Khảo sát tính chất quang và điện của màng a1n được chế tạo bằng phương pháp phún xạ phản ứng DC

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC –––––––––––––––––––––– NGUYỄN THỊ KHÁNH LINH KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG VÀ ĐIỆN CỦA MÀNG AlN ĐƢỢC CHẾ TẠO BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÚN XẠ PHẢN ỨNG DC LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Thái Nguyên - 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC –––––––––––––––––––––– NGUYỄN THỊ KHÁNH LINH KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG VÀ ĐIỆN CỦA MÀNG AlN ĐƢỢC CHẾ TẠO BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÚN XẠ PHẢN ỨNG DC Ngành: Quang học Mã số: 8.44.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐẶNG VĂN SƠN Thái Nguyên - 2019 ỜI CAM ĐOAN Ti h h g a h h g g g h h ghi TS Đ g V Nh N ni h g h gi g i i h i h h h i g ghi g i h h i ghi gi hi S g h h i g g h i i h i i h h h hi h Thái Nguyên ng Họ vi i th ng n m h ỜI CẢM ƠN T i g h h g ih g i g gN h ih h h i i h h h g g i TS Đ g V g h g ĐHKHTN - ĐHQG H N i i h S - N g Th Th h T Ti V h g i g i - g i i i h gh g ĐH Kh h h H V X h ii h i h ĐH Th i Ng g h g h g MỤC LỤC L I L I AM ĐOAN ANH M ANH M ANH M M ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Hi u 1.2 V t li 1.3 V t li 1.4 Aluminium Nitride – Nhôm Nitride 1.5 Ứng d 1.6 Ph ng pháp phún x CHƢƠNG 2: QUY TRÌNH VÀ THỰC NGHIỆM 2.1 Ti n hành ch ng DC 2.1.1 Quy trình làm s h 2.1.2 Lắ g ng DC 2.2 Các ph 2.2.1 Phổ truy n qua – h p th 2 Phé 2 Phé 2.2.4 Kính hi 2.2.5 Phổ tán x iii 2.2.6 Hi u ng Hall 30 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 3.1 K t qu hổ nhiễu x tia X 33 3.1.1 Kh o sát s nh h ng c a áp su t 33 3.1.2 Kh o sát s nh h ng c a công su t 35 3.1.3 Kh o sát s nh h ng c a n g khí N2 37 3.2 Tính ch t quang c a màng m ng AlN 38 3.2.1 Các k t qu hổ h p th UV-Vis 38 3.2.2 Các k t qu hổ truy n qua .41 3.2.3 K t qu 3.3 K t qu hổ Raman 43 S M X a màng m ng AlN 44 3.3.1 nh SEM c a màng m ng AlN .44 3.3.2 K t qu phân tích EDX c a màng m ng AlN 45 3.4 Tính ch i n c a màng m ng AlN 46 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ ỤC .52 iv ANH MỤC CÁC HIỆU CÁC CH VIẾT TẮT MEMS Microelectromech AlN Aluminium nitrid Ar Argon DC Direct current PZT Lead Zirconate Ti DI Deionized Water I SEM Scanning Electron XRD X-ray diffraction MFC Mass flow control EDS Energy dispersive FWHM Full Width at Half v ANH MỤC CÁC ẢNG B ng 1.1 Tính ch B ng 1.2 Ư incamts i m nh v t li imc amts i n 11 ph ng pháp lắ g ng màng m ng 17 B ng 3.1 D li u chuẩn JCPDS (s 08-0262) c a AlN 35 vi DANH MỤC CÁC H NH H NH V Hình 1 S Hình 1.2 Hi u Hình 1.3 Ơ m ng c a g Hình 1.4 Ơ m ng c c Hình 1.5 C W kéo d dây nan Hình 1.6 (a) C u trúc tinh th ; (b) Liên k t B1 B2; (c) C u trúc tinh th B1 B Hình 1.7 C H h ú 18 N g Hình 1.9 C u trúc thi t b g Hình 1.8 C ú gót gi y Hình 1.9 Nguyên lý c a trình phún x Hình 2.1 S ngu Hình 2.2 a) Máy quang phổ h p th chùm tia Hình 2.3 S Hình 2.4 Ph g c a v t li u bán d n Hình 2.5 M li u – Đ Hình 2.6 Minh h Hình 2.7 H XRD D Hình 2.8 Kính