Chương I. Tổng quan về oxit bán dẫn kim loại 1. Khái niệm chất bán dẫn 2. Vật liệu bán dẫn ZnO 2.1. Cấu trúc tinh thể và một số chỉ số đặc trưng của vật liệu ZnO 2.2. Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO 3. Các tính chất của vật liệu ZnO 3.1. Tính chất cơ học 3.2. Hiệu ứng áp điện và tính chất bề mặt 3.3. Tính chất điện 3.4. Tính chất quang Chương II. Ứng dụng của oxit bán dẫn kim loại 1. Ứng dụng vật liệu nano ZnO trong cảm biến khí 1.1. Cấu tạo cảm biến khí 1.2. Cơ chế nhạy khí của cảm biến khí 2. Ứng dụng màng ZnO pha tạp Al trong pin mặt trời 2.1. Cơ chế dẫn điện của màng ZnO pha tạp Al 2.2. Ứng dụng của vật liệu ZnO trong pin mặt trời 3. Một số ứng dụng khác Chương III. Chế tạo oxit bán dẫn kim loại 1. Các phương pháp chung chế tạo vật liệu nano oxit bán dẫn kim loại bán dẫn 1.1. Phương pháp Sol – gel 1.2. Phương pháp nhiệt thủy phân 2. Chế tạo vật liệu nano ZnO trong cảm biến khí
BÁO CÁO MÔN HỌC VẬT LIỆU BÁN DẪN ĐỀ TÀI Bán Dẫn Oxit Kim Loại NỘI DUNG ĐỀ TÀI I GIỚI THIỆU VẬT LIỆU BÁN DẪN ZNO II ỨNG DỤNG III CHẾ TẠO I.GIỚI THIỆU VẬT LIỆU BÁN DẪN ZNO • Khái niệm chất bán dẫn • Chất bán dẫn chất có điện trở suất nằm khoảng - Ω.cm • Điện trở chất bán dẫn phụ thuộc vào lượng tác động bên ( nhiệt, chiếu sáng) lượng tạp chất pha tạp bên Vùng lượng chất bán dẫn : • E Vùng hóa trị (Valence band): Là vùng có lượng thấp nhất, vùng mà điện tử bị liên kết mạnh với ngun tử khơng linh động • Vùng dẫn (Conduction band): Vùng có mức lượng cao nhất, vùng mà điện tử linh động (như điện tử tự do) điện tử vùng điện tử dẫn • vùng dẫn vùng cấm Vùng cấm (Forbidden band): Là vùng nằm vùng hóa trị vùng dẫn, khơng có mức lượng điện tử khơng thể tồn vùng cấm vùng hóa trị Giản đồ lượng chất bán dẫn I Giới thiệu vật liệu bán dẫn ZnO Vật liệu bán dẫn ZnO Thơng sớ (T= 300K) • Vật liệu ZnO dạng khới chất không mùi, màu trắng hoặc vàng nhạt, không tan nước (0.00016g/100ml nước), tan axit vô pha loãng Giá tri Hằng số mạng a0 0.32469 nm c0 0.52069 nm Khối lượng riêng 5.606 g/cm Nhiệt dộ nóng chảy 2248K Hằng số điện môi 8.66 Độ rộng vùng cấm 3.4eV Nồng độ hạt dẫn bản -3 80% Sơ đồ cấu tạo pin mặt trời vật liệu CIGS Màng ZnO Transistor hiệu ứng trường (FET) : • Do khuyết tật lỗi hoặc lỗ khuyết Zn nên ZnO coi bán dẫn loại n transistor MOSFET dùng màng ZnO Màng lưu trữ quang III CHẾ TẠO • Một số phương pháp chế tạo vật liệu bán dẫn oxit kim loại : Vật liệu Hình thái Phương pháp chế tạo SnO2 Hạt, thanh, cầu rỗng… Sol–gel sử dụng PMMA, PS, Sol–gel sử dụng PS , Nhiệt thủy phân ZnO Hạt, thanh, màng, cầu rỗng… Sol–gel sử dụng cacbon, Nhiệt thủy phân, Bốc bay nhiệt WO3 Hạt, Nhiệt thủy phân, Xử lý nhiệt acid-treated SrWO4 TiO2 Hạt, Sol–gel sử dụng PS , LbL sử dụng xúc tác PS Ngưng tụ sử dụngCTAB PS, Nhiệt thủy phân, Phún xạ InO2 Hạt, Nhiệt dung môi tự sắp xếp, Tạo khuôn bề mặt Fe3O4- Hạt, Thủy nhiệt phân sử dụng PS, Lắng đọng LbL sử dụng chất CuO/Cu2O Hạt, Nhiệt thủy phân,Nhiệt thủy phân sử dụng phân tử sinh học làm xúc tác NiO Hạt, Điều chỉnh trình thủy phân chất xúc tác PSA α Fe2O3 Chế tạo vật liệu nano ZnO cảm biến khí Phương pháp nhiệt thủy phân Sơ đồ : Zn(NO3)2.6H2O 0,5M Nhiệt thủy phân Zn(OH)2 (kết tủa trắng) KOH 1.5 M ZnO III Chế tạo Chế tạo vật liệu nano ZnO cảm biến khí Quy trình a)Pha chế dung dịch KOH 1,5M • Cho 19,8g KOH (85%) vào 200ml nước khử ion khuấy phút thu dung dịch KOH 1,5M b) Chế tạo vật liệu nano ZnO • • • Cho 7,512 g Zn(NO3)2.6H2O vào 50ml dung dịch nước khử ion thu dung dịch muối Zn(NO3)2 Cho từ từ 83 ml dung dịch KOH 1,5M vào dung dịch muối cho phản ứng 15 phút thu kết tủa trắng Cho dung dịch sau phản ứng vào bình teflon sau cho vào nhiệt thủy phân 180oC 20 Sau nhiệt thủy phân để nguội tự nhiên nhiệt độ phòng sau lọc rửa nhiều lần với nước khử ion lọc sấy thu vật liệu nano ZnO III Chế tạo Chế tạo vật liệu nano ZnO cảm biến khí • Sau chế tạo, thành phẩm nano ZnO có kích thước 47 x 175 x 268 nm Ảnh chụp SEM vật liệu nano ZnO ... THIỆU VẬT LIỆU BÁN DẪN ZNO II ỨNG DỤNG III CHẾ TẠO I.GIỚI THIỆU VẬT LIỆU BÁN DẪN ZNO • Khái niệm chất bán dẫn • Chất bán dẫn chất có điện trở suất nằm khoảng - Ω.cm • Điện trở chất bán dẫn phụ thuộc... hoặc lỗ khuyết Zn nên ZnO coi bán dẫn loại n transistor MOSFET dùng màng ZnO Màng lưu trữ quang III CHẾ TẠO • Một sớ phương pháp chế tạo vật liệu bán dẫn oxit kim loại : Vật liệu Hình thái Phương... Giới thiệu vật liệu bán dẫn ZnO 5.3 Tính chất điện • Pha tạp tạo bán dẫn loại p làm giảm điện trở suất màng mỏng ZnO ứng dụng điện tử quang điện tử • Dây nano ZnO pha tạp loại n loại p tạo chuyển