Chế tạo, khảo sát tính chất của đĩa nano, màng zno pha tạp và khả năng ứng dụng của nó

DAI HOC QUÒC GIÀ HA NOI TRUÒNG DAI HOC KHOA HOC T U N H I É N * * * DE TAI: Che tao, khào sàt tinh chat cùa dia nano, màng ZnO pha tap khà nàng ùng dung cùa nị MA SĨ: QT - 07 - 14 CHU TRI DE TAI: PGS TS TA DINH CANH CÀN BÒ THAM GIÀ: CN NGUYEN VIÉT TUYÉN OAI HOC Q U Ó C GIÀ HM n o , T P U N O T - i l v ^ ^ Ò N G TIN THU VIÉN 6^9 •v ^ HA NOI - 2007 BAO CAO TOM TÀT ^ D E TAI: Che tao, khào sàt tinh chat cùa dia nano, màng ZnO pha tap khà nàng ùng dung cùa no MÀSĨ:QT- - 14 CHÙ TRÌ DE TAL PGS TS TA DÌNH CÀNH CÀN BỊ THAM GIÀ: CN NGUYEN VIÉT TUYÉN l.MUCTIEUDETAI: Hien nay, càc hgp chat bàn dàn A B dang thu hùt su quan tàm dac biet cua càc nhóm nghién cim càc tinh chat hàp dàn cùa nò nhiv chuyén mùc vùng càm thàng, dị rịng vùng càm lón nhiét dị phịng, diéu cho phép ma rgng giói han càc Hnh kien quang dien tù mién nhin thày dén mién tù ngoai gàn Trong càc hgp chat bàn dàn A B , ZnO chat bàn dàn có dị rgng vùng càm ló'n (-3,3eV a nhiet dị phịng), dị ben vùng nhiet nóng chày cao, già thành re ZnO thuòng dugc dùng làm vat lieu cho càc linh kién quang dien tù ZnO có hieu suàt lugng tù phàt quang có thé dat tói gàn 100%, mó trièn vgng viéc che tao laser ZnO nhiet dị phịng Màng mịng ZnO có dị dàn dien dò truyén qua quang hgc cao mién ành sàng nhìn thày dugc ùng dung làm dién circ st cho pin màt tròi chat lugng cao già thành Càc màng ZnO dàn dièn suòt dugc sù dung càc man hinh tinh thé long, càc cua sò dien tù, càc thiét bi quang hgc uòn dugc, càc guong phàn xa nhiet de phù khó phu, tham chi hot ZnO có l'mg dung che tao kem chòng nàng Dac biét, nhùng nàm gàn day, càc nhà Ichoa hgc trén thé giói dang tap trung nghién cùu vàt liéu ZnO càu trùc nano vói nhiéu hy vgng viéc che tao mot thè he linh kién mó'i có nhiéu tinh chat un viét so vói càc màu khịi Nói dung nghién culi: De thuc hien dugc muc tiéu néu a trén, de tài dà giài quyét dugc càc vàn de sau: + Xày dung he tao dia nano ZnO pha tap In Lị óng ({{) =40mm) tao nhiét dị trèn di 1000° co dị on dinh cao (lị có sai so nhị ca ±1'^ chay theo chuang trình) *^ - Khf mang Ar có dị sach 99% + Tim dirgc che dò còng nghe che tao dia nano ZnO:In trén de Si khào sàt tinh chà't vàt ly cùa chung + Che tao càc bia ZnO:In P vói càc nóng dị khàc + Che tao càc màng zno pha tap In, P N vói càc hàm lugng khàc + Khào sàt càc màng dà che tao trèn càc thiét bi hien dai dà dugc trang bi Càc két qua dat duac: + Che tao thành cịng dia nano ZnO pha tap In có dang lue giàc, kich thc dng chéo 1-5 ).L m dò day tù 40-100 nm bang phuang phàp bòc bay nhiét don giàn càc dia ZnO :In dugc khào sàt tinh chat vat ly mot càch ky luòng -h Che tao thành còng màng dàn suòt ZnO pha