Cùng với sự phát triển của xã hội, khoa học ứng dụng cũng ngày càng phát triển để có thể có thể đáp ứng nhu cầu của con người. Các nhà khoa học cũng làm việc không ngừng nghỉ để phát triển những loại vật liệu mới có những đặc tính ưu việt hơn trong quá trình phát triển này. Công nghệ bán dẫn cũng không nằm ngoài cuộc phát triển này và còn có vai trò khá quan trọng. Ban đầu khi con người phát hiện ra bán dẫn nguyên tố như Silic, Germani, Selen, Telua… đã đem lại một cuộc đại cách mạng trong ngành công nghiệp điện tử. Nhưng theo thời gian con người dẫn tìm ra càng nhiều những loại vật liệu bán dẫn khác nhau như: oxit bán dẫn, bán dẫn hữu cơ, bán dẫn hợp chất A3B5,A2B6,….. những phát kiến này đã đem lại những sự ưu việt và mở rộng ngành công nghiệp điện tử và cho những ứng dụng thiết thực phục vụ đời sống, khoa học, công nghiệp. Một trong những sự phát kiến về công nghệ bán dẫn mà nhóm chúng em đã tìm hiểu đó là vật liệu bán dẫn A2B6 và những tính chất quang nổi bật của một loại vật liệu cụ thể là Cadimium Sunphide – một loại bán dẫn A2B6. Dựa vào bài giảng trên lớp của thầy Nguyễn Hữu Lâm, các bài báo các của các nhóm trong lớp, một số nguồn thông tin tham khảo trên các báo mạng và sách vở, nhóm chúng em xin được trình bày về những kiến thức đã thu được về đề tài: Vật liệu bán dẫn A2B6 – Vật liệu Cadimium Sunphide, với bố cục gồm 5 phần như sau: Mở đầu Giới thiệu chung bán dẫn hợp chất A2B6 Vật liệu Cadimiun Sunphide Ứng dụng của Cadimiun Sunphide Kết luận
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT ******** Báo cáo môn học Đề tài: Vật liệu bán dẫn A2B6 - Vật liệu Cadimium Sunphide ứng dụng Mục Lục I Giới thiệu chung hợp chất A2B6 Đặc điểm cấu trúc hợp chất A2B6 Cấu trúc vùng lượng hợp chất A2B6 II Vật liệu Cadimium Sunphide (CdS) Giới thiệu chung .8 Các cấu trúc tinh thể III Các ứng dụng Cadimiun Sunphide .10 Ứng dụng làm cảm biến quang học .10 Ứng dụng sản xuất pin mặt trời 11 Ứng dụng để đánh dấu hàng hóa, vật mẫu y tế 12 IV Kết luận 13 Mở đầu Cùng với phát triển xã hội, khoa học ứng dụng ngày phát triển để có thể đáp ứng nhu cầu người Các nhà khoa học làm việc không ngừng nghỉ để phát triển loại vật liệu có đặc tính ưu việt q trình phát triển Cơng nghệ bán dẫn khơng nằm ngồi phát triển cịn có vai trị quan trọng Ban đầu người phát bán dẫn nguyên tố Silic, Germani, Selen, Telua… đem lại đại cách mạng ngành công nghiệp điện tử Nhưng theo thời gian người dẫn tìm nhiều loại vật liệu bán dẫn khác như: oxit bán dẫn, bán dẫn hữu cơ, bán dẫn hợp chất A 3B5,A2B6, … phát kiến đem lại ưu việt mở rộng ngành công nghiệp điện tử cho ứng dụng thiết thực phục vụ đời sống, khoa học, công nghiệp Một phát kiến cơng nghệ bán dẫn mà nhóm chúng em tìm hiểu vật liệu bán dẫn A 2B6 tính chất quang bật loại vật liệu cụ thể Cadimium Sunphide – loại bán dẫn A 2B6 Dựa vào giảng lớp thầy Nguyễn Hữu