Nghiên cứu chế tạo nano tinh thể SiGe pha tạp Er bằng phương pháp phún xạ catốt

Nghiên cứu chế tạo nano tinh thể SiGe pha tạp Er bằng phương pháp phún xạ catốt Nghiên cứu chế tạo nano tinh thể SiGe pha tạp Er bằng phương pháp phún xạ catốt Nghiên cứu chế tạo nano tinh thể SiGe pha tạp Er bằng phương pháp phún xạ catốt luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN THỊ THÙY DƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANO TINH THỂ SiGe PHA TẠP Er BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ CATỐT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN THỊ THÙY DƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO NANO TINH THỂ SiGe PHA TẠP Er BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ CATỐT Chuyên ngành: Khoa học Kỹ thuật vật liệu LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGÔ NGỌC HÀ Hà Nội – 2019 LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập Viện đào tạo Quốc Tế Khoa học Vật liệu, em nhận kiến thức quý báu cần thiết từ thầy Điều giúp em nhiều trình thực luận văn Vì vậy, em xin thể lịng biết ơn trước giảng dạy tận tâm có trách nhiệm q thầy, giáo Đặc biệt, em xin bày tỏ kính trọng lịng biết ơn sâu sắc tới TS Ngô Ngọc Hà thầy giáo hướng dẫn trực tiếp, tận tình hướng dẫn, quan tâm, giúp đỡ, cho em kiến thức, kỹ việc nghiên cứu khoa học tạo điều kiện để em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Em xin chúc thầy có nhiều sức khỏe để tiếp tục nghiệp nghiên cứu, giảng dạy có thật nhiều thành cơng, hạnh phúc sống Qua em chân thành cảm ơn TS Nguyễn Đức Dũng, anh Nguyễn Trường Giang hỗ trợ em nhiều suốt trình học tập hồn thiện luận văn Em không quên gởi lời cảm ơn đến chị Lê Thị Thu Hiền động viên hỗ trợ em lúc khó khăn Cuối cùng, em xin chân cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân yêu quan tâm, động viên tạo điều kiện thuận lợi để em yên tâm học tập – nghiên cứu khoa học suốt thời gian qua Hà Nội, tháng 10 năm 2019 Học viên Trần Thị Thùy Dương i LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đề tài trung thực, kết nghiên cứu thực Viện Đào tạo Quốc Tế Khoa học Vật liệu hướng dẫn thầy TS Ngô Ngọc Hà, tài liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Người cam đoan Trần Thị Thùy Dương ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .5 1.1 Vật liệu silic 1.1.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu silic .5 1.1.2 Cấu trúc vùng lượng vật liệu silic khối 1.2 Vật liệu gecmani 1.2.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu gecmani 1.2.2 Cấu trúc vùng lượng vật liệu gecmani khối 1.3 Vật liệu hợp kim SiGe 10 1.4 Vật liệu silic đioxit hay silica .12 1.5 Nhóm nguyên tố đất nguyên tố erbi .14 1.5.1 Nhóm nguyên tố đất 14 1.5.2 Nguyên tố erbi 17 1.6 Quá trình truyền lượng từ SiGe sang Er3+ 19 1.7 Tình hình nghiên cứu vật liệu SiGe:Er3+ 20 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU 25 2.1 Giới thiệu phương pháp phún