tap In bang phuong phàp phùn xa r.f magnetron, vói dị trun qua co 90% dién tró st thàp 00 4.510""^ Q cm + Dà che tao thành còng màng ZnO :P N loai p bang phuong phàp phun xa r.f magnetron vói àp suàt riéng phàn cùa Ni 40% so vói Ar, dịi vói bia som ZnO :P vói hàm luons: 2% + Cịng tàc nghién cùu: dà cịng bó bào ' Nguyen Viet Tuyen, Ta Dinh Canh , Nguyen Ngoc Long, Tran Thi Quynh Hoa, Nguyen Xuan Nghia, Dam Hieu Chi, K.Higashimme, T.Milani, 'Tndium doped zinc oxide nanometer thick disks synsthesized by a vapor phase transport process", Proceeding of IVVNA, Vung Tau, 2007 2/ Nguyen Viet Tuyén, Ta Dinh Cành, Nguyen Nggc Long, Dàng Hai Ninh Ngò Thu Huong, Tran Thi Quynh Hoa, Nguyen Duy Phuong, 'Tinh chat càu trùc, tinh chat dién quang cua màng móng ZnO:In che tao bang phuang phàp phùn xa r.f magnetron", Hòi nghi vat ly chat ràn tồn qc, thù V, Vùns Tàu 2007 3/ Nguyen Viét Tuyén, Ta Dinh Cành, Nguyen Nggc Long, Tran Thi Quynh Hoa, "màng màng ZnO pha tap nita phot loai p che tao bang phuang phàp phùn xa r.f magnetron", Hòi nghi vat ly chat ràn tồn qc, thù V, Vùng Tàu 2007 + Cóng tàc tao : •t» Dà hng dàn khóa luan tịt nghiép + Dị Minh Due: "Che tao khào sàt tinh chà't cùa màng zno:Cu khà nàng ùng dung" (2007) + Trieu Quang Minh: " Che' tao nghién cùu tinh chat cùa màng mòng suòt dàn dien ZnO:In bang phuang phàp phùn xa r.f magnetron" (2007) -h Nguyen Hùn Thành:"Khào sàt che tao màng mòng bàn dàn zno:N" (2007) *l* Dà huóng dàn luan vàn cao hgc + Dang Hai Ninh:" che tao khào sàt màng zno: pha tap nhóm III nhóm V" (2007) Tinh hình su dung kinh phi: Tóng kinh phf thuc chi: 20.000.000 dóng (hai muai trieu dóng chàn) Trong dó càc khồn dà chi: Thanh tồn dich vu cịng cóng ; 800.000 d (tién dién) Thuemuón : 7.000.000 d Chi phf vat tu hóa chat: 6.546.000 d Chi phf hgi thào; 5.700.000 d Chi phf khàc (QLCS) : Dà thòng qua chùng tù tai phòng tài vu Xàc nhàn cùa ban chù nhiém Khoa (Ky ghi rò hg tén) Chù trì de tài (Ky ghi rị hg tén) PGS.TS.Ngun Thé Bình PGS.TS.Ta Dinh Cành Trn-DHKHTN Brief ofthe Report The title ofthe project Fabrication, investigation the properties of nanodisks ZnO:In, doped ZnO thin fìlms and their ability of applications The code number: QT - 07 - 14 Main responsible person: Assoc Prof Dr Ta Dinh Canh Main implementation numbers Bachelor: Nguyen Viet Tuyen The objeets Zinc oxide (ZnO), a II-VI compound semiconductor with a direct band gap uf 3.37 eV and a relatively high exciton bindmg energy (60 meV) at the room temperature [2], displays excellent piezoelectric, catalysis and novel optical properties, ZnO was frequently doped with Al, Ga, Sb and In to enhance the electrical /optical properties [3,4] In such applications well-alignment and lowtemperature growth of