Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang điện của màng trong suốt dẫn điện loại p dựa trên nền vật liệu sno2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG HỮU PHÚC CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN CỦA MÀNG TRONG SUỐT DẪN ĐIỆN LOẠI P DỰA TRÊN NỀN VẬT LIỆU SnO2 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ TP Hồ Chí Minh - Năm 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG HỮU PHÚC CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN CỦA MÀNG TRONG SUỐT DẪN ĐIỆN LOẠI P DỰA TRÊN NỀN VẬT LIỆU SnO2 Ngành: Quang Học Mã số ngành: 64440109 Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Đại Hưng Phản biện 2: TS Nguyễn Thụy Ngọc Thủy Phản biện 3: PGS.TS Trần Hoàng Hải Phản biện độc lập 1: PGS.TS Vũ Thị Bích Phản biện độc lập 2: TS Nguyễn Thụy Ngọc Thủy NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Lê Văn Hiếu TS Lê Trấn TP Hồ Chí Minh – Năm 2017 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Vật lý kỹ thuật, Ban giám hiệu trường Đại học Khoa học tự nhiên Tp Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Văn Hiếu, Thầy quan tâm sâu sát, hướng dẫn động viên tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn TS Lê Trấn, Thầy tận tình hướng dẫn định hướng cho tơi thực cơng trình nghiên cứu Thầy người bảo cho tơi tính nghiêm túc trung thực nghiên cứu khoa học Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô Bộ môn vật lý ứng dụng, Bộ môn vật liệu nano màng mỏng, Phòng vật liệu kỹ thuật cao tận tình giúp đỡ, hỗ trợ cho tơi trang thiết bị đo đạc trình thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn em sinh viên học viên cao học hỗ trợ cho thời gian thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô hội động chấm luận án tiến sĩ, nhận xét đóng góp ý kiến q báu để luận án hoàn thiện Con xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến Cha Mẹ ln đồng hành suốt thời gian làm luận án mong cho thành công lĩnh vực khoa học sống LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu riêng cộng làm việc hướng dẫn Thầy PGS TS Lê Văn Hiếu Thầy TS Lê Trấn Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình mà không tham gia Nghiên cứu sinh Đặng Hữu Phúc DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tổng hợp công trình nghiên cứu màng SnO loại p tác giả nước Bảng 1.2: Sự thay đổi điện trở cảm biến khí loại n p mơi trường khí khử oxy hóa 22 Bảng 1.3: Hằng số mạng kích thước hạt SnO lắng đọng điều kiện khác cơng trình [25] 41 Bảng 3.1: Kết đo Hall màng SnO lắng đọng trực nhiệt độ 59 Bảng 4.1: Kết đo Hall màng GTO làm từ bia chứa 15% wt Ga O lắng đọng theo nhiệt độ đế 70 Bảng 4.2: Kết đo Hall màng GTO với 15% Ga O lắng đọng nhiệt độ 400oC sau ủ lên 500oC, 550oC 600oC môi trường Ar 71 Bảng 4.3: Kết đo Hall màng SnO lắng đọng nhiệt độ 400oC sau ủ lên 500oC, 550oC 600oC môi trường Ar 72 Bảng 4.4: Kết đo Hall màng GTO lắng đọng 400oC sau ủ lên 550oC ủ 1, mơi trường khí Ar 73 Bảng 4.5: Kết đo Hall màng GTO khí lắng đọng nhiệt độ tới hạn từ bia GTO chứa % wt Ga O khác sau ủ lên 550 oC Ar 73 Bảng 4.6: Kết nồng độ % nguyên tố màng GTO ủ không ủ 80 Bảng 4.7: Kết đo Hall màng TIO (10% wt In O ) lắng đọng theo nhiệt độ đế 95 Bảng 4.8: Kết đo Hall màng TIO (10% wt In O ) lắng đọng nhiệt độ đế 500oC sau ủ lên 550oC 600oC môi trường Ar 96 Bảng 4.9: Kết đo Hall màng TIO (10% wt In O ) lắng đọng nhiệt độ đế 500oC sau ủ 550oC 1, môi trường Ar 96 Bảng 4.10: Kết đo Hall màng TIO lắng đọng từ bia chứa 8%, 10%, 12% wt In O nhiệt độ đế 500oC sau ủ 550oC trong môi trường Ar 97 Bảng 4.11: Phần trăm nguyên tử màng TIO ủ 550oC sau lắng đọng 500oC 97 Bảng 4.12: Kết