xạ catốt 25 2.1.1 Định nghĩa chất phương pháp phún xạ 25 2.1.2 Các loại phún xạ .26 iii 2.1.2.1 Phún xạ phóng điện chiều (DC) 26 2.1.2.2 Phún xạ phóng điện xoay chiều (RF) .27 2.1.2.3 Phún xạ magnetron 28 2.2 Quy trình chế tạo mẫu 28 2.2.1 Vật liệu hóa chất 28 2.2.2 Quá trình xử lý đế bia 29 2.2.3 Tạo bia vật liệu Er2O3 .30 2.2.4 Tạo mẫu nano tinh thể SiGe:Er3+ .31 2.2.5 Quá trình xử lý nhiệt 32 2.3 Các phương pháp khảo sát cấu trúc tính chất vật liệu nano tinh thể Si1-xGex:Er3+ 33 2.3.1 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) .33 2.3.2 Phổ tán sắc lượng tia X (EDS) 34 2.3.3 Phương pháp tán xạ Raman 35 2.3.4 Phương pháp đo phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (Uv–Vis) 36 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 Đường chuẩn phún xạ cấu thành vật liệu nano tinh thể SiGe:Er3+ 38 3.2 Ảnh hưởng nhiệt độ ủ lên hình thành cấu trúc vật liệu 42 3.3 Ảnh hưởng thành phần lên hình thành cấu trúc vật liệu 44 3.4 Khảo sát phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (Uv–Vis) vật liệu nano tinh thể Si1-xGex:Er3+ 45 KẾT LUẬN .50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt NC Nanocrystal Nano tinh thể Si:Er3+ Silicon doped with Er3+ ions Silic pha tạp Er3+ SiGe:Er3+ Silicon-Germanium doped with Er3+ ions SiGe pha tạp Er3+ SEM Scanning electron microscopy Kính hiển vi điện tử quét EDS Energy dispersive X-ray spectrocopy Phổ tán sắc lượng Uv–Vis Ultraviolet – Visible Tử ngoại – Khả khiến PL Photoluminescence Huỳnh quang NW Nanowire Dây nano DC Direct current Dòng điện chiều RF Radio frequency Tấn số vơ tuyến (dịng điện xoay chiều) v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các ion kim loại đất số điện tử lớp 4f trạng thái chúng [36] .15 Bảng 2.1: Các loại hóa chất sử dụng q trình chế tạo mẫu 29 Bảng 3.1: Điều kiện khảo sát tốc độ lắng đọng bia SiO2, Si Ge đế Si 38 Bảng 3.2: Điều kiện phún xạ màng nano tinh thể Si1–xGex:Er3+ phương pháp phún xạ catốt 40 Bảng 3.3: Bảng so sánh kết tính tốn thực tế độ dày màng mỏng sau phún xạ 41 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể Si .5 Hình 1.2: Vùng Brillouin thứ I ứng với mạng tinh thể [2] Hình 1.3: Cấu trúc vùng lượng Si không gian k Hình 1.4: Mặt đẳng đáy vùng dẫn bán dẫn Ge [2] Hình 1.5: Cấu trúc vùng lượng Ge vùng không gian k [2] 10 Hình 6: Sự thay đổi lượng vùng cấm Eg Si1-x Gex theo thành phần x [42] 11 Hình 1.7: Cấu trúc mô tứ diện SiO4 .13 Hình 1.8: Cấu trúc tinh thể của: (a) Thạch anh , (b) Triđimit , (c) Cristobalit [3] 13 Hình 1.9: Mơ hình tách mức lượng lớp 4f .17 Hình 1.10: Giản đồ mức lượng ion Er3+ tự vật rắn Các mức lượng ion Er3+ vật rắn bị tách thành nhiều mức hiệu ứng Stark [31] 18 Hình 1.11: Mơ hình chế truyền lượng SiGe – nc pha tạp Er3+ vật liệu SiO2 20 Hình 1.12: Phổ PL mẫu Si0,83Ge0,17:Er ủ nhiệt 850 oC 20 phút, đo nhiệt độ (a) 60 K, (b)150 K (c)300 K [9] .21 Hình 1.13: Phổ PL nhiệt độ phịng tất loại NW ủ nhiệt