Màng perovskite pzt chế tạo dựa trên công nghệ bốc bay bằng xung laser pld

Đ Ạ I H Ọ C Q U Ó C G IA H À N Ộ I ĐÈ TÀI MÀNG PEROVSKITE PZT CHẾ TẠO DựA TRÊN CƠNG NGHỆ BĨC BAY BẰNG XƯNG LASER (PLD) M ã số: Q C C h ủ n h iệm đ ề tài: T S P h m Đ ứ c T h ắ n g H N ộ i, - Đ Ạ I H Ọ C Q U Ó C G IA H À N Ộ I ĐÈ TÀI MÀNG PEROVSKITE PZT CHẾ TẠO DựA TRÊN CÔNG NGHỆ BỐC BAY BẰNG XUNG LASER (PLD) M ã số: Q C 09.21 C h ủ n h iệm đ ề tài: T S P h m Đ ứ c T h ắ n g © Ạl H Ọ C ĨR U N Õ TẨM Q U Ổ C G IA TH Ô N G 0006 000 H N ộ i, - H A N Ộ I T IN T H U V I Ê N M ỤC LỤC Trang Bảng giải thích chữ viết tắt ỉ Danh sách người tham gia thực đề tài Danh mục bảng số liệu Danh mục hình Tóm tắt kết nghiên cứu đềtài Báo cáo tổng kết Đặt vấn đề 6.2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 6.2.1 Vật liệu sắt điện 6.2.2 Vật liệu PZT 6.2.3 Các phương pháp chế tạo màng 6.2.4 Một số ứng dụng cùa vật liệu sắt điện 10 6.3 Mục tiêu nội dung nghiên cứu cùa đề tài 11 Phần I CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MẢU 12 1.1 Bột PZT 12 1.2 Vật liệu PZT dạng khối 12 1.3 Màng vật liệu PZT 12 PHÀN II CẤC PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT CÁC TÍNH CHÁT 15 PHẦN III KẾT QUẢ NGHIỀN c ứ u 17 III Các hệ PZT dạng bột khối 17 III.2 20 Vật liệu PZT dạng màng KÉT LUẬN CHUNG 30 6.4 Địa điểm, thời gian phương pháp nghiên cứu 31 6.5 Ket nghiên cứu 31 6.6 Thảo luận 32 6.7 Kết luận kiến nghị 32 6.8 Tài liệu tham khảo 33 Phụ lục 34 B Ả N G G IẢ I T H ÍC H CÁC C H Ữ V IÉ T TẤT 1.1 T hiết bị, phương pháp thực nghiệm FERAM Ferroelectric random access memory NVRAM Non-volatile random access memory M EM S Micro electromechanical systems MLC M ultilayer ceram ic capacitor PLD Pulsed laser deposition PZT Lead zirconat titanate Pb(Zr, Ti)Ơ SEM Scanning electron microscopy XRD X-ray diffractometer 1.2 Các k í hiệu khác GÓC nhiễu xạ tia X (°) V Điện (V) p Độ phân cực điện (nC/cm2) pr Độ phân cực điện dư (p.C/cm2) Tc Nhiệt độ Curie cùa chất sắt điện (°C) Ts Nhiệt độ đế (°C) t Thời gian bốc bay (phút) pƠ2 Áp suất khí Oxy (mTorr) E Năng luợng laser (mj) f Tần số laser (Hz) D A N H S Á C H N H Ữ N G N G Ư Ờ I T H A M G IA T H ự C H IỆ N Đ Ề T À I (học hàm, học vị, quan công tác) - C hủ nhiệm: Phạm Đức Thắng, Tiến sỹ K hoa V ật lý kỹ thuật Công nghệ nano, trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội TT N hững người thực hiện: Họ tên Học vị Cơ quan công tác Nguyễn Thăng Long TS ĐH Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Phạm Thị Ngọc Mai TS Trường ĐH Khoa học tự nhiên - ĐHQG HN Nguyễn Ngọc Khoái CN, ĐHCN - ĐHQG HN Quách Duy Trường CN Trường ĐH Giao thông vận tài Nguyễn Minh Thái ThS PTN Công nghệ nano, ĐHQG HCM D A N H M Ụ C C Á C B Ả N G SỐ LIỆ U Bảng Điều kiện công Bảng Điều kiện công Bảng Điều kiện công Bảng Điều kiện công nghệchế tạo màng chế nghệchế tạo màng chế nghệchế tạo màng chế nghệchế tạo màng chế tạo đế Si S 1O tạo đế Si/Pt tạo đế Si/Pt/Ta tạo đế S1TÌO D A N H M Ụ C C Á C H ÌN H Hình Đường cong điện trễ vật liệu sắt điện Hình sở cùa mạng tinh thể PZT Hình Giản đồ pha gốm PZT Hình Ơ đơn vị tinh thể PZT perovskite cấu trúc tứ giác thoi Hình Quy trình tổng hợp Hình Hệ PLD (a) buồng chân khơng (b) Hình Sơ đồ bưóc chế tạo màng Hình Thiết bị XRD D Advance Bruker AXS Hình Thiết bị đo LCR PM3550 Tegam Hình 10 Thiết bị đo Radiant Precision LC10 Hình 11 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bột khối Hình 12 Ảnh SEM mẫu bột sau xử lý nhiệt 800 °c (a) mẫu khối sau nung thiêu kết 1150 ° c (b) Hình 13 Sự thay đổi kích thước mẫu than hóa 800 °c trình thiêu kết với tốc độ nung khơng đổi l°c/phút (hình bên trái) giữ đẳng nhiệt 1150°c 2h (hình bên phài).Tpi,= 150°c (b) Hình 14 Sự phụ thuộc cùa số điện mơi theo điện áp mẫu sau thiêu kết Hình 15 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chế tạo đế Si Hình 16 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chể tạo đế S 1/SÌO2 Hình 17 Ảnh AFM mẫu chế tạo đế Si Hỉnh 18 Ảnh AFM mẫu đế S 1/SÌO Hình 19 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chế tạo đé Si/Pt Hình 20 Ảnh AFM inẫu để Si/Pt Hình 21 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chế tạo đế Si/Ta/Pt nhiệt độ phịng Hình 22, Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu chế tạo để Si/Ta/Pt 550 ° c Hình 23 Ảnh AFM mẫu đế Si/Ta/Pt Hình 24 Ảnh AFM mẫu đế Si/Ta/Pt Hình 25 Đặc trưng P-V cùa mẫu đế Si/Ta/Pt chế tạo 550 °c Hình 26 Đặc trưng I-V mẫu chế tạo đế SrTiƠ 550 °c Hình 27 Giản đồ nhiễu xạ tia X cùa mẫu 10 chế tạo đế SrTiƠ 600 °c Hình 28 Ảnh AFM mẫu 10 Hình 29 Ảnh SEM mẫu 10 Hình 30 Đặc trưng P-V mẫu 10 chế tạo đế SrTiOs 600 ° c Hình 31 Đặc trưng I-V cùa mẫu 10 chế tạo đế S1TÌO 600 °c R E SE A R C H SUM M A RY 5.1 R esearch results a M ain results: - Study on the fabrication process o f PZT m icro-sized particles, bulk and film by using citrate and PLD methods, respectively - Investigation o f the effects o f tem perature and tim e, substrate type and tem perature, O xygen pressure, and laser energy on crystallographic structure, m icrostructure and electrical properties o f the synthesized materials b Publications: - N guyen N goe K hoai, Pham D ue Thang, Study on fabrication o f PZT thin film using PLD, the th Vietnam National Conference on Solid State Physics and M aterials Science (SPM S-2009), D a Nang, V ietnam , 8-10 N ovem ber, 2009 - Pham Thi N goc M ai, Pham Due Thang, Synthesis o f ferroelectric PZT by citrate m ethod, Journal o f Science and Technology 2A, 2010 5.2 T echnological products/practical application 5.3 T raining a N um ber o f undergraduate students involved in the project: 01 b N um ber o f postgraduate students involved in the project: 01 c N um ber o f graduate theses: 01 G raduate thesis: Study on fabrication o f PZT film by using PLD technique Student nam e: D ương Thị Lụa Batch: Q H -2005-I/C Q -V M ajor field/m inor field: Engineering physics/N anotechnology 5.4 C apacity strengthening - Im provem ents o f scientific research and know ledges on fabrication o f the m ost com m on perovskite ferroelectric PZT for the research group - Im provem ents o f academ ic degrees for som e m em bers participated in the project B Á O C Á O TỎ N G KÉT 6.1 Đ ặt vấn đề (Nêu rõ tính cấp thiết cùa đề tài nội dung nghiên cứu đề tài) B ên cạnh vật liệu từ tính bán dẫn truyền thống, việc phát vật liệu sắt điện với tính chất điện, sắt điện áp điện đặc biệt m khả ứng dụng rộng rãi vật liệu nhiều lĩnh vực điện tử, truyền thông, quân sự, y t ế , Trong số vật liệu sắt điện, cấu trúc perovskite với ví dụ điển Pb(Zr, T i)0 (P Z T ), đặc biệt quan tâm nghiên cứu giới N gun nhân PZT có tính chất điện mơi tốt, có độ phân cực điện dư lớn, tính áp điện mạnh, nhiệt độ Curie cao nên áp dụng làm nhớ truy cập ngẫu nhiên N V RA M , FERAM , siêu tụ điện kích thước nhỏ M LC, chuyển đổi lư ợ n g , Trong trình phát triển khoa học cơng nghệ m icro-nano, vật liệu chức chế tạo theo hướng nhỏ dần, từ dạng khối đến dạng m àng điều cho phép thu nhỏ cảm biến, linh kiện điện tử V ật liệu PZT nằm xu hướng từ phương pháp truyền thống, phương pháp phát triển để chế tạo vật liệu dạng màng Có thể kể đến số phương pháp điển phương pháp sol-gel, phún xạ, bốc bay laser xung (pulsed laser deposition - PLD) Trong phương pháp trên, PLD cho thấy tính vượt trội nhờ cho phép tạo m àng hợp thức, tính chất điều khiển thông qua