đo Hall màng ZTO làm từ bia chứa 15% wt ZnO lắng đọng theo nhiệt độ đế 113 Bảng 4.13: Kết đo Hall màng ZTO làm từ bia chứa 15% wt ZnO lắng đọng 500oC sau ủ 550 600oC 113 Bảng 4.14: Kết đo Hall màng ZTO lắng đọng 500 oC sau ủ lên 600oC ủ 1, mơi trường khí Ar 114 Bảng 4.15: Kết đo Hall màng ZTO khí lắng đọng nhiệt độ tới hạn từ bia ZTO chứa % wt ZnO khác sau ủ 600oC Ar 114 Bảng 4.16: Phần trăm nguyên tử màng màng 15% ZTO lắng đọng 500oC màng 5%, 10%, 15% ZTO ủ 600oC sau lắng đọng 500oC 118 Bảng 5.1: Kết đo Hall màng 15% ATO lắng đọng trực nhiệt độ 128 Bảng 5.2: Kết đo Hall màng SnO ủ nhiệt độ khác sau lắng đọng nhiệt độ phòng 129 Bảng 5.3: Kết đo Hall màng 15% ATO ủ nhiệt độ khác sau lắng đọng nhiệt độ phòng 129 Bảng 5.4: Kết đo Hall màng 15% ATO ủ nhiệt độ khác sau lắng đọng nhiệt độ phòng 131 Bảng 5.5: Kết đo Hall màng 5% ATO (a), 10% ATO (b), 15% ATO (c) ủ 500oC sau lắng đọng nhiệt độ phòng 131 Bảng 5.6: Phần trăm nguyên tử màng SnO ATO 134 Bảng 5.7: Kết đo Hall màng ATO, GTO, ZTO, TIO chế tạo điều kiện tối ưu 140 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Thiết bị điện tử suốt Hình 1.1 a) Mơ hình cấu trúc pin mặt trời lớp # thay vật liệu ôxit b) Giản đồ mức lượng pin mặt trời hoạt động điều kiện chiếu sáng[100] 12 Hình 1.2 Đặc trưng dịng I-V lớp tiếp giáp dị thể p a-SiC:H/ n ZnO:Al p aSiC:H [64] /SnO :F 14 Hình 1.3 Cấu trúc mơ hình mức lượng của cấu trúc OLED đa lớp .15 Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc chung diode tiếp xúc p-n suốt đế thủy tinh .16 Hình 1.5 Sơ đồ mơ hình cấu trúc pin mặt trời DSSC vật liệu perovskite giản đồ mức lượng cấu trúc TIO, SnO , perovskite [35] .19 Hình 1.6 Giản đồ mức lượng cấu trúc a) FTO, SnO , perovskite, b) FTO, SnO :Li, perovskite [135] 20 Hình 1.7 Mơ hình hình thành lớp nghèo điện tích cảm biến khí sử dụng vật liệu bán dẫn loại n lớp tích tụ tích tụ lỗ trống cảm biến khí sử dụng vật liệu bán dẫn loại p mơi trường khơng khí [33] 21 Hình 1.8 Mơ hình chế nhạy khí cảm biến khí màng 22 Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc kết hợp cảm biến khí loại p n [33] 23 Hình 1.10 Nghiên cứu cảm biến khí bán dẫn loại ơxit loại n p thống kê Web of Knowledge tính đến ngày 15-7-2013 [33] 23 Hình 1.11 Cấu trúc tinh thể SnO 24 Hình 1.12 Cấu trúc tinh thể SnO 25 Hình 1.13 Cấu trúc vùng lượng SnO SnO [23] .25 Hình 1.14 Mơ hình ba chiều cấu trúc tinh thể Sn O 26 Hình 1.15 Hàm mật độ trạng thái pha Sn O Trong Sn (a) giống với Sn mạng rutile SnO Sn (b) giống với Sn mạng litharge SnO[85] 27 Hình 1.16 Cấu trúc tinh thể Sb O dạng lập phương tâm mặt 28 Hình 1.17 Cấu trúc tinh thể Sb O dạng trực thoi 28 Hình 1.18 Cấu trúc tinh thể trạng thái β-Ga O α-Ga O 29 Hình 1.19 Cấu trúc tinh thể wurtzite ZnO 29 Hình 1.20 Cấu trúc tinh thể In O 30 Hình 1.21 Giản đồ lượng EllingHam 31 Hình 1.22 Mơ hình mặt SnO (110) với cầu lớn màu xanh nhỏ màu đỏ nguyên tử oxy thiếc Ở trạng thái hợp thức đầy đủ (Hình a), trạng thái oxy bắc cầu bị loại bỏ (Hình b) [84] ……32 Hình 1.23 Năng lượng bề mặt mặt mạng SnO (110), (101), (100) biểu diễn theo hóa học oxy (μ O ) mơi trường oxy hóa hay giàu oxy (đường ngang) môi trường khử hay nghèo oxy (đường nghiêng) [40] 34 Hình 1.24 Năng lượng bề mặt mặt mạng SnO (110), (101), (100) biểu diễn theo hóa học oxy (μ o ) [88] 36 Hình 1.25 Biểu đồ mô tả hai dạng sai hỏng Schottky Frenkel [45] 38 Hình 1.26 Phổ nhiễu xạ tia X ảnh SEM hình thái bề mặt màng SnO trình bày cơng trình [29] 40 Hình 1.27 Hình thái bề mặt màng SnO SnO pha tạp In trình bày cơng trình [68] 42 Hình 1.28 Hình thái bề mặt màng A) SnO SnO pha tạp B) 5% C) 10% Ga trình bày cơng trình [4] 42 Hình 1.29 Mơ hình vị