độ 600 oC: (a) Cấu trúc Ge(SiEr) ủ N2; (b) Cấu trúc Ge/Si/Er ủ khơng khí; (c)Cấu trúc Ge/Er/Si ủ N2; (d) Cấu trúc Ge NW pha tạp Er ủ khơng khí; (e) Cấu trúc Ge/Si/Er ủ N2 (λex = 488 nm 200 mW) [45] 23 Hình 2.1: Sơ đồ hệ phún xạ chiều .26 Hình 2.2: Sơ đồ hệ phún xạ xoay chiều 27 vii Hình 2.3: Sơ đồ hệ phún xạ: a) Magnetron DC, b) Magnetron RF 28 Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống xử lý nhiệt 32 Hình 2.5: Sơ đồ chế tạo nano tinh thể Si1-xGex:Er3+ phương pháp đồng phún xạ catốt 32 Hình 2.6: Sơ đồ cấu tạo nguyên tắc hoạt động máy SEM .33 Hình 3.1: Ảnh SEM độ dày màng mỏng sau phún xạ mẫu K1 – K6 38 Hình 3.2: Đường chuẩn phún xạ bia SiO2, Si Ge 39 Hình 3.3: Các bia sử dụng trình phún xạ 39 Hình 3.4: Độ dày màng mỏng sau phún xạ mẫu M1 – M5 41 Hình 3.5: Phổ tán sắc lượng tia X mẫu M1 – M5 sau phún xạ 42 Hình 3.6: Phổ Raman mẫu M4 ủ nhiệt độ khác 43 Hình 3.7: Phổ Raman mẫu M1 – M5 ủ nhiệt độ 900 oC 44 Hình 3.8: Phổ hấp thụ Uv–Vis mẫu M1 ủ nhiệt độ khác 45 Hình 3.9: Phổ hấp thụ Uv–Vis mẫu M2 ủ nhiệt độ khác 46 Hình 3.10: Phổ hấp thụ Uv–Vis mẫu M5 ủ nhiệt độ khác 46 Hình 3.11: Cấu trúc vùng lượng hợp kim SiGe thể chuyển dời trực tiếp E1 E2 [1] 47 Hình 3.12: Phổ hấp thụ Uv–Vis nano tinh thể M1 – M5 ủ nhiệt độ 900 oC 48 Hình 3.13: Phổ hấp thụ Uv–Vis nano tinh thể M1 – M5 ủ nhiệt độ 1000 oC 49 viii thông số thiết bị đo Hình 3.6 phổ Raman mẫu M4 (Si0,26Ge0,74:Er3+) ủ nhiệt độ khác Ge - Ge 3+ C-êng ®é (®.v.t.y) M4 (Si0.26Ge0.74:Er ) Si - Ge Si - Si o T = 1000 C o T =900 C o T = 800 C o T = 700 C o T = 600 C 200 300 400 500 600 -1 Sè sãng (cm ) Hình 3.6: Phổ Raman mẫu M ủ nhiệt độ khác Vật liệu sau phún xạ ủ nhiệt nên độ dày màng mỏng, tín hiệu Raman nhận yếu Tuy nhiên, tín hiệu thu cho thấy đỉnh tán xạ xung quanh khu vực 300, 400, 500 cm-1, đỉnh đặc trưng cho hình thành mode dao động ứng với liên kết Ge–Ge, Ge–Si, Si–Si Mẫu M4 có hàm lượng Ge lớn hàm lượng Si nhỏ, tương ứng với số mode dao động ứng với liên kết Ge–Ge tăng Si–Si giảm nên hiển thị mode Si–Ge, Si–Si không rõ ràng đồ thị Điều phù hợp với công bố [18, 19, 47], tiến hành ủ nhiệt để hình thành tinh thể, vật liệu tồn nano tinh thể Si, Ge hợp kim SiGe; giá trị x lớn 0,6 tín hiệu mode dao động ứng với liên kết Ge–Ge thể rõ ràng Ở hình 3.6, nhiệt độ ủ tăng, cường độ mode dao động Ge-Ge tăng có dịch chuyển nhỏ phía số sóng lớn Như có ảnh hưởng hiệu ứng kích thước lượng tử lên dịch chuyển mode phonon tinh thể nano Si1-xGex:Er3+ này, tức có hình thành pha tinh thể vật liệu Vật liệu 43 kết tinh tốt nhiệt độ 800 900 oC Kết nhận so sánh phổ Raman vật liệu Si1-xGex:Er3+ vật liệu Si1-xGex công bố [19] tương tự Điều cho thấy việc pha tạp thêm ion Er3+ vào mạng không làm ảnh hưởng hay thay đổi đáng kể cấu trúc mạng Khi so sánh mức độ tương thích bán kính ion Er3+ với hợp kim SiGe mạng trình bày chương 1, nhận định ion Er3+ vào mạng khơng có khả thay vào vị trí nút mạng mà có khả lớn xen