Bán dẫn hợp chất A2B6

Báo cáo bán dẫn A2B6 trong môn vật liệu bán dẫn

SEMINAR BÁN DẪN HỢP CHẤT NHÓM II-VI Giáo Viên Hướng Dẫn: PGS.TS.Nguyễn Hữu Lâm Sinh Viên Thực Hiện: Trịnh Văn Lương Nguyễn Đình Trung Tống Văn Trung Bán Dẫn Hợp Chất II-VI 1 Trịnh Văn Lương Mc Lc  Mục Lục . 1 BÁN DẪN HỢP CHẤT A II B VI 2  II B VI . 2 1.Những đặc điểm về cấu trúc các hợp chất A II B VI . 2 2.Cấu trúc vùng năng lượng của các hợp chất A II B VI . 5 3.Tính chất quang của vật liệu 8 4.Tính chất điện của vật liệu. 11 II. Cu trúc nano ca bán dn hp cht nhóm II-VI 12 1. Cấu trúc chấm lượng tử . 12 2. Cấu trúc dây nano . 16 3. Cấu trúc màng nano 19 a. Tính chất cấu trúc 19 b. Tính chất quang . 21 c. Tính chất điện . 23 III.  to 24 III.1. Các phương pháp chế tạo đơn chất II và VI . 24 1.Chế tạo Zn: . 24 2.Chế tạo Cd: 25 3.Chế tạo Hg: 26 4.Chế tạo S: . 26 III.2 Chế tạo hợp chất II va VI 27 1.Phương pháp phun tĩnh điện 27 2. Phương pháp phún xạ catốt 31 Tài liệu tham khảo 33 Bán Dẫn Hợp Chất II-VI 2 Trịnh Văn Lương  II B VI I II B VI Các hợp chát A II B VI là những hợp chất cấu tạo từ các nguyên tố nhóm II và các nguyên tố nhóm VI. Tuy nhiên ở đây chúng ta sẽ chỉ xét các hợp chất cấu tạo từ các nguyên tố thuộc phân nhóm Ilb như Zn, Cd, Hg với các nguyên tố thuộc phân nhóm Vlb như O, S, Se, Te. Trong thực tế người ta tập trung nghiên cứu nhiều nhất vào chín hợp chất cấu tạo từ ba nguyên tô nhóm VIb là các chalcogen S, Se, Te với ba nguyên tố của nhóm IIb là Zn, Cd, Hg. Các hợp chất này được sắp xếp trên sơ đổ ở hình 1, mỗi ô trong sơ đổ ghi công thức hóa học của hợp chất và phía dưới kèm theo các sở liệu về:  Bề rộng vùng cấm,  Số liệu về mạng tinh thể thường gặp với tư cách là một chất bán dẫn.  Nhiệt độ nóng chảy, Trong sơ đồ này, theo chiều từ trên xuống trong các cột, điện tích hạt nhân trung bình trong hợp chất tâng lên (con sô' phía trái công thức hóa học của hợp chất là điện tích hạt nhân trung bình của hợp chất). Trước khi xét các tính chất của các hợp chất A II B VI chúng ta sẽ điểm qua những đặc điểm quan trọng của các nguyên tố thành phần. 1.  II B VI Các hợp chất A II B VI thường kết tinh vào hai dạng thù hình chính: Lập phương kiểu giả kẽm và lục giác wurzure, trong đó sự sắp xếp có đặc trưng tứ điện (tetrahedral) như trong các nguyên tố nhóm IV (Si, Ge) Trong cấu trúc giả kẽm, nhóm không gian lập phương tương ứng: F43m. ZnS: Dạng wurzite bền ở nhiệt độ cao. Dạng giả kẽm lập phương ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ chuyển từ giả kẽm sang wurzite xảy ra ở 1020 °c. ZnSe: Tinh thể dạng giả kẽm lập phương kết tinh từ pha hơi ở nhiệt độ trong khoảng 1120 - 1200 °c. Người ta cũng đã chế tạo được ZnSe dạng wurzite nhưng hằng số mạng của tinh thể trong các thực nghiệm khác nhau, sai lệch nhau khá nhiều. Bán Dẫn Hợp Chất II-VI 3 Trịnh Văn Lương Hình 1: Sơ đồ biểu diễn các hợp chất A II B VI ZnTe: Thường kết tinh dạng giả kẽm lạp phương. Người ta cũng có thể nhận được tinh thể ZnTe dạng lục giác. CdS : Có thể nhận được CdS lục giác (màu đỏ) Có thể nhân được CdS lập phương (màu vàng) CdSe : Ở nhiệt đô cao kết tinh dạng wurzite. Ở nhiệt độ phòng dạng giả kẽm, ở nhiệt độ 130 °c chuyến dẩn sang lục giác. CdTe : Thường kết tinh dạng giả kẽm. Dạng lục giác nhận được khi chế tạo dưới dạng màng mỏng. Đơn tình thể lục giác thường chuyển dần sang dạng lập phương. HgS : Kết tinh dạng giả kẽm. Không nhận được dạng wurzite. Bán Dẫn Hợp Chất II-VI 4 Trịnh Văn Lương Ta đi xem xét cụ thể hơn cấu trúc của ZnS.  