trí mức lượng sai hỏng nội vật liệu SnO 43 Hình 1.30 Mơ hình thay Ga3+ vào mạng Sn4+ hình thành khuyết 45 Hình 1.31 Mơ hình q trình lấp khuyết tạo lỗ trống màng GTO ủ khí Ar 45 Hình 2.1 Các trình xuất tương tác hạt lượng cao bề mặt bia, va chạm kết thúc bia hay gây phún xạ .47 Hình 2.2 Mơ hình bố trí bia-đế thực nghiệm 49 Hình 2.3 Máy nghiền & trộn 52 Hình 2.4 Máy ép bia .52 Hình 2.5 Lò nung VMK-180054 52 Hình 2.6 Máy mài bia 52 Hình 2.7 Giản đồ nâng nhiệt để nung kết khối cho bia 53 Hình 2.8 (a) Lược đồ biểu diễn trình quang điện (b) trình hủy lỗ trống phân lớp 1s thông qua phát xạ tia X (c) trình bắn electron Auger .55 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng SnO lắng đọng nhiệt độ khác 56 Hình 3.2 Ảnh FESEM hình thái bề mặt màng SnO lắng đọng nhiệt độ khác 58 Hình 3.3 Phổ truyền qua màng SnO lắng đọng nhiệt độ khác 60 Hình 3.4 Phổ xạ PL màng SnO lắng đọng nhiệt độ khác b) mơ hình chế xạ quang phát quang màng SnO .61 Hình 4.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng GTO lắng đọng theo nhiệt độ đế 64 Hình 4.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng SnO lắng đọng nhiệt độ 400oC ủ lên nhiệt độ 500oC, 550oC 600oC 66 Hình 4.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng GTO lắng đọng nhiệt độ 400oC ủ lên nhiệt độ 500oC, 550oC 600oC 66 Hình 4.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng GTO lắng đọng 400oC, ủ 550oC 1, 67 Hình 4.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng GTO với 5, 10 15% Ga O lắng đọng 400oC, ủ 550oC 68 Hình 4.6 Ảnh FESEM hình thái bề mặt màng GTO a) lắng đọng 400oC b) ủ 550oC sau lắng đọng 400oC 69 Hình 4.7 Ảnh FESEM hình thái bề mặt màng GTO 5%, 10%, 15% ủ 550oC sau lắng đọng 400oC 69 Hình 4.8 Phổ truyền qua màng GTO lắng đọng theo nhiệt độ đế 74 Hình 4.9 Phổ truyền qua màng SnO lắng đọng 400oC sau ủ theo nhiệt độ 75 Hình 4.10 Phổ truyền qua màng GTO lắng đọng 400oC sau ủ theo nhiệt độ 75 Hình 4.11 Phổ truyền qua màng GTO lắng đọng 400oC sau ủ lên 550ºC ủ 1, mơi trường khí Ar 76 Hình 4.12 Phổ truyền qua màng GTO theo phần trăm pha tạp Ga O lắng đọng điểm tới hạn sau ủ lên 550oC mơi trường khí Ar 76 Hình 4.13 Phổ xạ PL a) màng SnO lắng đọng nhiệt độ phòng màng GTO lắng đọng nhiệt độ khác 78 Hình 4.14 Phổ xạ PL màng GTO lắng đọng nhiệt độ tới hạn ủ nhiệt độ cao khác 78 Hình 4.15 Cơ chế xạ quang phát quang a) màng GTO b) SnO 78 Hình 4.16 Phổ XPS Ga2p 3/2 a) màng GTO (G4) không ủ, b) màng GTO (G7) ủ 79 Hình 4.17 Phổ XPS Sn 3d 5/2 a) màng GTO (G4) không ủ, b) màng GTO (G7) ủ 79 Hình 4.18 Phổ XPS tách đỉnh O 1s a) màng GTO (G4) không ủ, b) màng GTO (G7) ủ 80 Hình 4.19 Đặc trưng I-V p– GTO/n – Si với 10% wt Ga O 81 46 J.K Yang, H.L Zhao, J Li, L.P Zhao, J.J Chen, B Yu (2014), “Structural and optical properties and photoluminescence mechanism of fluorine-doped SnO2 films during the annealing process”, Acta Mater., 62, 156–161 47 J.L Hueso, J.P Espinós, A Caballero, J Cotrino, A.R González-Elipe (2007), “XPS investigation of the reaction of carbon with NO, O2, N2 and H2O plasmas”, Carbon 45, 89–96 48 J.M Ni, X.J Zhao, J Zhao (2011), “Structural, Electrical and Optical Properties of p-Type Transparent Conducting SnO2:Zn Film”, J Inorg Organomet Polym Mater 22, 21–26 49 Jarzebski Z M (1976), “Physical properties of SnO2 materials II Electrical properties”, Journal of the Electrochemical Society, 123, pp 199-205 50 Johkan M, Shoji K, Goto F, Hahida S, Yoshihara T (2012), “Effect of green light wavelength and intensity on photomorphogenesis and photosynthesis in Lactuca sativa”, Environ Exp Botany, 75:128–33 51 K Galatsis, L Cukrov, W Wlodarski, P McCormick, K