thông số laser, áp suất, nhiệt độ Bên cạnh thiết bị tích hợp với đầu đo khác để điều khiển độ dày m àng xác đến ~ nm, để phân tích in-situ sổ tính chất cấu trúc, cấu trúc tinh t h ể , vật liệu trình tạo màng Cũng không đề cập đến việc thiết bị chế tạo màng laser xung hệ thiết bị đại, đắt tiền; trình lắp đặt, vận hành bảo dưỡng thiết bị phức tạp tốn T uy có m ột số khó khăn vừa nêu việc làm chủ thiết bị loại quan trọng, cho phép không m hướng nghiên cứu nước m nâng cao chất lượng kết nghiên cứu nay, hòa nhập với cộng đồng khoa học khu vực quốc tế 6.2 T quan vấn đề nghiên cứu (Cần trình bày báo cáo khoa học, nêu bật vấn đề nghiên cứu, phương pháp áp dụng cho nghiên cứu trưóc, chi rõ đề tài quan tâm nghiên cứu giải vấn đề gì, nhằm đóng góp gì) 6.2,1 V ật liệu sắt điện Khi đặt chất điện môi điện trường ngồi xuất điện tích trái dấu bề m ặt vật liệu H iện tượng gọi phân cực điện môi Đ ại lượng đặc trưng cho mức độ phân cực khối điện môi vectơ phân cực điện môi p , gọi độ phân cực điện Đ ộ phân cực khối điện mơi tì lệ với cường độ điện trường E theo liên hệ: p = £80E (1) E hàng số điện môi, So = 8,86.10'l2(C 2.N‘lm '2) hàng số điện mơi chân khơng M ột chất cỏ độ phân cực điện tự phát khơng có điện trường, vật liệu sắt điện Độ phân cực vật liệu sắt điện thay đổi độ lớn hướng tác dụng điện trường ngồi Tính chất sắt điện nhà khoa học V alasek phát lần vào nám 1920 có m uối R ochelle [1], a Sự phụ thuộc nhiệt độ độ phân cực điện Khi có thay đổi nhiệt độ, độ phân cực tự phát vật liệu sắt điện thay đổi nhìn chung độ phân cực điện vật liệu giảm dần theo chiều tăng nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng lên đến m ột giá trị định khối vật liệu bị tính sắt điện chuyển sang trạng thái có độ phân cực điện tổng bàng , gọi pha thuận điện N hiệt độ xảy chuyển pha sắt điện-thuận điện gọi nhiệt độ trật tự Curie Tc Trên nhiệt độ Curie số điện môi giảm theo biểu thức Curie - W eiss [2]: £ = c (2 ) T -T c c lả số Curie, Tc nhiệt độ Curie-W eiss b Tính chất áp điện N hìn chung vật liệu sắt điện có tính chất áp điện Á p điện tượng vật liệu bị phân cực điện/sinh m ột điện chịu tác dụng ứng suất (kéo nén) từ bên ngồi ngược lại, vật liệu bị biến dạng (dạng dài ngắn lại) chịu tác dụng m ột điện thế/điện trường H iện tượng áp điện Jacques Pierre Curie tìm thấy lần vào năm 1880 tinh thể thạch anh Sau nhiều loại vật liệu khác thể tính áp điện phổ biến B a T i0 3, P b(Z r,T i) , N gày vật liệu gốm sắt điện-áp điện nghiên cứu nhiều sử dụng phổ biến PZT V ật liệu PZT có nhiều tính trội có hệ số áp điện lớn, số điện mơi cao, nhiệt độ C urie cao, chịu ảnh hưởng điện dung ký sinh, có độ bền học dễ gia công c Hiện tượng điện trễ D ưới tác dụng điện trường độ phân cực điện vật liệu sắt điện thay đổi độ lớn hướng Đ ây m ột tính chất đặc trưng vật liệu sắt điện Đ ường cong biểu diễn phụ thuộc độ phân cực điện vào điện trường gọi đường cong điện trễ P-E (hình 1) Các thơng số đặc trưng thu từ đường cong P -E bao gồm độ phân cực điện bão hòa Ps, độ phân cực điện dư P r, lực kháng điện E c 6.2.2 V ật liệu PZT a Cẩu trúc tinh thể giản đồ pha vật liệu tổ hợp P ZT P Z T tên viết tắt vật liệu áp điện có thành phần hóa học P b(Z rxTii_x) 3, m ột vật liệu sắt điện áp điện điển hình với cấu trúc perovskite (hình ĩ) N ếu xem cét giản đồ pha vật liệu coi PZT hình thành từ hai pha P b Z r0 P b T i0 theo m ột tỉ lệ định Trong P b T i0 m ột chất sắt điện có cấu trúc perovskite tứ diện, P bZ rO j chất phản sắt điện có cấu trúc perovskite trực giao (xem hình 2) Đ ối với PbTiC>3, xê dịch ion Ti4+ ô sở m ạng tinh thể xét theo chiều dịch chuyển, điều tạo độ phân cực tự phát cho tinh thể P b T i0 N gược lại, với P b Z r0 3, xê