the ZnO nanostructures are expected for better performance of nanodevices and flexible production Indium tin oxide (ITO) films are widely used at present as transparent electrodes in fìat panels and other displays and are produced mainly by planar magnetron sputtering [1,6] However, the preparation of ITO film requires high substrate temperature above 300 ^C, and Indium metal is expensive, offenng a problem in manufacturing a large fiat panel As altematives, ZnO films doped with Al, In, Ga, ete have been studied [2, 7] The most promising dopants for p-type ZnO are the group-V element, ahhough theory suggests some difficulty in achieving shallow acceptor states [11] W'hile most efforts on p-type doping of ZnO have focused on nitrogen doping, a few studies ha\e considered other group-V elements for substitutional doping on the O site Given the mismatch in ionie radius for P(2.12 A), As (2.22 Aj and Sb (2.45 À) as compared to O (1.38 A), solubility of these elements in ZnO shouid be limited Among the ax'ailable N sources, an easy getting, economie and non-toxic N: has been widely used in sputtering tecliniques The content of research ^ Build the system to fabricate ZnO:In nano disks ^ Tube fumace (({) =40mm), creates the temperature above 1000 ""C with high stability (error of ± r and controlied by program) ^ carrier gas Ar with purity 99% ^ Find out the technology to preparare ZnO:In nanodisks on Si substrates and characterize the physical properties of them v^ Fabrication ZnO:In target with different doping concentration •/ Fabrication ZnO:P and ZnO:N films with different doping concentration ^ Characterize these films with model devices Results: 1/Nguyen Viet Tuyen, Ta Dinh Canh , Nguyen Ngoc Long, Tran Tlii Quynh Hoa, Nguyen Xuan Nghia, Dam Hieu Chi, K.Higashimine, TMitani, "Indium doped zinc oxide nanometer thick disks synsthesized by a vapor phase transport process", Proceeding of IWNA, Vung Tau, 2007 2/Nguyén Viét Tuyén, Ta Dinh Cành, Nguyen Nggc Long, Dang Hai Ninh Ngò Thu Huang, Tran Thi Quynh Hoa, Nguyen Duy Phuang, structural, optical and eletrical properties of r.f magnetron sputtered ZnO:In thin films", Hòi nghi vat ly chat ràn tồn qc, thù V, Vùng Tàu 2007 3/Ngun Viet Tuyén, Ta Dinh Cành, Nguyen Nggc Long, Tran Thi Quynh Hoa, "p-type nitrogen and phosphorous-doped ZnO thin films grown by radio frequency magnetron sputtering", Hòi nghi vat ly chat ràn tồn qc, thù V, Vùng Tàu 2007 1, Conclusion ' Obtaining the aims of the project, ' Trainine 2;raduate students, master student ^^: Chirang 1.Thirc nghiém 1.1 He lò che tao dia nano ZnO:In Qua trình tịng hgp càc dia nano óng nano Zn0:In dira trén qua trình VS bang càch bịc bay nhiét mot vàt liéu ngn hịn hgp