Kalantar-zadeh, E Comini, G Sberveglieri (2003), “p- and n-type Fe-doped SnO2 gas sensors fabricated by the mechanochemical processing technique”, Sens Actuators B Chem., 93, 562–565 52 K Ravichandran and K Thirumurugan (Feb 2014), “Type Inversion and Certain Physical Properties of Spray Pyrolysed SnO2:Al Films for Novel Transparent Electronics Applications,” J Mater Sci Technol., vol 30, no 2, pp 97–102 53 K Ravichandran, K Thirumurugan, N Jabena Begum, S Snega (2013), “Investigation of p type SnO2:Zn films deposited using a simplified spray pyrolysis technique”, Super Latt Microstruct 60, 327–335 54 K Thirumurugan, K Ravichandran (2014), “Role of solvent volume on the structural and transparent conducting properties of SnO2:Zn films”, J Mater Sci Mater Electron., 25, 3594–3600 150 55 K Ueda, T Hase, H Yanagi, H Kawazoe, H Hosono, H Ohta, M Orita, and M Hirano (2001), “Epitaxial growth of transparent p-type conducting CuGaO2 thin films on sapphire (001) substrates by pulsed laser deposition,” J Appl Phys., vol 89, no 3, p 1790 56 Karzel, H., Potzel, W., Köfferlein, M., Schiessl, W., Steiner, M., Hiler, U., Kalvius, G M., Mitchell, D W., Das, T P., Blaha, P., Schwarz, K., Pasternak, M (1996), “Lattice dynamics and hyperfine interactions in ZnO and ZnSe at high external pressures”, P Phys Rev B, 53, 11425 57 Kim H-H, Goins GD, Wheeler RM, Sager JC (2004), “Green-light supplementation for enhanced lettuce growth under red- and blue-lightemitting diodes”, HortScience 39:161722 58 Kim, J S., M Granstro ăm, R H Friend, N Johansson, W R Salaneck, R Daik, W J Feast, and F Cacialli (1998), “Indium–tin oxide treatments for single- and double-layer polymeric lightemitting diodes: The relation between the anode physical, chemical, and morphological properties and the device performance”, J Appl Phys 84, 6859 59 Korotcenkov, G (2014) Handbook of Gas Sensor Materials (Vol 1) doi:10.1007/978-1-4614-7388-6 60 Korotkov RY, Russo DA, Culp TD, Silverman GS Beaujuge P (2010), “Method of preparing a tin oxide layer”, US7662431 61 L Wang et al (2014), “Low temperature solution processed planar heterojunction perovskite solar cells with a CDSE nanocrystal as an electron transport/extraction layer,” J Mater Chem C, 2(43), 9087–9090 62 Lee J., Kim J H., and Im S (2003), “Pentacene thin-film transistors with Al2O3+x gate dielectric films deposited on indium-tin-oxide glass”, Appl Phys Lett., 83 (13), p 2689 63 Lee K.-M., Lee D.-J., and Ahn H (2004), “XRD and TEM studies on tin oxide (II) nanoparticles prepared by inert gas condensation”, Mater Lett., 58 (25), pp 3122-3125 151 64 Lee, J.E., Chung, J.-W., Lee, J.C., Cho, J.S., Kim, Y.K., Yi, J., Kim, D.H., Song, J., Yoon, K.H (2009), “The role of p-type buffer layers between ZnO: Al and P a-SiC: H for improving fill factor and V oc of a-Si: H solar cells, in: Photovoltaic Specialists Conference (PVSC)”, 34th IEEE, pp 000717–000720 65 Look D C (2001), “Recent advances in ZnO materials and devices”, Mater Sci Eng B, 80 p 383 66 M Batzill and U Diebold (2005), “The Surface and Materials Science of Tin Oxide”, Pro Sur Sci; 79, no 2-4: pp 47–154 67 M Batzill, K Katsiev, J M Burst, U Diebold, A M Chaka, and B Delley (2005), “Gas-Phase-Dependent Properties of SnO2 (110), (100), and (101) Single-Crystal Surfaces: Structure, Composition, and Electronic Properties”, Phys Rev B; 72: p 165 414 68 M Caglar, K.C Atar (2012), “Effect of both deposition temperature and indium doping on the properties of sol–gel dip–coated SnO2 films, Spectrochim” Acta A Mol Biomol Spectrosc, 96, 882–888 69 M Hübner, C.E Simion, A Tomescu-Stanoiu, ˘S Pokhrel, N Barsan, U Weimar (2011), “Influence of humidity on CO sensing with p-type CuO thick film gas sensors”, Sens Actuators B, 153, 347–353 70 M.A Majeed Khan, Wasi Khan, Maqusood Ahamed, Mansour Alhoshan (2012), “Structural and optical properties of In2O3 nanostructured thin film”, Mater Lett 79, 119–121 71 M.