vào mạng làm biến dạng mạng tinh thể, tương tự ion Er3+ phân tán mạng Si 3.3 Ảnh hưởng thành phần lên hình thành cấu trúc vật liệu Ge - Ge 3+ Tđ = 900 oC (Si1-xGex:Er ) C-êng ®é (®.v.t.y) Si - Ge Si - Si x = 0,81 x = 0,74 x = 0,68 x = 0,62 x=0 200 300 400 500 600 -1 Sè sãng (cm ) Hình 3.7: Phổ Raman mẫu M1 – M5 ủ nhiệt độ 900 oC Sự ảnh hưởng thành phần Ge theo giá trị x = 0; 0,62; 0,68; 0,77; 0,81, tương ứng với mẫu M1 – M5 nano tinh thể Si1-xGex:Er3+, ủ nhiệt 900 oC mơi trường khí Ar 30 phút thể qua phổ Raman hình 3.7 Ở nhiệt độ 900 oC có hình thành tinh thể vật liệu Phổ Raman cho thấy mode dao động đặc trưng cho liên kết Ge–Ge, Si–Ge Si–Si; liên kết Si–Ge, Si–Si tương đối yếu khó quan sát Đối với mẫu M1 khơng chứa Ge, 44 mode dao động thể kết tinh nano tinh thể Si-Si nhỏ, điều độ dày màng Si:Er3+ trước phún xạ 388 nm, trình ủ 900 oC màng mỏng bị bốc bay tương đối lớn nên tín hiệu thu Các mẫu M2 – M5 có chứa hàm lượng Ge lớn nên đỉnh quanh khu vực 300 cm-1 đặc trưng cho tinh thể Ge tăng lên rõ ràng có dịch đỉnh nhỏ phía số sóng lớn thành phần Ge thay đổi Bên cạnh đó, cường độ đỉnh Ge–Ge tăng thành phần Ge vật liệu tăng, dẫn đến kích thước hạt nano tinh thể SiGe tăng x tăng 3.4 Khảo sát phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (Uv–Vis) vật liệu nano tinh thể Si1-xGex:Er3+ Hình 3.8, 3.9 3.10 phổ hấp Uv–Vis khoảng bước sóng từ 195 – 800 nm vật liệu nano tinh thể Si1-xGex:Er3+ có kí hiệu M1, M2 M5 ủ nhiệt độ 600, 700, 800, 900, 1000 oC 3+ M1 (Si:Er ) o 1000 C Độ hấp thụ (đ.v.t.y) o 900 C o 800 C o 700 C o 600 C 200 300 400 500 600 700 800 B-íc sãng (nm) Hình 3.8: Phổ hấp thụ Uv– is mẫu M1 ủ nhiệt độ khác 45 3+ M2 (Si0.38Ge0.62:Er ) Độ hấp thụ (đ.v.t.y) o 1000 C o 900 C o 800 C o 700 C o 600 C 200 300 400 500 600 700 800 B-íc sãng (nm) Hình 3.9: Phổ hấp thụ Uv– is mẫu M2 ủ nhiệt độ khác 3+ M5 (Si0.19Ge0.81:Er ) §é hÊp thơ (®.v.t.y) o 1000 C o 900 C o 800 C o 700 C o 600 C 200 300 400 500 600 700 800 B-íc sãng (nm) Hình 3.10: Phổ hấp thụ Uv– is mẫu M5 ủ nhiệt độ khác 46 Các phổ hấp thụ cho thấy dịch chuyển bờ hấp thụ chúng tương đối rõ ràng Đối với mẫu M2 M5 có chứa thành phần Ge, phổ hấp thụ có cường độ lớn có trùng chập phổ nhiệt độ ủ 600 700 oC, chứng tỏ kết tinh mẫu nhiệt độ thấp Khi nhiệt độ ủ tăng, bờ hấp thụ tất hợp kim có xu hướng dịch phía bước sóng ngắn, vật liệu có kết tinh hình thành tinh thể có bốc bay màng trình ủ nhiệt Điều làm thay đổi độ lớn chuyển dời trực tiếp E1 (từ vùng hóa trị lên vùng dẫn khoảng điểm Γ điểm L) E2 (tương ứng với chuyển dời trực tiếp điểm Γ) vùng Brillouin hình 3.11 Hình 3.11: Cấu trúc vùng lượng hợp kim iGe thể chuyển dời trực tiếp E1 E2 [1] Bên cạnh đó, quy luật thay đổi độ hấp thụ bờ hấp thụ khơng mẫu M1 (Si:Er3+) (hình 3.8) khơng chứa Ge Điều giải thích tác động thành phần Ge mạng Si hình thành tinh thể nano SiGe vật liệu Rõ ràng, mẫu chứa Ge, xử lý nhiệt, hai vật liệu Si Ge tạo thành hợp kim