dịch ion Zr4+ hai ô sở liền kề có hướng ngược nhau, dẫn đến bù trừ lẫn m om ent lưỡng cực điện ô sở liền kề K ết độ phân cực ĐẠI HỌC QUỔC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Dương Thị Lụa NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM CHÉ TẠO MÀNG PZT BẰNG KỸ THUẬT PLD KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Vật lý kỹ thuật Cán hướng dẫn: T S P h ạm Đ ứ c T h ắn g HÀ N Ộ I-2009 LỜI CẢM ƠN V ới lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm on thầy giáo TS Phạm Đức Thắng, người trực tiếp giao đề tài tận tình hướng dẫn em hồn thành khố luận tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn anh N guyễn N gọc K hoái thầy cơ, cán Phịng thí nghiệm C ông nghệ micro nano, Trường Đại học Công nghệ (Đại học Quốc gia H N ội) tạo điều kiện giúp đỡ em thời gian làm thực nghiệm phịng thí nghiệm Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô K hoa V ật lý kỹ thuật Công nghệ nano, Trường Đ ại học Công nghệ (Đại học Quốc gia H N ội) dạy dỗ bảo em thời gian học tập Trường K hóa luận tốt nghiệp hỗ trợ phần đề tài mang mã số QC.09.21 trường Đ ại học Công nghệ đề tài Trung tâm hỗ trợ nghiên cứu châu Á, Đại học Quốc gia H Nội Cuối em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới giúp đỡ, động viên dạy dỗ bố mẹ, người thân gia đình bạn lớp đại học K50V Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên: D ương Thị Lụa K H C X Man ill ĐẠI H Ọ C Q U Ố C G IA H À N Ộ I TRƯỜING D Ạ I IIỌ C C Ô N G N G H Ệ ĐÈ CƯƠNG ĐÈ TÀI NGHIÊN c ứ u KHOA HỌC DO TRƯỜNG QUẢN LÝ CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI NĂM 2009 (Đẽ nghị chuún bị theo đ ú n g m âu qui định trẽn m áy vi tỉnh) Tên dề tài Tiếng Việt: M àng perovskite PZT chế tạo dựa công nghệ bốc bay bàng laser xung (PLD) Tiếng Anh: Perovskite PZ í film prepared by pulsed laser deposition technology T hòi gian th ự c hiện: 12 tháng (từ 01/06/2009 đến 31/05/2010) Đe tài thuộc lĩnh vục iru tiên: khơng Đe tài có trùng vói đề tài tiến hành khơng: khơng Chủ trì đề tài - Hụ VLI lên: Phạm Đức Thắng - Năm sinh: 1973 - Chuyên m ón lạo Vật lý - Học hùm học vị: iên sỹ -C h ứ c vu: Cìiáng vicn Nam , Nữ □ - Đơn vị L‘ófJíỉ tác (Khoa Trung tâm): Khoa Vật lý Kỹ thuật C ơng nghệ nano, Phịng Thí nghiệm C ơng nghệ m icro nano - Địa chi liên hệ: Trường Đại học C ông nghệ Đại học Q uốc gia Hà N ội, N hà E3, 14 X uân T huý c ầ u G iấy Hà Nội Số điện llioại: 37549665 ! 37549332 Fax: 37547460 - Tóm tát hoại động nghiên cử u cua C hu trì dê tài: (Các chương trình, đề tài NCK.H tham gia, cơng trình khoa học công bố gần liên quan tới phương hướng đề tài) Thời gian T ên đề tài Tu' cách C ap q u ản lý th am gia 1998-2003 Các vật liệu từ tiên tiến dùng làm nam Tham gia Quỹ công nghệ Hà châm nha khoa 2003-2006 Linh kiện nanô dựa vật liệu tổ Lan (STW) Tham gia Tô chức nghiên cứu khoa hợp nhân tạo 2004-2005 Chê tạo nghiên cứu tính chất học cùa Hà Lan (NWO) Tham gia Bộ Khoa học Cơng vật liệu từ có cấu trúc nanơ 2004-2006 Tích hợp màng mỏng áp điện nghệ Tham gia Các chương trình hạp hệ thống vi CƯ điện tứ lần thứ sáu cúa ủ y ban châu Âu (FP ) 2007-2008 Hiệu ứng điện -từ m ột sổ vật liệu Chu tri ĐHCN, ĐHQGHN Chu trì ĐHCN ,Đ H Q G H N Chù trì Trung tâm hỗ trợ nghiên từ giao - áp điện 2008-2009 Chế tạo nghiên cứu tính chất cứa m ột số màng áp điện 2008-2010 Nghiên cứu chế tạo màng móng áp điện dùng vật liệu từ điện cún châu Á, ĐHQGHN (m ultiierroics) Tên cơng trình Thịi gian 2008 M ultilerroic Col e^O -Pb(Zr,T i)0 Tư cách tham gia Nưi công bố Tác giá J Korean Phys Soc nanostructure 2007 M agnetoelastic properties o f Tác giả Phys Slat Sol Tác giá J Magn Magn nanostructured ribbons FeCoSiB using for