-M Bagheri-Mohagheghi, M Shokooh-Saremi (2004), “Electrical, optical and structural properties of Li-doped SnO2 transparent conducting films deposited by the spray pyrolysis technique: a carrier-type conversion study”, Semicond Sci Technol 19, 764–769 72 M.-M Bagheri-Mohagheghi, M Shokooh-Saremi (2004), “The influence of Al doping on the electrical, optical and structural properties of SnO2 152 transparent conducting films deposited by the spray pyrolysis technique”, J Phys D Appl Phys., 37, 1248–1253 73 Massa GD, Kim H-H, Wheeler RM, Mitchell CA (2008), “Plant productivity in response to LED lighting” HortScience, 43:1951–6 74 Matsumoto A., Koyama Y., Togo A., Choi M., and Tanaka I (2011), "Electronic structures of dynamically stable As2O3, Sb2O3, and Bi2O3 crystal polymorphs", Physical Review B, 83(21), pp 214110 75 Min KW, Kim YK, Shin G, et al (2010), “White-light emitting diode array of p+-Si/aligned n-SnO2 nanowires heterojunctions”, Adv Funct Mater, 21: 11924 76 Minwoo Park (2016), "Low-temperature solution-processed Li-doped SnO2 as an effective electron transporting layer for high-performance flexible and wearable perovskite solar cells", Nano Energy 26, 208–215 77 Mitchell CA, Both A-J, Bourget CM, Burr JF, Kubota C, Lopez RG, Morrow RC, Runkle ES (2012), “LEDs: The future of greenhouse lighting!”, Chronica Hortic 52:5–13 78 Mori, M., Hamamoto, A., Takahashi, A., Nakano, M., Wakikawa, N., Tachibana, S., Ikehara, T., Nakaya, Y., Akutagawa, M., Kinouchi, Y (2007), “Development of a new water sterilization device with a 365 nm UV-LED” Med Biol Eng Comput 45(12), 1237-1241 79 Morrow RC (2008), “LED lighting in horticulture”, HortScience, 43:1947– 50 80 Muller, J (2011), “Seeing the light: the benefits of UV water treatment Water Online” http://www.wateronline.com/doc/seeing-the-light-the-benefits-of- uv-0001 81 N Chantarat, Y.-W Chen, C.-C Lin, M.-C Chiang, Y.-C Chen, and S.-Y Chen (Nov 2011), “Nitrogen Plasma-Assisted Codoped P-type (In, N):SnO2 Ultra-Fine Thin Films and N-ZnO/p-In:SnO2 Core–Shell Heterojunction 153 Diodes Fabricated by an Ultrasonic Spray Pyrolysis Method”, J Phys Chem C, vol 115, no 46, pp 23113–23119 82 N.G Cho, H.-S Woo, J.-H Lee, I.-D Kim (2011), “Thin-walled NiO tubes functionalized with catalytic Pt for highly selective C2H5OH sensors using electrospun fibers as a sacrificial template”, Chem Commun 47, 11300– 11302 83 Nickel N H and Terukov E (2005), "Zinc Oxide -A Material for Micro- and Optoelectronic Applications", Springer, Netherlands 84 P A Cox, R G Egdell, C Harding, W Patterson, and P Tavener (1982), “Surface Properties of Antimony Doped Tin(IV) Oxide: A Study by Electron Spectroscopy”, Surface Science, 123, no 2–3: pp 179–203 85 P Sarker, M N Huda (2016), “Understanding the thermodynamic pathways of SnO-to-SnOx phase transition”, Computational Materials Science, 111, 359–365 86 Q Mao, Z Ji, and L Zhao (Feb 2010), “Mobility enhancement of p-type SnO2 by In-Ga co-doping”, Phys Status Solidi B, vol 247, no 2, pp 299–302 87 Q Xu, S Zhang (2008), “Fabrication and photoluminescence of b-Ga2O3 nanorods”, Superlattices Microstruct 44, 715-720 88 Rabis, A., Kramer, D., Fabbri, E., Worsdale, M., Kötz, R., Schmidt, T.J (2014), “Catalyzed SnO2 Thin Films: Theoretical and Experimental Insights into Fabrication