cùa bịt ZnO, Zn tàc nhàn Idiù (bgt graphit) Vat !ieu nguòn dugc dat ò vùng nhiét dò cao nhàt cùa mot 16 ịng nàm ngang (hình 1.1) LO MJNC Kiii A r Orm thach anh { C^p nhiet dién / Bar- Bịt /n0-/n-0-ln Oc Si A\ / • CD CI] cm EZZZ2ZZZZZZZZ22 Al i Ar 1S - feli Hình 1.1 So dò he lò che tgo màu Hot ZnO, Zn, In C trgn déu vói ti le 5:2:0.2:1 vé sị mol dugc dùng làm vàt lieu ngn Hịn hgp dugc dàt mot thuyèn gòm Càc phién don tinh thé Si dinh huóng (100) dùng làm de De cùa càc màu sù dung Ichóa luàn càc phién silic tinh khiét có tiéu chuàn dùng cịng nghé bàn dàn, bè mat có dị phàng rat cao De dugc làm sach bang càch dùng mày mng siéu àm dung dich acetone Thuyèn gòm chùa vàt liéu nguòn càc de Si dugc dat mot lị ịng ( có toc dị nàng nhiét khàc khịng che nhiét dị chinh xàc khồng :t0.1 ""C) cho vàt liéu nguòn dugc dat o nhiet 1000 T , càc de a vùng nhiét dị tù 400-850 ^C Hình 1.2a dị thi bièu dien sir phàn bò nhiét dò lò nhiét dò khòng che 1000 "C Dira vào dò thi ta xàc dinh dugc nhiét dò ò' vi tri dat nguòn de Vi nhiét dò mot nhùng thòng sò quan trgng nhàt quyét dinh su hinh thành càu trùc nano nén dò thi phàn bò nhiet dị cùa lị giùp ta có co sị chgn nhiét dò cùa nguòn de cho thich hgp nliàt (khồng càch tinh tù tàm lị) Shiéi ciị rc) -30 in •20 10 Tàlli a) 10 20 Khồng càch (cm) 60 120 180 b) 240 300 Thịi gian (pliùt) Hình /.2:Phàn bó nhiét dị cùa lị theo vi trì (a) qua trình nàng - nhiét dò cùa lo (b) Thòi gian tòng hgp vat liéu 60 phùt, toc dò nàng nhiét 17K/phùt Sau dó mau dugc làm ngi theo lị dén nhiét dị phịng (hình 1.2b) Càc san phàm dugc làng dong trèn de Si có màu tro vàng Trong st thịi gian tao màu, mot luòng mang Argon (Ar) dugc thòi qua òng thach anh vai km lugng khòng dòi (100 cm7phùt) Càu trùc tinh thé cùa càc màu dugc phàn tich bang nhiéu xa tia X (XRD Bruker-AXS D5005) Hình thài bé mat cùa san phàm dugc quan sàt bang kinh hién vi dien tù quét (SEM, JEOL 541OLV) Phò tàn sac nang lugng tia X (EDS) dugc bang thiét bi OXFORD ISIS 300 di kèm vói JEOL 5420LV 1.2.HeUnivex-450, Leybold Chat lugng bia phùn xa ky thuàt phùn xa cathode có vai trị hèt sue quan trong, ành huòng truc tièp dén chat lugng cùa màng Do càu trùc cùa he phùn xa Univex450, Leybold- chùng tòi sù dung bia gịm hịn hgp bịt ZnO vói càc tap chat (dirai dang bòt òxit kim loai) de che tao màng ZnO pha càc tap chat khàc Bia gòm ZnO pha tap dugc che tao bang phuang phàp gòm truyén thòng tù vàt liéu chinh bòt ZnO, Mecrk dị ^8R sach 3N (99,9%) Bia có dang dTa tròn phàng, Ichòng ran nirt, duòng kinh O = 75mm có dị day tù -^ mm Cịng nghé che tao bia dugc chùng tói tién hành nhu sau: Trịn déu bịt ZnO vói hrgng tap chat dira vào dung dich két dinh PVA (Polyvinyl Alcohol), tao thành mot hịn hgp có dị dịng nJiàt