high-sensitive stress sensors 2007 Stress induced magnetic anisotropy o f CoFe 204 thin films using pulsed laser Mater deposition 2005 Spinel cobalt ferrites by complexometric Tác giả J Magn Magn synthesis 2004 Mater M agnetism and magnetoresistance of Đông tác giả J Magn Magn polycrystalline com posite o f (ZnFe) 30,j Mater and ứr-Fe?0 Cơ quan phối hợp cộng tác viên đề tài TT Cơ quan phối họp Bộ môn Vi điện tử Vi hệ thống, Khoa Công nghệ Điện tử - Viền thông, trường Đại học Công nghệ, ĐHQG HN Khoa Hóa học Trung tâm Khoa học Vật liệu, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG HN Các cộng tác viên TI Họ tên Học vị C huyên ngành Co' q u an công tác N guyễn T hăng Long TS Vật lý Trường ĐH Công nghệ - ĐHQG HN Phạm Thị N gọc Mai TS H óa học T rường ĐH K hoa học tự nhiên ĐHQGHN 'ì J Nguyễn N gọc K hoái HVCH Vật lý kỷ thuật Đ H C N - Đ H Q G HN Quách D uy T rường HVCH Vật lý T rường Đ H Giao thông N guyễn M inh Thái HVCH Vật lý PTN C ông nghệ nano, Đ H QG HCM Mục ticu Trong hệ vậl liệu truyền thống, vật liệu vật liệu từ lính vật liệu bán dẫn dạng khối, hạt màng móng dã nhiều nhà khoa học thuộc trường đại học viện nghiên cứu cá nước nghiên cứu, dẫn đến tình trạng hướng nghiên cứu nhiều có trùng lặp Gàn đây, số nhóm nghiên cứu bắt đẩu tách dần khói đường truyền thống để hướ ng quan tâm vào vật liệu tiên tiến đa chức năng, ví dụ vật liệu vật liệu tô hợp phát quang hữu dùng cho O L ED , vật liệu đa pha từ - điện (m uỉtiíerroics) Đây xu phát triến chung khoa học vật liệu giới bối cảnh đòi hỏi nghiên cứu ngày cảng phải có tính liên ngành với định hướng ứng dụng cao K èm theo việc nghiên cứu tính cliât đặc biệt vật liệu tiên tiến đa chức năng, việc chế tạo vật liệu địi hỏi cơng nghệ đại quy trình tinh vi Ví dụ đế chế tạo vật liệu tố hợp phát quang hữu người ta phái kết hợp phương pháp Vật lý truyền thống bốc bay chân không, phún xạ cathode đê tạo m àng vô CƯ với kỹ thuật qua phú H óa hục để tạo m àng hữu Đối với vật liệu da pha từ - điện, phương pháp sử dụng tãng dân độ phức lạp theo thời gian, từ phan ứng hóa học pha rắn để tạo vật liệu khối đến gan kết cư học tạo thành vật liệu dạng gần tạo m àng đa lớp bao gồm lớp áp diện từ giảo xen kẽ Vật liệu áp điện nói chung m àng áp điện nói riêng, bên cạnh khả tích họp với vật liệu khác, có nhiều tính chất lý thú ứng dụng rộng rãi công nghệ vi điện tứ (M E M S ), ví dụ chế tạo động có kích thước nhỏ, đầu chia m ực cho máy in nhó J R A M , 11-3], M ột sô vật liệu vật liệu có tính áp điện m ạnh có thê kê đến oxide cấu trúc perovskite PZT, BaTiCb, [2-5], Công nghệ chế tạo đóng vai trị quan trọng việc chế tạo vật liệu, hệ thiết bị chế tạo vật liệu ngày đại phức tạp M ột công nghệ dược quan tâm phái triên m ạnh phịng thí nghiệm hàng đầu giới nghiên cứu vê vật liệu oxide chức năng, bao gồm hệ vật liệu áp điện, công nghệ lẳng đọng bàng xung laser (pulsed laser deposition PLD) V ừa qua PTN CN M & N thuộc trường Đ H C N Đ H Q G H N đầu tư m ột hệ thiết bị PLD Đây tà thiết bị thư ng m ại hồn xuất viện nghiên cứu Irường ĐH cúa VN Vì việc nghiên cứu đưa vào sử dụng, khai thác có hiệu qua thiết bị vô cấp thiết nhàm phục vụ cho hướng nghiên cứu mũi nhọn Trên cư sơ cấc vấn đề dã nêu, đề tài tập trung vào việc nghiên cứu chế tạo m àng PZT dựa công nghệ bốc bay laser xung Á nh hướ ng điều kiện công nghệ nguồn laser, áp suất khí nhiệt độ đến vật liệu chế tạo khao sát Tóm tất nội dung nghiên cứu đề tài - N ghiên cứu diêu kiện công nghệ đê chê tạo m àng PZT câu trúc perovskite - Kháo sát m ột số tính chàt cua vậl Liệu chê tạo Các chuyên đề nghiên cứu dự kiến đề tài - Vật liệu sắt diện áp điện dạng màng 10 Cấu trúc dự kiến báo cáo kết đề tài 11 Tính da ngành