hi tr vii Hình 2.9 S Hình 3.1 Phổ nhiễu x Torr Hình 3.2 (a) FWHM c màng m g Hình 3.3 Phổ XRD c a màng m ng AlN v i i Hình 3.4 (a) FWHM c m Hình 3.5 Phổ XRD c a màng m ng AlN v i i Hình 3.6 Phổ h p th Hình 3.7 Phổ h p th Hình 3.8 Phổ h p th Hình 3.8 Phổ truy n qua c a màng m ng AlN v 60W Hình 3.9 Phổ truy n qua c a màng m ng AlN có áp su Hình 3.10 Phổ truy n qua c a màng m 23% Hình 3.11 Phổ Raman c a màng m ng AlN lắ g Hình 3.12 nh SEM b m H h 13 Đ 80W, (c) 100W Hình 3.14 S Hình 3.15 Phổ EDS c a màng m ng AlN gian ph viii 3.2.2 Các kết đo phổ truyền qua Hình 3.8 Phổ truy n qua c a màng m ng AlN v i công su t ngu n DC thay Hình 3.9 phổ truy n qua c a màng m ng AlN ph 200-700 nm v m t h h ngo i có c nh h p th d g 400nm, bằ g g T h n th y, r t có th , nhi u khuy t t lắ g ng 41 Hình 3.9 Phổ truy n qua c a màng m ng AlN có áp su Phổ truy n qua c a màng m ng AlN có áp su th hi n Hình 3.10 cho ta th y, mà Torr g u (>85% vùng kh ki khơng h hg Hình 3.10 Phổ truy n qua c a màng m ng AlN có n 23% 42 g khí N2 h ổi t Chúng nh n th g g ổi t 23% 33% th h v i tỷ l N2 nhân n gây th A truy n qua c gi k t qu i g i Chúng nh n th y, ch su 3.2.3 Kết đo phổ Raman Hình 2.12 cho th y phổ R silicon (100) Hai c 519 cm-1 phổ, m t g ng v 657,4 cm-1 AlN, có th g gây b Si Hình 3.11 Phổ Raman c a màng m ng AlN lắ g 43 g silicon 3.3 Kết đo SEM E X màng mỏng AlN 3.3.1 Ảnh SEM màng mỏng AlN Hình 3.13 th hi n nh SEM quan sát b m t màng m ng AlN cho th h h c h t l n (t 200 300 x p ch t cao l tr ng Hình 3.12 nh SEM b m t c a màng m ng AlN Hình 3.13 Đ dày c a màng m ng AlN phún x công su t khác (a) 60W, (b) 80W, (c) 100W (d) 120W 44 Hình 3.14 S 3.3.2 Kết phân tích EDX màng mỏng AlN K t qu AlN phún x x bày Hình 3.14 6.10-3 T Phổ EDX cho th y m u ch t n t i nguyên t g :A N t p ch h nguyên t mong mu n 45 Hình 3.15 Phổ EDS c a màng m ng AlN th 3.4 Tính chất điện màng mỏng AlN Tính ch d n, tùy theo thông s h gi công ngh Hi ih u ng Hall c Các thông s ch th i gian lắ g màng  = 8,4.10-3  bán d n lo i N 46 M g g M g hi M h g h Khi g hh g a Khi he i i h he h Khi h ổi g c Th h ắg g h h h h d V i g hú e 100 W f V i i hg eV T h h 47 g g ih hi i i i g g g i g g h i gh g i h g h h h g hi g g g g g gh h g h g i Đ h ghi g hi ĩh i i g hi 48 i g g i hi g h ihh hi gi ẻ V h i hi h h i g g g TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Navaratna D.,Guo S Z., K Hayakawa,Wang X., Gerhardinger C., and Lo H 2011 “Decreased cerebrovascular brain-derived neurotrophic factor-mediated neuroprotection in the diabetic brain” i e e 1789–1796 [2] https://www.ossila.com/pages/sheet-resistance-measurements[3] J I W g Polymers ” [4] Mitcheson P D., Yeatman E M., Rao G K, Holmes A S.,Green T C ,(2008), Proc IEEE, 96, 1457 [5] Beeby S P., Tudor M J., White N M.,(2006), Meas Sci Technol 17, R175 [6] Honda W., Harada S., Arie T., Akita S., Takei K.,(2014), Adv Funct Mater, 24,3299 [7] Williams C B., Shearwood C., Harradine M A., Mellor P H., Birch T S , Yates R B.,(2001), IEE Proc.