and Electrocatalytic Properties”, J Phys Chem C, 118, 11292–11302 89 Robertson J (2006), “High dielectric constant gate oxides for metal oxide Si transistors”, Reports Prog Phys., 69 (2), pp 327-396 90 S Pan and G Li (2011), ''Recent Progress in p-Type Doping and Optical Properties of SnO2 Nanostructures for Optoelectronic Device Applications", Recent Pat Nanotechnol, 5, 138-161 154 91 S S Pan, S Wang, Y X Zhang, Y Y Luo, F Y Kong, S C Xu, J M Xu, and G H Li (Nov 2012), “p-type conduction in nitrogen-doped SnO2 films grown by thermal processing of tin nitride films,” Appl Phys A, vol 109, no 2, pp 267–271 92 S Yu, W Zhang, L Li, D Xu, H Dong, Y Jin (2013), “Fabrication of p-type SnO2 films via pulsed laser deposition method by using Sb as dopant”, Appl Surf Sci., 286, 417–420 93 S.F Ahmed, S Khan, P.K Ghosh, M.K Mitra, K.K Chattopadhyay (2006), “Effect of Al doping on the conductivity type inversion and electro-optical properties of SnO2 thin films synthesized by sol-gel technique”, J Sol-Gel Sci Technol 39, 241–247 94 S.S Pan, G.H Li (2011), “Recent Progress in p-Type Doping and Optical Properties of SnO2 Nanostructures for Optoelectronic Device Applications”, Recent Pat Nanotechnol 5, 138–161 95 S.S Pan, G.H Li, L.B Wang, Y.D Shen, Y Wang, T Mei, et al (2009), “Atomic nitrogen doping and p-type conduction in SnO2”, Appl Phys Lett 95, 222112 96 S.W Lee, Y.-W Kim, H Chen (2001), “Electrical properties of Ta-doped SnO2 thin films prepared by the metal–organic chemical-vapor deposition method”, Appl Phys Lett 78, 350 97 Seko A., Togo A., Oba F., Tanaka I (2008), “Structure and phase stability of nonstoichiometric compounds of tin oxides”, AMTC Letters, 1, 198-199 98 Shaik, U P., & Krishna, M G (2014), “Single step formation of indium and tin doped ZnO nanowires by thermal oxidation of indium–zinc and tin–zinc metal films: Growth and optical properties” Cera Inter., 40(8), 13611–13620 99 Sharma, A., Tomar, M., & Gupta, V (2013), “Enhanced response characteristics of SnO2 thin film based NO2 gas sensor integrated with 155 nanoscaled metal oxide clusters”, Sens Actuators B Chemical, 181(2), 735– 742 100 Sonya Calnan (2014), “Applications of Oxide Coatings in Photovoltaic Devices”, Coatings 2014, 4, 162-202 101 Sujatha Lekshmy, S & Joy, K (2014), “Structural and optoelectronic properties of indium doped SnO2 thin films deposited by sol gel technique”, J Mater Sci Mater Electron, 25, 1664–1672 102 T Arnold, D J Payne, A Bourlange, J P Hu, R G Egdell, L F J Piper, L Colakerol, A De Masi, P.-A Glans, T Learmonth, K E Smith, J Guo, D O Scanlon, A Walsh, B J Morgan, and G W Watson (Feb 2009), “X-ray spectroscopic study of the electronic structure of CuCrO2,” Phys Rev B, vol 79, no.7 103 T Le, H.P Dang, V.H Le (2017), “Determination of the optimum annealing temperature and time for Indium-doped SnO2 (TIO) films to achieve the best p-type conductive property”, J Alloys Compd 696, 1314 -1322 104 T Yang, X Qin, H Wang, Q Jia, R Yu, B Wang, J Wang, K Ibrahim, X Jiang, Q He (2010), “Preparation and application in pen homojunction diode of p-type transparent conducting Ga-doped SnO2 thin films”, Thin Solid Films, 518, 5542-5545 105 T.-Y Wei, C.-Y Kuo, Y.-J Hsu, S.-Y Lu, Y.