liên ngành đề tài - Đê tài liên quan đến ngành/chuyên ngành: Vật liệu oxide tiên tiến có cấu trúc nano; C ơng nghệ m icro nano - Tính da/liên ngành nội dung trình Đề tài kết họp tiềm lực nghiên cứu nguồn nhân triển khai lực PTN đề tài: Công nghệ micro & nano, K hoa Vậl lý Kỷ thuật C ông nghệ nanô C ông nghệ Điện tứ-V iễn thông thuộc trường ĐH C ông nghệ K hoa H óa học thuộc trường ĐH K hoa học tự nhiên, phù hợp với mục tiêu định hưở ng nghiên cửu liên ngành Đ H QG HN 12 Phuo'ng pháp luận phuon g pháp khoa học sử dụng đề tài Ket hợp nghiên cứu che tạo, kháo sát đặc trưng tính chất để xây dựng quy trình cơng nghệ sử dụng phươ ng pháp PLD để chế tạo vật liệu cấu trúc perovskite 13 Sử dụng trang thiết bị đon vị T hiêt bị bôc bay bãng lase xung (Pulsed laser deposition Pioneer 120 PLD, N eocera, USA) Hệ lò nhiệt độ cao N hiều xạ tia X (X -ray d iffractom eter D8 A dvance B riiker, G erm any) K ính hiến vi điện tứ quét (S canning electron m icroscope) Kính hiên vi lực nguvcn tư/lực từ (A tom ic force/M agnetic force m icroscope N T -M D T , Russia) Thiết bị dịnh vị m ask dùng cho kỹ thuật lithography (M ask aligner, M JB 4, Suss M icroT ec G erm any) Hệ thống phịng thiết bị khép kín (C lean room and facilities) Hệ đo thông số điện (Ferroelectric tester LC 10, R adiant, U SA ) Hệ đo điện trở bàng p h n g pháp mũi dò (F our-point probe resistivity m easurem ent system M W P-8, Jande!, UK) 14 Khả họp tác quốc tế - Hụp túc dù/danU' cỏ (lén tỏ chức vù lĩnh vực , vân đẽ hợp lúc) ' T rư ng Đại học T ôn tỉ họp Tvvente Hà Lan: kỹ thuật phòng sạch, đo tính chât điện áp điện, cung cấp tài liệu có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu cua đê tài Trường Đại học Quốc gia Singapore, Singapore: phân tích vi cấu trúc SEM HRTEM cụng cấp tài liệu có liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu cua đề tài 15 Các hoạt động nghiên cứu đề tài - N ghiên cứu lý thuyết - Điều tra khảo sát - Biên soạn tài liệu □ - Viết báo cáo khoa học - Hội thảo khoa học □ - Tập huấn □ - Hoạt động khác - Chê tạo san phâm □ - Chạy thứ kiếm nghiệm □ - Hoàn ihiện san phâm □ 16 Kêt du' kiên 16.1 Kêt khoa học - Dự kiên nhữ ng đóng góp cúa đề tài: Điêu kiện công nghệ đế chế tạo màng PZT cấu trúc perovskite - Số báo, sách, báo cáo khoa học dự kiến công bố: Sơ báo đăng tạp chí nước hội nghị khoa học cấp quốc gia: 01 16.2 Kết ứng dụng 16.3 Kêt đào tạo - Số khóa luận tốt nghiệp sinh viên: 16.4 Kẻt qua tăng cưởng liềm lực cho đơn vị 17 T ố n g k in h p h í dề nghị: 25 triệu đồng (Hai m ươi nhăm triệu đông chẵn) 18 Nội d u n g tiến độ th ụ c đề tài (Các công việc cần triển khai, thời hạn thực sán phâm đạt đ ợ c ) T h i gian thự c TT Ilo t dộng nghiên cứu Săn p h ẩm khoa học 'ĩh u thập tài liệu viết Từ tháng Đen tháng 6/2009 6/2009 7/2009 7/2009 tông quan Xây dựng dề cương nghiên cứu chi tiết 't J Điều tra, Hoàn thành đề cương nghiên cứu chi tiết cùa đề tài khao sát, thí 8/2009 2/2010 Kêt quá, báng biêu, số liệu, đồ nghiệm, thu thập số liệu, thị thu từ việc chế tạo vật xứ lý kêí q u liệu nghiên cứu tính chất Viếl báo 3/2010 4/2010 01 báo gùi đăng Viếl báo cáo tống họp 5/2010 5/2010 Hồn thiện báo cáo tơng kết cua đê tài Nghiệm thu đồ tài 6/2010 19 Phân bơ kinh phí Nội d u n g TT K inh phí (VNĐ) Xây dựng đề cương chi tiết 000.000 Thu thập íài liệu viêt tơng quan vê đê tài 000.000 J"> Điều tra, kháo sát thí nghiệm , thu thập số liệu, xử [ý kết qua 000.000 - Chi phí tàu xe cơng tác phí - Chi phí thuê mướn - Chi phí hoạt động chuyên môn Thuê, m ua sám trang thiết bị- nguyên vật liệu Viết báo cáo khoa học, nghiệm thu 1.750.000 - Viết báo cáo - Hội thảo - N ghiệm thu 1.250.000 Chi khác - M ua văn phòng phẩm - In