cao, sau dó bịt dugc dua vào khn ép hinh tru ép vói àp st 1,2 tàn/cm Viec trgn hịn hgp vàt liéu ban dàu rat quan trgng, vùa làm cho hịn hgp có dị dịng nlìàt cao vùa giùp cho bia Ichóng bi nùt ép Trong qua trinh tròn ép kJiòng làm vàt lieu bi nhiém bàn bòi càc tap Idiòng mong muòn Bia sau ép dugc sày sa bị a SQÌ^Q thịi gian giị de nc bay hai bia có dị nhàt dinh Sau dó, bia dugc dua vàc lị nung thiéu két ó nhiét dị 1100 ^ 1300*^0 già (Lò nung Carbolite RHFl 500 làm viéc theo chuong trinh tu dgng vói dị ịn dinh nhiet dò cao, nhiét dò tòi da cùa lo 1500"C Toc dò tàng, giàm nhiét dò cùa lò dugc chgn ó già tri l,5°C/phùt) Càc bia có dò co ngót bé màt khồng 25% t'^ vi ^ Hình 1.3 He phùn xg DC RF magnetron Bia gòm hgp có thành phàn ln ln ịn djnh dó thành phàn cùa màng mong có dị ịn dinh lap lai cao Ngoài ra, de che tao càc màng ZnO pha tap vói hàm lugng cao, sù dung bia ghép Bia ghép nhan dugc bang càch dat càc miéng vat lieu khac dang lèn trèn bia nèn ZnO Khi dó, phàn cùa màng khịng chi phu thc vào hiéu suàt phùn xa cùa càc vàt liéu ma phu thuòc vào dièn tich bè màt cua càc vàt liéu [15] Khi càn thay dòi nòng dò chat pha tap chi càn thay dòi so miéng \àt lieu DAI HOC QC GIÀ HA NĨI TRl/ỊNG DAI HOC KHOA HOC TtJ NHIÈN C33SO*80Ga DAJNG HA] iNlMH r r CHE TAO VA KHAO SAI TINH CHAT MAHG ZnO PHA TAP NHÓM HI VÀ NHÓM V Chuyén ngành: Vàt ly chat ràn Ma so: 60.44.07 LUÀN VÀN THAC Sl KHOA HOC NGl/ÒI Hl/ÒNG DAN KHOA HOC PGS.TS Ta Dinh Cành HA NỊI - 2007 MUC LUC Mị-dàu Chirong Tong quan ve vat lieu bàn dSn ZnO 1.1 Cau trùc tinh thé ZnO 1.1.1 Càu trùc mang lue giàc wurtzite 1.2 Càu trùc mang làp phuang dan giàn kiéu NaCl 1.3 Càu trùc mang làp phuang già 1.2 Càu trùc vùng nàng lugng cùa ZnO 2.1 Càu trùc vùng nàng lugng cùa ZnO dang lue giàc wurtzite 1.2.2 Càu trùc vùng nàng lugng cùa ZnO dang làp phuang già (zinc blende) 1.2.3 Càu trùc vùng nàng lugng cùa ZnO dang làp phuang dan giàn kiéu NaCl 1.3 He sò giàn na nhiét 1.4 Tinh chat dien cùa ZnO 10 1.4.1 Dich chuyén dién truàng thàp 11 1.4.2 Dich chuyén dien truàng cao 12 1.4.3 Tinh chat dién cùa ZnO pha tap 12 1.4.3 ], /.n() pha tap Inai n 13 1.4.3.2 ZnO pha tap loai p 14 1.4.3.3 Tinh chat dien cùa ZnO theo càc ky thuàt nuòi cày khàc 17 1.5 Tinh chat quang cùa vàt liéu bàn dàn 18 1.5.1 Càc dac trung quang 18 1.5.2 Càc ca che hàp thu ành sàng 20 1.5.3 Càc qua trinh tài hgp bue xa 22 1.5.3.1 25 Tài hgp vùng - vùng 1.5.3.2 Tài hgp exciton 26 1.5.3.3 27 Tài hgp vùng - tap chat 1.5.3.4 Tài hgp donor - acceptor 28 1.6 29 Tinh chat quang cùa ZnO 1.6.1 Càc exciton tir 30 1.6.2 Càc exciton lién két 31 1.6.3 Hai electron ve tinh PL 33 1.6.4 DAP lap lai LO-phonon quang phò PL 33 1.7 Nuòi cày màng ZnO 34 1.8 Càc ùng dung cùa ZnO 34 Chuong Cong nghe