-C Chang (2008), “Tin oxide nanocrystals embedded in silica aerogel: Photoluminescence and photocatalysis”, Microporous Mesoporous Mater 112, 580–588 106 Thomas B Reed (1971), "Free Energy of Formation of Binary Compounds", MIT Press, Cambridge, MA 107 Tickle A C (1969), "Thin-Film Transistors: A New Approach to Microelectronics", Wiley, New York 108 Togo A., Oba F., Tanaka I and Tatsumi K (2006), “First-principles calculations of native defects in tin monoxide”, Phys Rev B, 74, pp 195128 156 109 USEPA (2006) “Ultraviolet disinfection guidance manual for the final long term enhanced surface water treatment rule” Washington DC, Office of Water, EPA 815-R-06-007 110 W H Baur and A A Khan (1971), “Rutile-type compounds IV SiO2, GeO2 and a comparison with other rutile-type structures,” Acta Crystallogr B, vol 27, no 11, pp 2133–2139 111 Wager J F., Keszler D A., and Presley R E (2008), "Transparent Electronics", Springer 112 Wilk G D., Wallace R M., and Anthony J M (2001), "High-k gate dielectrics: current status and materials properties considerations", J Appl Phys, 89 (10), p 5243 113 X Nie, S.-H Wei, and S B Zhang (Jan 2002), “Bipolar Doping and BandGap Anomalies in Delafossite Transparent Conductive Oxides,” Phys Rev Lett., vol 88, no 114 X Nie, S.-H Wei, and S B Zhang (Jan 2002), “First-principles study of transparent p -type conductive SrCu2O2 and related compounds,” Phys Rev B, vol 65, no 115 X Pei, D Ji, J Ma, T Ning, Z Song, Y Tan, et al (2010), “Structural and Photoluminescence Properties of SnO2:Ga Films Deposited on α-Al2O3 (0001) by MOCVD”, J Lumin 130, 1189–1193 116 X Q Pan and L Fu, (2001), “Oxidation and phase transitions of epitaxial tin oxide thin films on (1̄012) sapphire,” J Appl Phys., vol 89, no 11, p 6048 117 Y Huang, Z Ji, C Chen (2007), “Preparation and characterization of p-type transparent conducting tin-gallium oxide films”, Appl Surf Sci, 253, 48194822 118 Y Jiang, C Xu, G Lan (2013), Trans Nonferrous Met Soc China, 23, 180– 192 119 Yang DR, Yuan ZZ, Li DS (2007), “A growth method of Si/SnO2 heterojunction electroluminescence devices” CN 200710068640.6 157 120 Yang HY, Yu SF, Liang HK, et al (2010), “Ultraviolet electroluminescence from randomly assembled n-SnO2 nanowires/p-GaN:Mg heterojunction” ACS Appl Mater Interfaces, 2: 1191-4 121 Y-C Ji, H-X Zhang, X-H Zhang, and Z-Q Li (2013), “Structures, optical properties, and electrical transport processes of SnO2 films with oxygen deficiencies”, Phys Status Solidi B, 1–8 122 Y-Chen, Ji, H-X Zhang, X-H Zhang, and Z-Q Li (2013), “Structures, optical properties, and electrical transport processes of SnO2 films with oxygen deficiencies", Phys Status Solidi B, 1–8 123 Yongfeng Li (2012), “Realizing a SnO2-based ultraviolet light-emitting diode via breaking the dipole-forbidden rule”, NPG Asia Materials, 124 Z Alahmed, H Fu, (2008), “Polar semiconductor ZnO under inplane tensile strain”, Phys Rev B Condens Matter Mater Phys 77 125 Z Ji*, J Xi, L Huo, and Y Zhao (2008), “Preparation of p-type transparent conducting tin–antimony oxide thin films by DC reactive magnetron sputtering”, phys stat sol (c) 5, No 10, 3364–3367 126 Z Ji, L Zhao, Z He, Q Zhou, C Chen (2006), “Transparent p-type conducting indium-doped SnO2 thin films deposited by spray pyrolysis”, Mater Lett 60, 1387–1389 127 Zachariasen W H (1932), “The atomic arrangement in glass”, J Am Chem Soc., 54 (10), pp 3841-3851 158 PHỤ LỤC THÔNG SỐ CHẾ TẠO Màng mỏng SnO2 GTO, TIO, ZTO, ATO chế tạo phương pháp phún xạ magnetron DC mơi trường khí Ar Để xác định tính chất màng phụ thuộc vào nhiệt độ lắng đọng, thông số chế tạo khác công suất phún xạ (15 W), áp suất phún xạ (10-3 Torr) mơi trường khí Ar với lưu lượng khí 10 sccm, khoảng cách bia đế (7,5 cm) cần giữ cố định Bảng Các thông số chế tạo màng SnO2 theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều S1 400 kiện nhiệt độ S2 200 400 lắng đọng S3 300 400 S4 400 400 S5 500 400 S6 500 400 Ủ 600 oC sau lắng đọng 500 oC Bảng Các thông số chế tạo màng