an, photocopy, biên dịch, - Q uan lý phí Tổng kinh phí 25.000.000 TÀI LIỆU TIIAM KHẢO DÊ VIÉT ĐÈ CƯƠNG (Vìẽt theo mâu qui định cua Tạp chi Khau hục ĐHQGHN) [1] K U chino, in C om prehensive C om posite M a teria ls: P iezoelectric C om posites, E lsevier, A m sterdam , 2000 [21 F Z h e n g ,.! C hen X.Li M Shen, M aterials L etters 60 (2006) 2733 [3] J 1-u Y /.h an g , T K obavashi, R M aeda T M ihara, Sensors and A ctuators A 139 (2007) 152 [4] K.T K im C.I K im S.G Lee, M icroelectronic Engineering 66 (2003) 662 [5 P.D T hang M T N Pham , G R ijnders, D.H A Blank, N H Due, Journal o f the K orean Physical Society 52 (2008) 1406 N gày 06 tháng 03 năm 2009 Thù trương đơn vị C hu trì đề tài (K hua Trung tâm ) Phạm Đ ức T hẳng Ngày oZ dthang £ năm 2009 Phê duyệt c u a ĩrưịng^Đ HCN T / L HIẸU TRƯỚNG TRƯƠNG PHỊNG đ K ÌH O C v ả NCKH ĐẠI HỌ C Q U Ố C GIA HÀ NỘI TRƯ ỜNG ĐẠI HỌC CƠ N G NGHỆ C Ộ N G HỊA XẢ HỘI CH Ư N G H ĨA VIỆT NAM Độc lập - T ự - Hạnh phúc Sổ: j.ở /H Đ -N C K H Hà Nội nọ;ày 3.0 tháng năm 2009 HỢP ĐÒNG THỰC HIỆN ĐÈ TÀI NGHIÊN c u KHOA HỌC CẢP ĐẠI HỌC QƯÓC GIA HÀ NỘI NĂM 2009 - Căn cừ ve Qui định vẻ Tà chức Hoạt động cua Đại học Ouốc via Hu \ ụ i hun hcmh theo Ouyél định sô 600/TCCB ngày Oi tháng 10 năm 2001 CHU Đụi học Oitủc ưịci Hủ Xội qui dinh L/uvủiì hun cua hiệu tnrớniỊ trưòno ctại học thcmh viên; - Cản Thông báo so 197ỉ/ TB-KH CS ngày 03 rháìig năm 2009 cua Giám dốc Đụi học Ọnỗc °iu Hà Nội vẽ việc Giao nhiệm vụ chi tiêu kè hoạch khoa học dí cõnơ n&hệ nãm 2009: - Cũn cử đẻ cưamơ nghiên cihi cua ổè tài phê thiyéi Clúine tòi uỏm: Bên giao nhiệm vụ (gọi bên A): T rư n g Đại học Công nghệ - D IIQ C Hà Nội Đại diện là: P G S T S N guyễn N gọc B ình Chức vụ: H iệu trương Bên nhận nhiệm vụ (gọi bên B) òna: T S P hạm Đức T h ắn g Đơn vị cỏ na tác: K hoa Vật lý Kỹ thuặt & CNNN Trườny, Đại học C ònu nuhệ Kv hợp đỏnti thực đê tai ntỉhiên cứu khoa học cãp Đại học Q uôc liia Ha N ội" Tên đê tài: 'M àn g p ero v sk ite P Z T chế tạo dự a công nghệ bốc bay bang xung laser (LPD ) M ã số: Q C Q 9.21, Với nhĩrrm điều khoan thoa thuận sau: Diều 1: Bèn B chịu trách nhiệm rô chức triên khai thực nội dung nghiên cứu cua dê tài theo đúntỉ tiến độ thực đăng kỷ đẽ cương nghiên cứu dược phê đuvệt Diều 2: Bèn B báo cáo két qua thực đẻ tai giao nộp san phàm cua đê tai cho bên A theo đúrm qui định hanh cua Đại học Quỏc gia Ha NỘI vá cua rrư ờng Đại hục Cõng nghệ trước 20/06/2010 bao gôm: 01 bãi báo đăníi trẽn tạp chí khoa học chuvẻn imanh bao cáo hội null Ị khoa học cảp quốc íỉia 01 khoa luận tỏt imhiẹp luận văn thạc sỉ Tôn li quan đề tai kem theo file diện tư (M ột ban báng tiếng Việt, ban bãne tiènư A nh - H iưh lieht; m ỗi ban dai khoang 400 tư m ột trang giấ\ khò A4 font Tim e N ew R om an, cỡ chữ 13pt cách dong dơn: NỘI dung: Tom tãt mục tiêu, plurơnií TĨM TẮT CÁC KÉT QUẢ NGHIÊN c ứ u CHÍNH CỦA ĐÈ TÀI K ế t q u ả k h o a học (những đóng góp đề tài, cơng trình khoa học cơng bố) a Những đóng góp đề tài: - Đ ã nghiên cứu phương pháp công nghệ chế tạo vật liệu PZT dạng bột kích thước m icrom et, dạng khối dạng m àng sử dụng phương pháp Hóa học (citrate) V ật lý (bốc bay laser xung) - N ghiên cứu ảnh hưởng số điều kiện công nghệ nhiệt độ thời gian p h ản ứng, loại đế nhiệt độ đế, áp suất khí lượng laser lên cấu trúc tinh thể, cấu trúc vi mơ tính chất vật liệu chế tạo b Cơng trình khoa học: - N guyễn N gọc K hoái, Phạm Đức Thắng, N ghiên cứu chế tạo m àng mỏng P Z T công nghệ PLD , Báo cáo Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quổc lần thứ (SPM S-2009), 8-10/11/2009, Đà Nằng, Việt Nam - Phạm Thị N gọc M ai, Phạm Đức Thắng, Tổng hợp vật liệu sắt điện PZT phương pháp citrate, tạp