singh V.N., Mehta B.R (2009), “Microwave-assisted synthesis and investigation of SnO2 nanoparticles”, Materials Letters 63, pp 896– 898 47 Li Z., Li X., Zhang X., Qian Y (2006), ” Hydrothermal synthesis and characterization of novel flower-like zinc-doped SnO2 nanocrystals”, J 125 Crystal growth 291, pp 258 – 261 48 Liu B., Cheng C W., Chen R., Shen X Z., Fan H J., Sun H D (2010), “Fine structure of ultraviolet photoluminescence of Tin Oxide nanowires”, J Phys Chem C 114, pp 3407-3410 49 Liu Y., Dong J and Liu M., “Well aligned nano- Box- Beams of SnO2”, Advanced Materials, Pool DOI: 10 1002/ adma 200306104 50 Lozano B C., Comninellis Ch., De Battisti A (1996), “Preparation of SnO2-Sb2O5 Films by the Spray-Pyrolysis Technique”, Journal of Applied Electrochemistry 26, pp 83-89 51 Luo S H., Wan Q., Liu W.L., Zhang M., Song Z.T., Lin C.L., Chu P K (2005), “Photoluminescence properties of SnO2 nanowhiskers grown by thermal evaporation”, Progress in Solid State Chemistry 33, pp 287 – 292 52 Ma H L., Hao X T., Ma J., Yang Y G., Huang J., Zhang D H., Xu X G (2002), “Thickness dependence of properties of SnO2 : Sb films deposited on flexible substrates”, Applied Surface Science 191, pp 313 – 318 53 Ma J., Hao X., Ma H., Xu X., Yang Y., Huang S., Zhang D., Cheng C (2002), “RF magnetron sputtering SnO2: Sb films deposited on organic substrates”, Solid State Communications 121, pp 345-349 54 Ma J., Wang Y., Ji F., Yu X., Ma H (2005), “UV–violet photoluminescence emitted from SnO2 :Sb thin films at different temperature”, Materials Letters 59, pp 2142–2145 55 Ma L., Li Y and Zhu Y L (2003), “Growth mode of the SnO2 nanobelts synthesized by rapid oxidation”, Chemical physics letter 376, pp 794-798 126 56 Maki-Jaskari M A and Rantala T T (2002), “Theoretical study of oxygen-deficient SnO2 (110) surfaces”, Physical Review B 65, pp 245248 57 Matthews H and Kohnke E (1968), “Effect of chemisorbed oxygen on the electrical conductivity of Zn- doped polycrystalline SnO2”, J Phys Chem Solids 29, pp 653-661 58 Mcguire K., Pan Z.W., Wang Z.L., Milkie D., Menéndez J., and Rao A M (2002), Raman Studies of Semiconducting Oxide Nanobelts, J Nanosci Nanotech 2(5), pp 1-4 59 McRoberts R D., Fonstad C G., and Hubert D (1974), “Thermo absorption in SnO2”, Phys Rev B 10, pp 5213 – 5219 60 Murty N S and Jawalekar S R (1983), “Charaterization of antimony doped tin oxide films for solar cell application”, Thin Solid Films 108, pp 277-283 61 Nakanishi Y., Suzuki Y., Nakamura T., Hatanaka Y., Fukuda Y., Fujisawa A and Shimaoka G (1991), “Coloration of Sn-Sb-O thin films”, Applied Surface Science 48/49, pp 55-58 62 Oldfield G., Ung T., and Mulvaney P (2000), “Au@SnO2 Core±Shell Nanocapacitors”, Adv Mater 12(20), pp 1519 – 1522 63 Park S S., Mackenzie J D (1995), “Sol-gel-derived tin oxide thin films”, Thin Solid Films 258, pp 268-273 64 Prades J D., Arbiol J., Cirera A., Morante J R., Avella M., Zanotti L., Comini E., Faglia G., Sberveglieri G (2007), “Defect study of SnO2 nanostructures by cathodoluminescence analysis: Application to nanowires”, Sensors and Actuators B 126, pp 6–12 127 65 Rajaram P., Goswami Y.C., Rajagopalan S., Gupta V K (2002), ”Optical and structural properties of SnO2 films grown by a low-cost CVD technique”, Materials Letters 54, pp 158-161 66 Rani S., Roy S C., Karar N., Bhatnagar M C (2007), “Structure, microstructure and photoluminescence properties of Fe doped SnO2 thin films”, Solid State Communications 141, pp 214–218 67 Ristic M., Ivanda M., Popovic S., Music S (2002), “Dependence of nanocrystalline SnO2 particle size on synthesis route”, Journal of NonCrystalline Solids 303, pp 270–280 68 Rizzato A P., Santilli C V., Sandra H., Pulcinelli and Craievich A F (2003), “Structural characterization of undoped and Sbdoped SnO2 thin films fired at different temperatures”, J Appl.Cryst 36, pp 736739 69 Robertson J (1979), “Electronic structure of SnO2, GeO2, PbO2, TeO2 and MgF2”, J Phys C: Solid State Phys 12, pp 47-67 70 Roman L.S., Valaski R., Canestraro C.D., Magalha˜es E.C.S, Persson C., Silva Jr R., Silva I P (2006), “Optical band-edge absorption of