che tao màng mòng càc phu-ong phàp nghién cù'u 37 2.1 37 Càc ky thuàt phùn xa 2.1.1 Phùn xa nguòn mot chiéu 38 2.1.2 Phùn xa nguòn xoay chiéu 40 2.1.3 Phùn xa magnetron 41 2.2 Nghién cùu càu trùc bang phuang phàp nhiéu xa tia X 43 2.3 Quan sàt hình thài bé mat bang kinh hién vi dién tù quét (SEM) 45 2.4 Do dién tra suàt 45 2.5 Phuang phàp xàc dinh nòng dò hat tài dò linh dòng Hall 46 Chuong T h u c nghiem 48 3.1 He Univex-450, Leybold 48 3.2 Thirc nghiem 50 Chu-ong Két qua thào luan 4.1 Màng ZnO pha tap In 52 _ 52 4.1.1 Ành huòng cùa nhiét dò de 52 4.1.2 Vi càu trùc cùa màng 53 4.1.3 Tinh chat dién 53 4.1.4 Tinh chat quang 56 4.2 58 Màng ZnO pha tap P 4.2.1 Phó EDS 58 4.2.2 Tinh chat dién 58 4.3 60 Màng ZnO dòng pha tapN, P Két luan 66 Tài lieu tham khào 67 Bào cào khoa hoc lién quan dén luan vàn dà cong bo 69 DAI HOC QUOC GIÀ HA NOI TRUÒNG DAI HOC KHOA HOC TU NHIÈN - KHOA SU PHAM NGÀNH VÀT L ^ oOo DÓ MINH DLTC DE TÀI: CHE TAO VÀ KHÀO SÀT TINH CHAT CÙA MÀNG ZnO PHA TAP Cu VÀ KHÀ NÀNG ÙNG DUNG KHOA LUAN TOT NGHIÉP HE DAI HOC CHINH QUY NGÀNH SUPHAMVÀTLY Giào vién huóng dàn: PGS-TS Ta Dinh Cành Giào vién phàn bién: PGS-TS Lé Thi Thanh Bình Ha Nịi 2007 Khồ ln tói nghiép Mịdàu ^_ Muc lue * Khoà 2003- 2007 Chirorng I Tong quan ve vat lieu ZnO vat liéu nano 1.1 Càc cà'u trùc tinh thé cùa ZnO 1.1.1 Càu trùc lue giàc Wurtzite 1.1.2 Càu trùc lap phucmg don giàn kiéu NaCl ^ "" " 1.1.3 Càu trùc già kenr g 1.2 Tinh chat hàp thu cùa bàn dàn[l] 1.3 Do trun qua cùa màng mịng[15] § 1.4 Ca che phàt huynh quang bàn dàn 11 1.4.1 Tài hop vùng - vùng 12 1.4.2 Tài hop exciton I3 1.4.2.1 Tài hgp exciton tu 13 1.4.2.2 Tài hop cùa exciton lién két 14 1.4.3 Chuyén dòi vùng - tap 14 1.4.4 Chuyén dcfi dono - axepto 14 1.4.5 Huynh quang cùa ZnO:Cu 15 1.5 Tinh dàn dien cùa bàn dàn 16 1.6 Co che ph,t laser ngau nhi^n tù vat lieu ZnO 17 1.6.1 Mot sò ùng dung cùa laserngàu nhién 20 1.7 Ung dung cùa vat lieu nano bàn din ZnO 21 Chuoìig n Ky thuat thirc nghiém 24 2.1 Khài niem vé phùn xa 25 2.2 He phùn xa R.f magnetron 26 2.2.1, Càu trùc cùa he phùn xa R.f magnetron 26 2.2.2, Dién tich dien tù truòng 26 2.2.3, Càc vàn de cùa he phùn xa 28 2.2.3.1, Che tao màng ZnO pha tap Cu bang phuang phàp phùn xa R.f magnetron 28 2.2.2.1 Khi phùn xa 29 2.2.2.2 Su phàn bo dò day cùa màng 30 2.2.2.3 Nhiét dò de 30 2.2.2.4 Càc thòng so' Plasma 31 2.3 Càc he 31 2.3.1 He phó huynh quang 31 2.3.2 He hà'p thu truyén qua 33 2.3.3 Nhiéu xa ké tia X 35 2.3.4 Nghién cùu bé mat màng dò day màng bang kfnh hién vi dien tù quét (SEM) 36 Chuong III Két qua thirc nghiém bién luan 38 3.1 Khào sàt tfnh chat cà'u trùc cùa màng ZnO pha tap Cu 38 Dó Minh Dite B3K48 Vàt ly Chat ràn Khồ luàn tot nghiép Khoà 2003^ 2007 3.1.1 Càu trùc cùa