chí K hoa Cơng nghệ 2A, 2010 K ế t q u ả p h ụ c v ụ thực tế (các sản phẩm công nghệ, khả áp dụng thực tế) K ế t q u ả đ o tạ o (số lưọng sinh viên, số lượng học viên cao học, nghiên cứu sinh tham gia thực làm việc đề tài, số khóa luận, luận văn hồn thành bảo vệ) a SỐ lượng sinh viên tham gia thực đề tài: b Số lượng học viên cao học tham gia thực đề tài: c Sổ khóa luận tốt nghiệp: 01 (cử nhân ngành V ật lý kỹ thuật) Tên K LTN : N ghiên cứu thử nghiệm chế tạo m àng PZT kỹ thuật PLD Sinh viên: D ương Thị Lụa Khóa: Q H -2005-I/C Q -V N gành/C huyên ngành: V ật lý kỹ thuật/C ông nghệ nano K ế t q u ả n â n g cao tiềm lực k h o a học (nâng cao trình độ cán trang thiết bị phần mềm xây dựng giao nộp đưa vào sử dụng đơn vị) 35 - G óp phần nâng cao hiểu biết công nghệ chế tạo vật liệu sắt điện cấu trúc perovskite dạng hạt, khối màng - G óp phần đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao công nghệ micro-nano 36 PHIẾU ĐĂNG KÝ KÉT QUẢ NGHIÊN c ứ u CÁC ĐẺ TÀI KHCN T ê n đ ề tài: M àng perovskite PZT chế tạo dựa công nghệ bốc bay laser xung (PLD) (Perovskite PZT film prepared by pulsed laser deposition technology) Mã số: QC.09.21 C q u a n q u ả n lý đ ề tài: Đ ại học Quốc gia H Nội Địa chỉ: 144 Xuân Thuỷ, c ầ u Giấy, Hà Nội Đ iện thoại: C q u a n ch ủ tr ì đ ề tài: Trường Đ H Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Đ ịa chỉ: nhà E3, 144 X uân Thuỷ, c ầ u Giấy, H Nội Đ iện thoại: 3754 7460 T ổ n g chi p h í th ự c chi: 25.000.000 (Hai mươi lăm triệu đồng) Trong đó: - T ngân sách nhà nước 100 % Thời gian nghiên cứu: T hời gian bắt đầu: 06/2009 T hời gian kết thúc: 04/2010 Tên cán phối hợp nghiên cứu: - Chủ trì đề tài: TS Phạm Đ ức Thắng - N hững người tham gia: TS N guyễn T hăng Long TS Phạm Thị N gọc Mai CN N guyễn N gọc Khoái CN Q uách D uy Trường CN N guyễn M inh Thái Số đăng kí đề tài: Số chứng nhận đăng kí KQNC Bảo mật: N gày N gày Phổ biển rộng rãi 37 T ó m tắ t k ế t q u ả n g h iê n u Các kết thu đề tài gồm có: - N ghiên cứu quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu PZT dạng bột kích thước m icrom et, dạng khối dạng màng sử dụng phương pháp citrate bốc bay laser xung - N ghiên cứu ảnh hưởng m ột số điều kiện công nghệ nhiệt độ thời gian phản ứng, loại đế nhiệt độ đế, áp suất khí lượng laser lên cấu trúc tinh thể, cấu trúc vi mơ tính chất vật liệu chế tạo Sản phẩm đề tài: - 01 báo cáo H ội nghị V ật lý chất rắn K hoa học vật liệu toàn quốc lần thứ (SPM S-2009), 8-10/11/2009, Đà N ang, V iệt Nam - 01 báo đăng Tạp chí Khoa Cơng nghệ 2A, 2010 - 01 khóa luận tốt nghiệp đại học, ngành V ật lý kỹ thuật, chuyên ngành Công nghệ nano K iến nghị quy mô đối tượng áp dụng kết nghiên cứu: Chức vụ Họ tên H ọc vị Chủ nhiệm đề tài Thủ trưởng Chủ tịch hội Thủ trường quan chủ trì đề đồng đánh giá quan quản lý tài thức Phạm Đ ức T h ắn g í /LHIỆU TRƯỞNC KT.ĨRUỎNƠBANKHOA HỌC-CỔNG N ỂNGPHỊNGKHOAHỌC( ỎNGNGHỆ VA HỘP tác QUỐ( : TỂ ' ^ y w T & sf / 5IẢM £ > ố c pH ÓJ Ff?ƯƠNG BAN ^ -■ ' 9\ K ý tên :c / ' / , / ^ V C Ố N G N( ÍHẺ < r y '\ Đ óng dấu V Ầ m / 0M * ; / —í f đ f XdKữànỹ JỊfam ữ Ể ậ i 38 ù y ... PTN Công nghệ nano, ĐHQG HCM D A N H M Ụ C C Á C B Ả N G SỐ LIỆ U Bảng Điều kiện công Bảng Điều kiện công Bảng Điều kiện công Bảng Điều kiện công ngh? ?chế tạo màng chế ngh? ?chế tạo màng chế ngh? ?chế. .. phút Các điều kiện công nghệ chi tiết sử dụng để chế tạo màng PZT trình bày bảng Độ dày màng chế tạo nhìn chung nằm khoảng 100 nm Bàng Đ iều kiện công nghệ chế tạo màng chế tạo đế Si S i0 Tên...Đ Ạ I H Ọ C Q U Ó C G IA H À N Ộ I ĐÈ TÀI MÀNG PEROVSKITE PZT CHẾ TẠO DựA TRÊN CÔNG NGHỆ BỐC BAY BẰNG XUNG LASER (PLD) M ã số: Q C 09.21 C h ủ n h iệm đ ề tài: T S P h m Đ ứ