Là chất rắn không có trật tự xa VD: thủy tinh,polystryren, HSi, oxit bán dẫn, chalcogenide, ZnOSiO2, Fe2O3, SiO2, ITO… Phân bố nguyên tử theo hàm phân bố xuyên tâm Ba cách tiếp cận giải thích cấu trúc vô định hình
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIÊN VẬT LÝ KỸ THUẬT Vật liệu bán dẫn vơ định hình Vật liệu bán dẫn vơ định hình Cấu trúc, tính chất Chế tạo Ứng dụng oxit vô định hình Vật liệu bán dẫn vơ định hình MỤC LUC • Là chất rắn khơng có trật tự xa • VD: thủy tinh,polystryren, H-Si, oxit bán dẫn, chalcogenide, ZnO-SiO2, Fe2O3, SiO2, ITO… • Phân bố nguyên tử theo hàm phân bố xuyên tâm Vật liệu bán dẫn vô định hình Vật liệu vơ định hình gì? Cấu Trúc Cấu trúc • SiO2 vơ định hình dạng thủy tinh • Si-H vơ định hình pin mặt trời Vật liệu bán dẫn vơ định hình Fe2O3 Vật liệu bán dẫn vơ định hình ZnO-SiO2 • Tiếp cận vi tinh thể: VĐH gồm hạt tinh thể cực nhỏ mà định hướng thay đổi đột ngột từ hạt tinh thể sang hạt khác, biên giới hạt khơng có trật tự • Tiếp cận tinh thể bị nhiễu loạn: VĐH hình thành làm nguội nhanh T cao Xem tinh thểnhưng có nhiều sai hỏng • Tiếp cận mạng lưới liên tục: VĐH gồm nhiều nguyên tử liên kết với theo dãy khơng tuần hồn, dài vơ tận Trật tự gần chất liên kết Các dạng trật tự gần ứng với dạng thù hình khác vật liệu 5/9/18 Ba cách tiếp cận giải thích cấu trúc VĐH Khơng có nhiệt độ nóng chảy xác định, tính chất vật lý giống chiều ZnO, In2O3 3.6 eV, SnO2,Ga2O3 có vùng cấm rộng Độ bền tốt, dẻo độ nhám bề mặt thấp 5/9/18 Tính chất Tính chất • Cấu trúc vùng lượng điện tử chất •rắn Trong bán dẫn VĐH: Phụ thuộc vào nhiễu loạn trường VĐH trật tự xa, vùng cho phép (vùng trải rộng) • Trong hệ vơ định hình, điện tử đóng vai trị dẫn điện trạng thái trải rộng, bị giới hạn trạng thái định xứ (không dẫn điện) • Trong vật rắn VĐH, trạng thái trải rộng định xứ không cách khe lượng nào, mà có mức lượng Ec 5/9/18 bán dẫn VĐH xuất trạng thái định xứ Vật liệu bán dẫn vơ định hình Độ linh động, độ dẫn nhiêt, nhiệt chấ rắn VĐH II CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO OXIT VƠ ĐỊNH HÌNH Một số phương pháp chế tạo phổ biến - Phương pháp bay nhiệt - Phương pháp Sputtering (phún xạ) - Phương pháp nguội nhanh - Phương pháp hóa siêu âm Mỗi vật liệu khác có phương pháp chế tạo khác Phún xạ cathode (Cathode Sputtering) kỹ thuật chế tạo màng mỏng dựa nguyên lý truyền động năng bằng cách dùng các ion khí hiếm được tăng tốc dưới điện trường bắn phá bề mặt vật liệu từ bia vật liệu, truyền động cho các nguyên tử này bay phía đế lắng đọng đế Phương pháp nguội nhanh (((( Là phương pháp dùng phổ biến công nghệ luyện kim, nguyên tắc dùng môi trường làm lạnh, thu nhiệt của hợp kim nóng chảy thời gian ngắn để chúng khơng kịp kết tnh trong q trình hóa rắn Phương pháp bay nhiệt Bốc bay nhiệt chân không kỹ thuật tạo màng mỏng cách bay vật liệu cần tạo môi trường chân không cao ngưng tụ đế (được đốt nóng khơng đốt nóng) Kỹ thuật đơi cịn gọi bay chân khơng dùng Phương