màng ZnO pha tap Cu 3.1.2 Tfnh chat quang cùa màng ZnO Phu thuòc còng suàt phàt nhiet dò de 3.1.2.1 Tfnh chat hà'p thu truyén qua cùa màng 3.1.2.2 Tfnh chà't huynh quang cùa màng ZnO 3.1.3 Khào sàt khà nàng phàt laser tù màu màng ZnO:Cu thu dugc Két luàn Tài liéu tham khào Dà Minh Due B3K48 38 42 42 46 47 49 50 Vàt ly Chat ràn m DAI HOC THAI NGUYEN KHOA KHOA HOC TI/ NHIÈN VÀ XÀ HOI BO MÒN VÀT LY *** TRIÈU QUANG MINH CHE TAO VÀ NGHIÉN CLTU TINH CHAT CÙA MÀNG MỊNG TRONG ST VÀ DAN DIÈN ZnO PHA TAP INDIUM BANG PHl/ONG PHÀP PHÙN XA R.F MAGNETRON KHOA LUAN TOT NGHIÉP HE DAI HOC CHINH QUY CHUYÉN NGÀNH: VÀT LY CHAT RAN Giào vién hirófng dàn: PGS.TS Ta Dinh Cành THÀI NGUYEN - 2007 SH-! MUC LUC LỊI MỊ DAU CHUONG L TĨNG QUAN VE VAT LIÉU BÀN D À N ZNO 1.1 Càu trùc tinh thé ZnO 1 1.1.1 Càu truc mang lue giàc wurtzite 1.1.2 Càu trùc mang lap phuang dem giàn kiéu NaQ 1.1.3 Càu truc mang làp phuang già kèm kiéu sphalerit 1.2 Càu trùc vùng nàng luong cùa ZnO 1.3 Mot so tinh chat quang cùa vàt liéu bàn dàn 1.3.1 Tòng quan vé càc ca che hàp thu ành sàng 1.3.1.1 Hàp thu cabàn 1.3.1.2 Hàp thu exciton 1.3.1.2.1 Hàp thu exciton chuyén mùc thàng, duac phép 1.3.1.2.2 Hàp thu exciton chuyén mùc nghiéng duac phép 11 1.3.1.2.3 Hàp thu exciton bi càm 11 1.3.1.3 Hàp thu tap chat 11 1.3.2 Tòng quan vé càc ca chetai hop, bue xa ành sàng 12 1.3.2.1 Tài hcrp vùng- vùng chuyén mùc thàng 12 1.3.2.2 Tài hgp vùng - vùng chuyén mùc nghiéng 13 1.3.2.3 Bue xa trng hap tucmg tàc vói hat tài 14 1.3.2.3.1 Bàn dàn vùng càm thàng 14 1.3.2.3.2 Bàn dàn vùng càm nghiéng 14 1.3.3 Tinh thé ZnO "Laser ngàu nhién" 1.4 Mot so ùng dung cùa vat liéu ZnO CHUONG IL KY THUAT THUC NGHIEM 15 [7 18 2.1 Che tao màng mòng ZnO pha tap In bang phuang phàp phùn xa r.f magnetron 1§ 2.1.1 Giai thiéu 18 2.1.2 Càc ky thuàt phùn xa cabàn 19 2.1-2.1 Phùn xa phóng dién phàt sàng mot chiéu 19 2.1.2.2 Phùn xa phóng dien phàt sàng xoay chiéu 20 2.1.2.3 Phùn xa magnetron 21 2.1.2.4 Phùn xa r.f magnetron 21 2.2 Càc ky thuat nghién cùu tinh chat quang dién cùa màng mòng suòt dàn dién ZnO:In 22 2.2.1 Pho ké nhiéu xa tia X 22 2.2.2 Kinh hién vi dién tù quét (SEM) 23 2.2.3 He phò hàp thu tmyén qua 25 2.2.4 He phó huynh quang 26 2.2.5 Xàc dinh nóng dị hai tài dị linh dịng Hall 27 CHUONG i n KÉT QUA VÀ THÀO LUÀN 3.1 Quy trình che tao màu 3.1.1 Che tao bla gòm ZnO:hi 30 30 30 3.1.2 Che tao màng mòng suòt dàn dién ZnO:In tù bia gòm phùn xa 31 3.2 Tinh chat càu trùc cùa màn^ ZnO:ln 32 3.3 Tinh chat quang cùa màng ZnO:In 35 3.4 Tinh chat huynh quang cùa màng ZnO:In 37 3.5 Màng ZnO:In "Laser ngàu nhièn" 38 3.6 Tinh chat dién cùa màng ZnO:ln 40 KÉT LUÀN 44 TÀI LIEU THAM KHÀO 45 L.