đơn pha, tương tự công bố trước [18] ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất quang học vật liệu Như có mặt Ge làm suy giảm đáng kể độ hấp thụ vùng 400–700 nm dẫn đến 47 dịch chuyển lượng hấp thụ trực tiếp mức cao (E1, E2) khơng rõ ràng Hình 3.12 3.13 trình bày phổ hấp thụ Uv–Vis nano tinh thể Si1-xGex:Er3+ có kí hiệu từ M1 đến M5 tương ứng với thành phần x = 0; 0,62; 0,68; 0,77; 0,81 ủ 900 1000 oC Bờ hấp thụ nano tinh thể Si1xGex:Er 3+ có xu hướng dịch phía bước sóng ngắn thành phần x tăng Chúng cho nguyên nhân dịch chuyển bờ hấp thụ thay đổi thành phần Ge, thay đổi kích thước hạt nano tinh thể SiGe hay trình tái bốc bay ủ nhiệt độ cao tán xạ ánh sáng dẫn đến dịch chuyển đỉnh hấp thụ bờ hấp thụ Trong thí nghiệm này, chúng tơi khơng thể loại bỏ khả tán xạ ánh sáng màng mỏng Si1-xGex:Er Độ hấp thụ A (đ.v.t.y) 3+ Tủ = 900 oC M5 M4 M3 M2 M1 200 300 400 500 600 700 800 B-íc sãng (nm) Hình 3.12: Phổ hấp thụ Uv– is nano tinh thể M1 – M5 ủ nhiệt độ 900 oC 48 Si1-xGex:Er Độ hấp thụ A (đ.v.t.y) 1,5 3+ Tñ = 1000 oC 1,0 M5 M4 M3 M2 0,5 M1 0,0 200 300 400 500 600 700 800 B-íc sãng (nm) Hình 3.13: Phổ hấp thụ Uv– is nano tinh thể M1 – M5 ủ nhiệt độ 1000 oC 49 KẾT LUẬN Bằng phương pháp đồng phún xạ catốt, vật liệu nano tinh thể SiGe pha tạp ion Er3+ chế tạo Trong trình chế tạo, số điểm quan trọng hồn thành: • Chế tạo bia phún xạ Er2O3 phương pháp ép thiêu kết xung plasma dòng chiều • Đường chuẩn phún xạ bia vật liệu SiO2, Si Ge thiết lập; tạo mẫu có thành phần độ dày màng mong muốn • Vật liệu kết tinh tốt nhiệt độ 700 oC, nhiệt độ lớn 900 oC có tái bốc bay làm ảnh hưởng đến chất lượng màng • Các phép khảo sát hình thái cấu trúc chứng tỏ tồn thành phần cấu trúc tinh thể vật liệu • Phổ hấp thụ quang học vật liệu mối liên hệ điều kiện chế tạo, thành phần bờ hấp thụ quang học Do thời gian điều kiện thí nghiệm có giới hạn nên số phép đo thực Cụ thể luận văn chưa thể hoàn thành phép đo phổ huỳnh quang yếu tố ngoại lai ảnh hưởng đến trình phát quang vật liệu Quá trình chế tạo chưa khống chế điều khiển nồng độ tuyệt đối tạp ion Er3+ vật liệu Khi điều kiện cho phép, phát quang vật liệu vùng hồng ngoại gần, cách khống chế nồng độ tạp ion Er3+ tiếp tục nghiên cứu thêm 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Nguyễn Trường Giang (2019), Chế tạo nano tinh thể hợp kim SiGe SiO2 nghiên cứu số tính chất chúng, Luận án Tiến Sĩ, Đại học Bách Khoa Hà Nội Phùng Hồ Phan Quốc Phơ (2008), Giáo trình Vật liệu bán dẫn, NXB Bách Khoa Hà Nội Hồng Nhâm (2000), Hóa học vô 2, NXB Giáo Dục Tiếng Anh: Becker P C., Olsson N A and Simpson J R (2006), Erbium-Doped Fiber Amplifiers, Academic Press Clemens J T (1997), "Silicon microelectronics technology", Bell Labs Technical Journal, 2(4), pp 76-101 Coffa S., Franzò G., Priolo F., et al (1994), "Temperature dependence and quenching processes of the intra-4f luminescence of Er in crystalline Si", Physical Review B, 