Lập phương kiểu giả kẽm( Zinc Blend) trong mỗi ô có 4 phân tử ZnS 4S: (0,0,0);(0,1/2,1/2);(1/2,0,1/2);(1/2,1/2,0) 4Zn: (1/4,1/4,1/4);(1/4,3/4,3/4);(3/4,1/4,3/4);(3/4,3/4,1/4) thường được hình thành ở nhiệt độ thấp Hình 2: Cấu trúc lập phương giả kẽm của ZnS Lục giác Wurzite mỗi ô cơ bản có 2 phân tử ZnS 2S: (0,0,0);(1/3,2/3,1/2) 2Zn: (0,0,u);(1/3,2/3,1/2+u) u = 3/8 Bán Dẫn Hợp Chất II-VI 5 Trịnh Văn Lương bền ở nhiệt độ cao Hình 3: Cấu trúc lục giác Wurzite ZnS là bán dẫn có bề rộng vùng lớn khoảng 3.72 eV với cấu trúc lập phương hoặc 3,77 eV với cấu trúc SPXC  Là bán dẫn vùng cấm thẳng  Năng lượng liên kết exciton lớn (40 meV)  Độ thăng hoa và nóng chảy cao  Bền vững với môi trường hydro, tương thích với các ứng dụng trong môi trường chân không . 2.  II B VI Với tinh thể loại giả kẽm (lập phương tâm mặt) vùng Brillouin có dạng một khối 14 mặt(hình 4). Với tinh thể loại wurzite (lục giác) vùng Brillouin có dạng khối lục lăng trụ 8 mặt như ở hình 5. Bán Dẫn Hợp Chất II-VI 6 Trịnh Văn Lương Vùng năng lượng của A II B IV với cấu trúc giả kẽm, được nghiên cứu như là một tinh thể với liên kết đồng hoá trị có nhiễu loạn. . Vùng cấm có xu hướng rộng ra theo chiều hướng từ nguyên tố nhóm IV →A III B V →A II B IV Hình 4: Giản đồ quan hệ hằng số mạng vs. bề rộng vùng cấm của hợp chất A II B VI Trạng thái thấp nhất của vùng dẫn trong các điểm đối xứng, có chiểu hướng là trạng thái s. Đối với A II B VI có xu hướng có vùng cấm thẳng với các cực trị tại    . Bề rộng vùng cấm giảm khi số điện tích trung bình của hạt nhân tăng. Bán Dẫn Hợp Chất II-VI 7 Trịnh Văn Lương Hình 5: Cấu trúc vùng brillouin tinh thể giả kẽm Hình 6: Cấu trúc vùng brillouin của tinh thể lục giác - Khi pha tạp các kim loại chuyển tiếp với nồng độ pha tạp nhất định thì sự thay thế vị trí của Zn bằng các ion này không làm thay đổi đến cấu trúc lập phương giả kẽm của ZnS. - Khi pha tạp Ni vào ZnS thì với nồng độ pha tạp từ 0,1%; 0,3%; 0,5%; 1%; 1,5%; 2% các mẫu đều kết tinh đơn pha và không thấy xuất hiện pha lạ. Bán Dẫn Hợp Chất II-VI 8 Trịnh Văn Lương 3.  Đối với tinh thể nano ZnS, có thể thấy đỉnh phát xạ huỳnh quang mạnh nhất ở bức xạ xanh lam khoảng 440-450nm . Đỉnh huỳnh quang mẫu ZnS pha tạp Ni 2+ ( mạnh nhất ở bức xạ 520nm) là khác với mẫu không pha tạp . Hình 7:Phổ phát xạ huỳnh quang của ZnS và Ni-ZnS. Phổ phát xạ huỳnh quang bao gồm hai dải phát xạ, một dải hẹp có cực đại ở phía sóng ngắn và một dải rộng hơn có cực đại ở phía sóng dài. Dải phát xạ có cực đại ở 326 nm được quy cho phát xạ nội tại (phát xạ intrinsic) của các tinh thể nano ZnS, và dải phát xạ có cực đại ở 428 nm được quy cho phát xạ của các trạng thái bề mặt.Với tinh thể Ni-ZnS cực đại ở dải rộng đã bị dịch chuyển về phía bước sóng ngắn hơn. Bán Dẫn Hợp Chất II-VI 9 Trịnh Văn Lương Hình 8:Phổ huỳnh quang của ZnS pha tạp Ni với các nồng độ khác nhau. Khi tỷ lệ phân tử gam Zn(CH 3 COO) 2 .2H 2 O và NiSO 4 .6H 2 O lần lượt là 99.7% và 0.3%, thì đỉnh phát huỳnh quang mạnh nhất ở nồng độ pha tạp Ni là 0,3%. Và cường độ huỳnh quang tương ứng của mẫu ZnS có chứa Ni 2+ (Ni 2+ 0.3%) là khoảng gấp 2 lần so với mẫu ZnS không chứa tap chất. . DẪN HỢP CHẤT NHÓM II-VI Giáo Viên Hướng Dẫn: PGS.TS.Nguyễn Hữu Lâm Sinh Viên Thực Hiện: Trịnh Văn Lương Nguyễn Đình Trung Tống Văn Trung Bán Dẫn Hợp Chất. chèn vào là phổ hấp thụ cơ bản. Bán Dẫn Hợp Chất II-VI 19 Trịnh Văn Lương 3. Cu trúc màng nano Bán dẫn hợp chất II-VI ở cấu trúc màng nano hiện nay có