-Circuit Device Syst.,148, 337 [8] Kim S G., Priya S ,Kanno I., (2012) MRS Bull., 37, 1039 [9] J e l’électricité polaire dans les cristaux hémièdres faces inc de la Société minérologique de France, 3, pp 90–93 [10] Li de chimie et de physique, 24, pp 145 [11] Kao K C., (1960), "Dielectric phenomena in solids", Oxford University Pres.s [12] Tecnology Tired Tires, http://dev.nsta.org/evwebs/2014102/news/default.html [13] Nye J F (1960)," Physical Properties of Crystals", Oxford University Press, Oxford [14] Wang J.J, Meng F Y, Ma XingQiao (2010), " Lattice, elastic, plariation, 49 and electrostrictive properties of BaTiO3 from first principles", Juarnal of Applied Physics ,108(3), pp 1-5 [15] L Y G W g L W L Zh M L X J P 2009 “Tantalum influence on ph sical properties of (K 5Na 5)(Nb −xTax)O ceramics” Materials Research Bulletin, 44, pp 284-287 [16] Europe Union, Restriction of Hazardous Substances Directive, có hi u l c t2006 [17] https://www.physikinstrumente.com/en/primages/pi_pztcell_d4c_O.jp g [18] Zeng Q., Shi B., Li Z and Wang Z.L ( 2017), " Recent progress on Piezoelectric and Triboelectric Energy Harvesters in Biomedical Systems", Advanced Science, (7), pp 1-23 [19] Fraga M.A., Furlan H., Pessoa R.S.,Massi M., (2013), " Wide bandgap semiconductor thin films for piezoelectric ans piezoresistive MEMs sensors appled at high temperatures: an overview", Microsystem Technologies, 20 (9), pp 10-21 [20] Mylvaganam K., Chen Y., Liu W., Liu M Zhang L., (2015), " Hard thin films: Applications and challenges", Anti-Abrasive Nanocoatings, pp 543-567 [21] Iqbal A., Yasin F., (2018), " Reactive Sputtering of Aluminum Nitride (002) Thin Films for Piezoelectric Applications: A review", Sensors, 18 (1789), pp 1-2 [22] Yeh C.-Y , Lu Z W., Froyen S , Zunger A.,(1992), "Zinc-Blende– Wurtzite Polytypism in Semiconductors", Phys Rev B, 46 [23] Vurgaftman I., and Meyer J R ,(2003), "Band Parameters for Nitrogen-Containing Semiconductors", J Appl Phys 94, pp.3675-3696 [24] Xu X H., Wu H S.,Zang C J., Jin Z H.,(2001), "Morphological properties of AlN piezoelectric thin films deposited by dc reactive magnetron sputtering", Thin Solid Films, 388, pp 62-67 [25] Christensen, N.E., Gorczyca I.,(1994), "Optical and structural properties of III-V nitrides under pressure", Phys Rev B, 50,pp 43974415 50 [26] Khảo s cấu trúc vi điện (MEMS) h Đ gV S hi [27] Shenck N S , Paradiso J A.,(2001), Ieee Micro, 21, 30 [28] Ng Q 51 PHỤ ỤC 52 Đ th y tinh Si giá teflon M gAN Si i th y tinh ... –––––––––––––––––––––– NGUYỄN THỊ KHÁNH LINH KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG VÀ ĐIỆN CỦA MÀNG AlN ĐƢỢC CHẾ TẠO BẰNG PHƢƠNG PHÁP PHÚN XẠ PHẢN ỨNG DC Ngành: Quang học Mã số: 8.44.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ... đọng màng mỏng AlN bằ g phƣơ g pháp đồng phún xạ phản ứng DC Chúng s d AN hi g h g h ng phún x th y tinh Silic Quy trình lắ g Hình 2.1 19 lắ g g ng màng m ng c minh h g Hình 2.1 S c ti n hàn Màng. .. S d g h A h ng phún x h bu ng phún x (Ar) khí ph n ch t ph n ng Al dính b m - Kh o sát c u trúc màng AlN ph thu c n su t ngu n chi u t - Kh o sát tính ch - Kh o sát tính ch t quang Ý ghĩa đề