49(23), pp 16313-16320 Conibeer G (2007), "Third-generation photovoltaics", Materials Today, 10(11), pp 42-50 Craciun V., Reader A H., Vandenhoudt D E W., et al (1995), "Low temperature UV oxidation of SiGe for preparation of Ge nanocrystals in SiO2", Thin Solid Films, 255(1-2), pp 290-294 Chang S J., Nayak D K and Shiraki Y (1995), "Photoluminescence of Erbium Implanted in SiGe", Japanese Journal of Applied Physics, 34(10), pp 5633-5636 51 10 Chang S J., Nayak D K and Shiraki Y (1998), "1.54 μm electroluminescence from erbium-doped SiGe light emitting diodes", Applied Physics, 83(3), pp 1426-1428 11 Du C.-X., Ni W.-X., Joelsson K B., et al (1998), "Er-doped edge emitting devices with a SiGe waveguide", Luminescence, 80(1-4), pp 329-333 12 Ennen H., Schneider J., Pomrenke G., et al (1983), "1.54-μm luminescence of erbium-implanted III-V semiconductors and silicon", Applied Physics Letters, 43(10), pp 943-945 13 Franzò G., Priolo F and Coffa S (1998), "Understanding and control of the erbium non-radiative de-excitation processes in silicon", Luminescence, 80(14), pp 19-28 14 Franzò G., Vinciguerra V and Priolo F (1999), "Excitation mechanism of rare-earth ions in silicon nanocrystals", Applied Physics A: Materials Science and Processing, 69(1), pp 3-12 15 Fujii M., Kovalev D., Diener J., et al (2000), "Breakdown of the kconservation rule in Si1−xGex alloy nanocrystals: Resonant photoluminescence study", Applied Physics, 88(10), pp 5772-5776 16 Fujii M., Yoshida M., Hayashi S., et al (1998), "Photoluminescence from SiO2 films containing Si nanocrystals and Er: Effects of nanocrystalline size on the photoluminescence efficiency of Er3+", Applied Physics, 84(8), pp 4525-4531 17 Fujii M., Yoshida M and Kan awa Y (2010), "1.54 μm photoluminescence of Er3+ doped into SiO2 films containing Si nanocrystals: Evidence for energy transfer from Si nanocrystals to Er3+", Applied Physics Letters, 71(9), pp 1198-1200 52 18 Giang N T., Cong L T., Dung N D., et al (2016), "Nanocrystal growth of single-phase Si1-xGex alloys", Physics and Chemistry of Solids, 93, pp 121125 19 Giang N T., Kien N V., Ha N N., et al (2014), "Raman Shifts of The Single Phase Si1-xGex Nanocrytals", Proceeding of the second international conference on advanced materials and nanotechnology, pp 503-505 20 Haddara Y M., Ashburn P and Bagnall D M (2006), "Handbook of Electronic and Photonic Materials", Materials Today, 10(1-2), pp 55 21 Hebbink G (2002), Luminescent Materials based on Lanthanide Ions, Twente University Press 22 Heng C L., Finstad T G., Storås P., et al (2004), "The 1.54-μm photoluminescence from an (Er, Ge) co-doped SiO2 film deposited on Si by rf magnetron sputtering", Applied Physics Letters, 85(19), pp 4475 23 Huda M Q., Evans-Freeman J H., Peaker A R., et al (1998), "Luminescence from erbium implanted silicon–germanium quantum wells", Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures, 16(6), pp 2928 24 Kenyon A J (2002), Recent developments in rare-earth doped materials for optoelectronics, Progress in Quantum Electronics 25 Kenyon A J (2003), "Quantum confinement in rare-earth doped semiconductor systems", Current Opinion in Solid State and Materials Science, 7(2), pp 143-149 26 Lee K K., Lim D R., Luan H.