oxide compound SnO2”, Applied Surface Science 252, pp 5361–5364 71 Shanthi E., Banerjee A., Dutta V., and Chopra K L (1982), “Electrical and optical properties of tin oxide films doped with F and (Sb+F) ”, J Appl Phys 53(3), pp 1615-1622 72 Spannhake J., Helwig A., Măuller G., Faglia G., Sberveglieri G., Doll T., Wassner T., Eickhoff M (2007), “SnO2:Sb – A new material for high-temperature MEMS heater applications: Performance and limitations”, Sensors and Actuators B 124, pp 421–428 73 Sun S.H., Meng G.W., Zhang G.X., Gao T., Geng B.Y., Zhang L D., Zuo J (2003), “Raman scattering study of rutile SnO2 nanobelts 128 synthesized by thermal evaporation of Sn powders ”, Chemical physics letter 376, pp 103-107 74 Sun S H., Meng G W., Zhang M G., An X H., Wu G S and Zhang L D (2004), “Synthesis of SnO2 nanostructures by carbothermal reduction of SnO2 powder ”, J Physics D: App Phys 37(3), pp 409412 75 Terrier C., Chatelon J P., Roger J A (1997), “Electrical and optical properties of Sb: SnO2 thin films obtained by the sol-gel method”, Thin Solid Films 295, pp 95-100 76 Terrier C., Chatelon J P., Berjoan R., Roger J A (1995), “Sb - doped SnO2 transparent conducting oxide from the sol-gel dip-coating technique”, Thin Solid Films 263, pp 37-41 77 Thangaraju B (2003), “Structural and electrical studies on highly conducting spray deposited fluorine and antimony doped SnO2 thin films from SnCl2 precursor”, Thin Solid Films 402, pp 71-78 78 Thomas D.G., Gershenzon M., Trumbore F.A (1964), “Pair Spectra and "Edge" Emission in Gallium Phosphide”, Phys Rev 133, pp A269-A279 79 Le Viet Thong, Nguyen Duc Hoa, Dang Thi Thanh Le, Do Thanh Viet, Phuong Dinh Tam, Anh-Tuan Le, Nguyen Van Hieu (2010), “On-chip fabrication of SnO2-nanowire gas sensor: The effect of growth time on sensor performance”, Sensors and Actuators B: Chemical, DOI:10.1016/j.snb.2010.02.054 80 Tripathy S K., Kwon H W., Leem Y M., Kim B G., Yu Y T (2007), “Ag@SnO2 core–shell structure nanocomposites”, Chemical Physics Letters 442, pp 101–104 129 81 Vaishampayan M V., Deshmukh R G., Walke P., Mulla I.S (2008), “Fe-doped SnO2 nanomaterial: A low temperature hydrogen sulfide gas sensor”, Materials Chemistry and Physics 109, pp 230–234 82 Vanheusden K., Warren W L., Seager C H., Tallant D R., Voigt J A., Gnade B E (1996), “Mechanisms behind green photoluminescence in ZnO phosphor powders”, J Appl Phys 79, pp 7983-7990 83 Varshni Y.P (1967), “Temperature dependence of the energy gap in semiconductors”, Physica 34, pp 149–154 84 Dang Duc Vuong, Vu Xuan Hien, Khuc Quang Trung, Nguyen Duc Chien (2011), “Synthesis of SnO2 micro-spheres, nano-rods and nanoflowers via simple hydrothermal route”, Physica E 44, pp 345–349 85 Xuan Hien Vu, Tu Huy Anh Ly, Quang Trung Khuc, Duc Vuong Dang, and Duc Chien Nguyen (2010), “LPG sensing properties of SnO2 nanoparticles doped with several metal oxides by a hydrothermal method”, Adv.Nat Sci.:Nanosci Nanotechnol.1, 025014 (5pp) 86 Yoffe A D ( 2002), “Low-dimensional systems: quantum size eff ects and electronic properties of semiconductor microcrystallites (zero-dimensional systems) and some quasi-two-dimensional systems”, Advances in Physics 51(2), pp 799-890 87 Wang L., Zhang X., Liao X and Yang W (2005), “A simple method to synthesize single-crystalline Zn2SnO4 (ZTO) nanowires and their photoluminescence properties”, Nanotechnology 16, pp 2928–2931 88 Wang J X., Xie S S., Gao Y., Yan X Q., Liu D.F., Yuan H J., Zhou Z.P., Song L., Liu L.F., Zhou W.Y., Wang G (2004), “Growth and characterization of axially periodic Zn2SnO4 (ZTO) nanostructures”, Journal of Crystal Growth 267, pp 177–183 130 ... vật liệu SnO2 SnO2 pha tạp 23 1.1 23 23 Tổng quan vật liệu SnO2 1.1.1 Cấu trúc tinh thể SnO2 1.1.2 Cấu trúc vùng lượng SnO2 1.1.3 Tính. .. hồn thành cơng trình nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới tất thầy giáo, bạn đồng nghiệp môn Vật lý Đại cương, môn Vật lý chất rắn, Trung tâm Khoa học Vật liệu – Khoa Vật lý – Trường Đại... thể SnO2 1.1.2 Cấu trúc vùng lượng SnO2 1.1.3 Tính chất hấp thụ vật liệu bán dẫn SnO2 1.1.4 Tính chất huỳnh quang SnO2 1.2 24 27 29