pháp Sputtering (phún xạ) Là kỹ thuật chế tạo màng mỏng dựa nguyên lý truyền động năng bằng cách dùng ion khí hiếm được tăng tốc dưới điện trường bắn phá bề mặt vật liệu từ bia vật liệu, truyền động cho các nguyên tử này bay phía đế lắng đọng đế Phương pháp nguội nhanh • Là phương pháp dùng phổ biến công nghệ luyện kim, nguyên tắc dùng mơi trường làm lạnh, thu nhiệt của hợp kim nóng chảy thời gian ngắn để chúng không kịp kết tnh q trình hóa rắn • Phương pháp chế tạo băng hợp kim có chiều rộng hàng met chiều dài hàng chục met với độ dày từ vài micromet đến vài trăm micromet • Nguyên lý phương pháp dùng trống quay có bề mặt nhẵn bóng với tốc độ cao làm mơi trường thu nhiệt hợp kim nóng chảy • Thời gian thu nhiệt phương pháp ngắn (tỉ lệ nghịch với tốc độ quay trống) cỡ 10-3 đến 10-2 giây nên tốc độ làm nguội đạt tới từ 104 K/s đến 107 K/s, dễ dàng tạo hợp kim vô định hình dạng băng mỏng 5/9/18 Phương pháp nguội nhanh Phương pháp hóa siêu âm Phương pháp hóa siêu âm phương pháp sử dụng sóng siêu âm làm xúc tác cho phản ứng hóa học hỗ trợ sóng siêu âm sử dụng để tạo hạt nano oxit sắt Sóng siêu âm sóng dọc Tần số thường sử dụng máy siêu âm 20 kHz cao ngưỡng nhận biết tai người (từ vài Hz đến 16 kHz) Chế tạo vật liệu Fe2O3 phương pháp hóa siêu âm Khi sóng siêu âm qua chất lỏng, giãn nở siêu âm gây áp suất âm chất lỏng kéo phân tử chất lỏng xa nhau.Nếu cường độ siêu âm đủ mạnh giãn nở tạo lỗ hổng chất lỏng sau dẫn đến hình thành điểm nóng Điểm nóng nguồn gốc hố siêu âm đồng thể; có nhiệt độ khoảng 5000°C, áp suất khoảng 1000 at, thời gian sống nhỏ ms tốc độ tăng giảm nhiệt mười tỉ K/s Quá trình chế tạo mẫu Sơ đồ quy trình chế tạo hạt nano oxit sắt-crom vơ định hình Ứng dụng oxit Fe2O3 Lọc Asen Asen gì??? • Asen tên hóa học Thạch tín, ký hiệu As, kim tuần hồn ngun tố hóa học Mendeleev • Nó loại cực độc (độc gấp lần thuỷ ngân), ngấm vào thể dạng hợp chất vơ cơ, phá vỡ q trình sản xuất ATP – đơn vị sản sinh lượng cho hoạt động sống tế bào • Phần lớn nhiễm độc asen thông qua việc sử dụng nguồn nước, lương thực, thực phẩm vùng có đất, nước, khơng khí bị nhiễm asen Trao đổi ion Sẽ khơng hiệu có tồn ion cạnh tranh khác Thẩm thấu ngược Đắt tiền Lọc màng Công đoạn rửa màng, xử lý màng trước-> tốn thời gian Hình 1: ảnh SEM hạt nano Fe2O3 Hình 2: phần trăm hấp thụ Cr, As, Pb Fe2O3 Kết phân tích asen 5/9/18 ... dẫn vơ định hình Vật liệu vơ định hình gì? Cấu Trúc Cấu trúc • SiO2 vơ định hình dạng thủy tinh • Si-H vơ định hình pin mặt trời Vật liệu bán dẫn vô định hình Fe2O3 Vật liệu bán dẫn vơ định hình. .. thái định xứ Vật liệu bán dẫn vô định hình Độ linh động, độ dẫn nhiêt, nhiệt chấ rắn VĐH Vật liệu bán dẫn vô định hình Độ linh động, độ dẫn nhiêt, nhiệt chấ rắn VĐH Vật liệu bán dẫn vơ định hình. .. rộng) • Trong hệ vơ định hình, điện tử đóng vai trò dẫn điện trạng thái trải rộng, bị giới hạn trạng thái định xứ (khơng dẫn điện) • Trong vật rắn VĐH, trạng thái trải rộng định xứ không cách