-C., et al (2000), "Effect of size and roughness on light transmission in a Si/SiO2 waveguide: Experiments and model", Applied Physics Letters, 77(11), pp 1617-1619 53 27 Liu J., Beals M., Pomerene A., et al (2008), "Waveguide-integrated, ultralowenergy GeSi electro-absorption modulators", Nature Photonics, 2(7), pp 433437 28 Morales A M., Lieber C M., Morales A M., et al (1998), "A laser ablation method for the synthesis of crystalline semiconductor nanowires", Science, 279(5348), pp 208-211 29 Neufeld E (1998), "Photo- and electroluminescence characterization of erbium doped SiGe", Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures, 16(5), pp 2615 30 Neufeld E., Sticht A., Luigart A., et al (1998), "Room-temperature 1.54 μm electroluminescence from erbium-doped Si/SiGe waveguides", Applied Physics Letters, 73(21), pp 3061-3063 31 Polman A (2001), "Erbium as a probe of everything?", Physica B: Condensed Matter, 300(1-4), pp 78-90 32 Priolo F., Franzo G., Iacona F., et al (2001), "Excitation and non-radiative deexcitation processes in Er-doped Si nanocrystals", Materials Science and Engineering B: Solid-State Materials for Advanced Technology, 81(1-3), pp 9-15 33 Przybylinska H., Hendorfer G., Bruckner M., et al (1995), "The role of oxygen in optical activation of Er implanted in Si", Alloys and Compounds, 225(1-2), pp 555-558 34 Ren Y.-G F (1994), Erbium Doped Silicon as an Optoelectronic Semiconductor Material, Doctoral Thesis, Massachusetts Institute of Technology 35 Schoisswohl M., Cantin J L., Chamarro M., et al (1995), "Structure and visible photoluminescence of porous Si1-xGex", Phys Rev B Condens Matter, 52(16), pp 11898-11903 54 36 Schubert E F (2006), Light Emitting Diodes (second edition), Cambridge University Press 37 Song F., Zhang G., Shang M., et al (2001), "Three-photon phenomena in the upconversion luminescence of erbium-ytterbium-codoped phosphate glass", Applied Physics Letters, 79(12), pp 1748-1750 38 Soref R (1998), "Applications of Optoelectronics", MRS Bulletin, 13(4), pp 20-24 39 Takeoka S., Toshikiyo K., Fujii M., et al (2000), "Control of photoluminescence energy of Si nanocrystals by Ge doping", Luminescence, 87, pp 350-352 40 Timoshenko V Y., Lisachenko M G., Shalygina O A., et al (2004), "Comparative study of photoluminescence of undoped and erbium-doped sizecontrolled nanocrystalline Si∕SiO2 multilayered structures", Applied Physics, 96(4), pp 2254-2260 41 Vernon-Parry K D., Hawkins I D., Evans-Freeman J H., et al (2001), "A comparison of the photoluminescence decay