^1 HOC QUOC GIÀ HA NĨI TRNG DAI HOC KHOA HOC TUNHIÈN —-O0O-— NGUYEN HÙU THÀNH KHAO SAI VA CHE TAO MÀNG MÒNG BÀN DÀN ZnO PHA TAP NITO KHOA LUAN TOT NGHIÉP HE DAI HOC CHINH QUY CHUYÉN NGÀNHiVÀT LY CHAT RAN NGÀNH:VÀT LY GIÀO VIÈN HUÓNG D À N : P G S T S TA DÌNH CÀNH GIÀO VIÈN PHÀN BIÈN: TS.NGĨ THU HNG HA NOT : 2007 Muc Lue Lòi càm an Ma dau Chuang I Tóng quan vé vat lieu bàn dàn ZnO 1.1 Càu trùc tinh thé cùa ZnO V 1.2 Càu trùc vùng nàng lucmg cùa ZnO 03 11 1.2.1 Càu trùc vùng nàng luang cùa mang lue giàc U 1.2.2 Càu trùc vùng dién tù cùa ZnO 12 ^1.3 Càc tham sò mang 17 1.4 Tinh chat quang cùa vàt liéu bàn dàn 19 1.4.1Ca che hàp thu ành sàng 19 1.4.2 Qua trình tài hcrp 22 1.4.2.1 Tài hgp vùng-vùng 23 1.4.2.2 Tài hap exciton 24 1.4.2.3 Tài hap vùng-tap chat 25 • 1.5 Su phàt microlaser ZnO(laser ngàu nhién) 1.6 Màng ZnO pha tap N 26 27 1.6.1 Càc tinh chat cùa ZnO pha tap N ChiTcmg 28 30 Ky thuàt thirc nghiem 2.1 Càc phuang phàp che tao m u 2.2 Phuang phàp phùn xa catot 2.2.1 Che tao bia Z n O Z n O pha tap bang phuang 30 31 31 phàp g ò m truyén thòng 2.2.2 Càc phuang phàp phùn xa -^-^ 2.2.2.1 Phùn xa phóng dièn phàt sàng mot chiéu 34 2.2.2.2 Phùn xa phàt sàng xoay chiéu 35 2.2.2.3 Phùn xa manhétón 36 2.3 Che tao màu màng ZnO pha tap N 37 2.4 Nghién c\m mot sò dac trung càu trùc 37 2.5 Sù dung tia X de phàn tfch vi càu trùc màng mòng 38 2.6 Sù dung kfnh hién vi dien tù quét (JEM) kinh hién vi 38 lue dién tù (AFM)dé quan sàt hình thài bé màt màng mịng 2.7 Phuang phàp tàn xa Raman 39 2.8 Do dò day màng mòng 40 2.8 a)Do dò day bang phuang phàp dao dòng thach anh 40 2.8 b)Do dò day màng bang phuang phàp vàn giao thoa 41 2.9 Do phó hàp thu truyén qua 41 Chuong 43 K é t qua thirc nghiem bién luan 3.1 Phò nhiéu xa tia X cùa màng ZnO pha tap N 43 3.2 Phò hàp thu truyén qua 44 3.3 Phò laser ngàu nhièn 46 3.4 Phò huynh quang 47 Két luàn 48 Tài liéu tham khào 49 Kién nghi: Dà bude dàu che tao thành cịng ìóp chun tiép n-ZnO/p-Si có hiéu ùng pin mat trịi lihà tot; de nghi ducrc càp thém kinh phi de khào sàt che tao, ùng dung loai sensor Chù nhiém de tàì Thu trng co quan chù tri de tài 26 Chu tich Hịi dóng dành già chinh thùc Thù trng co quan quàn ly de tài ... sputtered ZnO thin fìlms Optical Materials 19 pp 461-469 25 w Muc lue 1.1 He lò che tao dia nano ZnO: In 1.2 He Univex-450, Leybold 1.3 Che tao màng ZnO pha tap 2.1 DTa nano ZnO pha tap In 2.2 Màng ZnO. .. cùa màng ZnO: ln ó nhiét dị phịng 2.3 Màng ZnO pha tap P 2.3.1 Phò E D S Hinh 2.14 phò EDS cùa mot màng dugc tao vói hàm lugng tap chat P 2% nguyen tù Phò EDS cùa màng cho thày hàm lugng P màng. .. trang thài donor nòng 2.3.3 Màng ZnO dong pha tap N, P De có thé nhan dugc màng ZnO loai p, chting tòi tién hành pha tap dòng thòi ca phòtpho nita Chùng tòi dà che tao màng ZnO: P:N bang phuong phàp