GTO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều G1 400 kiện nhiệt độ G2 200 400 lắng đọng G3 300 400 G4 400 400 G5 500 400 159 Bảng Các thông số chế tạo màng TIO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều T1 550 kiện nhiệt độ T2 200 550 lắng đọng T3 300 550 T4 400 550 T5 500 550 Bảng Các thông số chế tạo màng ZTO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều Z1 400 kiện nhiệt độ Z2 200 400 lắng đọng Z3 300 400 Z4 400 400 Z5 500 400 Bảng Các thông số chế tạo màng ATO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều A1 400 kiện nhiệt độ A2 200 400 lắng đọng A3 300 400 A4 400 400 A5 500 400 A6 500 Màng ủ 600 oC sau lắng đọng 500 oC 160 Màng SnO2 GTO, TIO, ZTO, ATO khảo sát điều kiện nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Đối với màng GTO để khắc phục tượng bù hai loại hạt tải, màng GTO cần ủ áp suất khí Ar (10-3 Torr) sau lắng đọng nhiệt độ tới hạn 400 oC Bảng Các thông số chế tạo màng GTO theo nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt G6 500 400 độ ủ (thời gian G7 550 400 ủ giờ) G8 600 400 Khảo sát thời G9 – 550 400 gian ủ G10 – 550 400 Khảo sát phần G11 – 5% 550 400 trăm pha tạp G12 – 10% 550 400 bia (ủ giờ) Bên cạnh đó, màng SnO2 khảo sát ủ khí Ar điều kiện nhiệt độ ủ khác để so sánh với màng GTO Bảng Các thông số chế tạo màng SnO2 theo nhiệt độ ủ Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt S13 500 400 độ ủ (thời gian S14 550 400 ủ giờ) S15 600 400 Đối với màng TIO ZTO với mong muốn In3+ hay Zn2+ tiếp tục thay Sn4+ mạng chủ Tuy nhiên tốc độ lắng đọng nhiệt độ đế 500 oC 161 màng TIO ZTO cần ủ áp suất khí Ar (10-3 Torr) sau lắng đọng nhiệt độ 500 oC Bảng Các thông số chế tạo màng TIO theo nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt T6 550 550 độ ủ (thời gian T7 600 550 Khảo sát thời T8 – 550 550 gian ủ T9 – 550 550 Khảo sát phần T11 – 12% 550 550 trăm pha tạp T10 – 8% 550 550 ủ giờ) bia (ủ giờ) Bảng Các thông số chế tạo màng ZTO theo nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt Z6 550 550 độ ủ (thời gian Z7 600 550 Khảo sát thời Z8 – 600 550 gian ủ Z9 – 600 550 Khảo sát phần Z11 – 10% 600 550 trăm pha tạp Z10 – 5% 600 550 ủ giờ) bia (ủ giờ) 162 Đối với màng ATO đạt tính chất điện loại p 500 oC nồng độ lỗ trống tăng vượt trội ủ 600 oC sau lắng đọng 500 oC để trình chế tạo đơn giản hơn, màng lắng đọng nhiệt phịng sau ủ theo nhiệt độ Bảng 10 Các thông số chế tạo màng ATO theo nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt A7 200 400 độ ủ (thời gian A8 300 400 ủ giờ) A9 400 400 A10 500 400 A11 550 400 A12 600 400 Khảo sát thời A13 500 400 gian ủ A14 550 400 A15 600 400 Khảo sát phần A13 – 15% 500 400 trăm pha tạp A16 – 5% 500 400 bia (ủ A17 – 10% 500 400 500 oC sau lắng đọng nhiệt độ phòng) 163 Bảng 11 Các thông số chế tạo màng SnO2 theo nhiệt độ ủ Nội dung Tên mẫu Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) khảo sát Khảo sát nhiệt S7 200 400 độ ủ (thời gian S8 300 400 ủ giờ) S9 400 400 S10 500 400 S11 550 400 S12 600 400 164 ... HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG HỮU PHÚC CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN CỦA MÀNG TRONG SUỐT DẪN ĐIỆN LOẠI P DỰA TRÊN NỀN VẬT LIỆU SnO2 Ngành: Quang Học Mã... tác giả nước ngồi tính chất quang điện cấu trúc màng SnO2 loại p, phương ph? ?p thơng số chế tạo màng g? ?p phần hạn chế tính chất tối ưu màng Trong phương ph? ?p hóa học sol-gel, phun nhiệt gây tái... số tạo màng phương ph? ?p phún xạ magnetron DC, giải thích loại t? ?p chất màng ảnh hưởng đến tính chất quang, điện cấu trúc màng SnO2 loại p cách rõ ràng 1.2 Ứng dụng vật liệu SnO2 Vật liệu SnO2 loại