of erbium in silicon and silicongermanium", Materials Science and Engineering B: Solid-State Materials for Advanced Technology, 81(1-3), pp 164-166 42 Weber J and Alonso M I (1989), "Near-band-gap photoluminescence of SiGe alloys", Phys Rev B Condens Matter, 40(8), pp 5683-5693 43 William M Yen S S., Hajime Yamamoto (2007), Practical applications of phosphors, CRC Press 44 Wu J (2007), Fabrication and optical properties of Erbium-doped group IV nanowires and their corresponding Oxides, Anhui University, China 45 Wu J., Wieligor M., Zerdab T W., et al (2010), "The impact of erbium incorporation on the structure and photophysics of silicon-germanium nanowires", Nanoscale, 2(12), pp 57-67 55 46 Yang C.-C., Cheng C.-H., Chen T.-H., et al (2018), "Ge-Rich SiGe ModeLocker for Erbium-Doped Fiber Lasers", Selected Topics in Quantum Electronics, 24(3), pp 1-10 47 Yang Y M., Wu X L., Siu G G., et al (2004), "Formation, structure, and phonon confinement effect of nanocrystalline Si1−xGex in SiO2‐Si‐Ge cosputtered films", Applied Physics, 96(9), pp 5239-5242 48 Zhao P Q., Liu L Z., Yang Y M., et al (2015), "Electronic states and phonon properties of GexSi1−x nanostructures", Annals of Physics, 358, pp 20-57 49 Kenyon A J (2005), "Erbium in silicon", Semiconductor Science and Technology, 20(12), pp 65-84 56 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC Đà CÔNG BỐ Tran Thi Thuy Duong, Nguyen Truong Giang, Le Thanh Cong, Nguyen Duc Dung, Nguyen Hoang An, Le Xuan Hieu, Vu Van Thu and Ngo Ngoc Ha (2018), “Development of Silicon Germanium alloys for Silicon-based solar cells”, Kỷ yếu Hội nghị Quang học Quang phổ toàn quốc lần thứ 10 (ICPA10), Hạ Long (Đã chấp nhận đăng) Tran Thi Thuy Duong, Nguyen Truong Giang, Nguyen Duc Dung, Ngo Ngoc Ha (2019), “Er-doped SiGe nanocrystals in SiO2 matrix: fabrication and optical properties” Proceeding of the 4th international conference on advanced materials and nanotechnology (ICAMN-2019), pp.185-188 Trần Thị Thùy Dương, Lê Thành Công, Nguyễn Đức Dũng, Ngô Ngọc Hà, Nguyễn Trường Giang, Phạm Thành Huy (2019), “Chế tạo khảo sát hấp thụ quang vật liệu nano tinh thể Si1-xGex pha tạp Er3+”, Kỷ Hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc (SPMS 2019), 2, tr 712-716 57 ... nhóm nghiên cứu nên tơi định chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu chế tạo nano tinh thể SiGe pha tạp Er phương pháp phún xạ catốt? ??’ để nghiên cứu Mục tiêu đề tài - Chế tạo thành công vật liệu nano tinh thể. .. 2.5: đồ chế tạo nano tinh thể Si1-xGex :Er3 + phương pháp đồng phún xạ catốt 32 2.3 Các phương pháp khảo sát cấu trúc tính chất vật liệu nano tinh thể Si1-xGex :Er3 + Có nhiều phương pháp để pháp khảo... nano tinh thể SiGe cần phải nghiên cứu cải thiện thêm nghiên cứu lẫn ứng dụng vật liệu 24 CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU 2.1 Giới thiệu phương pháp phún xạ catốt Có nhiều phương pháp chế tạo