Lâm, báo nhóm lớp, số nguồn thơng tin tham khảo báo mạng sách vở, nhóm chúng em xin trình bày kiến thức thu đề tài: Vật liệu bán dẫn A2B6 – Vật liệu Cadimium Sunphide, với bố cục gồm phần sau: - Mở đầu Giới thiệu chung bán dẫn hợp chất A2B6 Vật liệu Cadimiun Sunphide Ứng dụng Cadimiun Sunphide Kết luận Cùng với cố gắng nhóm, chúng em xin cảm ơn hướng dẫn thầy giáo Nguyễn Hữu Lâm – giảng viên môn học “ Vật liệu bán dẫn” giúp đỡ, góp ý bạn lớp q trình nhóm tìm hiểu trình bày đề tài Xin chân thành cảm ơn I Giới thiệu chung hợp chất A2B6 Các hợp chất A2B6 chất cấu tạo từ nguyên tố nhóm II nhóm VI Tuy nhiên xét hợp chất cấu tạo từ nguyên tố thuộc phân nhóm IIb Zn, Cd, Hg với nguyên tố thuộc phân nhóm VIb S, Se, Te Trong thực tế người ta tập trung nghiên cứu nhiều vào chín hợp chất cấu tạo từ nguyên tố VIb halogen S, Se,Te với nguyên tố nhóm IIb Zn, Cd, Hg Đặc điểm cấu trúc hợp chất A2B6 Các hợp chất A2B6 thường kết tinh vào hai dạng thù hình chính: lập phương giả kẽm lục giác wurzite, xếp có đặc trưng tứ diện (tetrahedral) ngun tố nhóm IV (Si,Ge) Hình 1: Cấu trúc giả kẽm Hình 2: Cấu trúc Wurzite Các dạng thù hình hợp chất A2B6: ZnS: - Dạng wurzite bền nhiệt độ cao - Dạng giả kẽm lập phương nhiệt độ thấp, nhiệt độ chuyển từ giả kẽm sang wurzite xảy 1020oC ZnSe: - Tinh thể giả kẽm lập phương kết tinh từ pha nhiệt độ khoảng 1120oC – 1200oC - Người ta chế tạo ZnSe dạng wurzite số mạng tinh thể thực nghiệm khác sai lệch nhiều ZnTe: - Thường kết tinh dạng giả kẽm lập phương - Người ta nhận tinh thể ZnTe dạng lục giác CdS: - Có thể nhận CdS lục giác (màu đỏ) - Có thể nhận CdS lập phương (màu vàng) CdSe: - Ở nhiệt độ cao kết tinh dạng wurzite - Ở nhiệt độ phòng dạng giả kẽm, nhiệt độ 130 oC chuyển dần sang lục giác CdTe: - Thường kết tinh dạng giả kẽm - Dạng lục giác nhận chế tạo dạng màng mỏng Đơn tinh thể lục giác thường chuyển dần sang dạng lập phương HgS: - Kết tinh dạng giả kẽm - Không nhận dạng wurzite Cấu trúc vùng lượng hợp chất A2B6 Với tinh thể giả kẽm (lập phương tâm mặt) vùng Brillouin có dạng khối 14 mặt Với tinh thể loại wurzite (lục giác) vùng Brillouin có dạng khối lục lăng trụ mặt Vùng lượng A2B6 với cấu trúc giả kẽm, nghiên cứu tinh thể với liên kết đồng hóa trị có nhiễu loạn đưa đến số kết luận: Vùng cấm có xu hướng rộng theo chiều hướng từ nguyên tố nhóm IV A3B5 A2B6 Trạng thái thấp nhấp vùng dẫn điểm đối xứng, có chiều hướng trạng thái s Đối với hợp chất A2B6 có xu hướng có vùng cấm thẳng với cực trị vector K=0 - Bề rộng vùng cấm giảm số điện tích trung bình hạt nhân tăng Vùng lượng chất A2B6 kết tinh dạng wurzite ZnS biểu diễn hình Đối với cực tiểu vùng dẫn cực đại vùng hóa trị số bán dẫn A2B6 ta có số nhận xét sau: CdTe: Cực tiểu vùng dẫn có mặt đẳng mặt cầu với m* = 0.11m o K=0 Cực đại vùng hóa trị K=0 vùng cấm thẳng - ZnSe: Cực tiểu vùng dẫn K=0, vùng cấm thẳng với m*=0.15 mo - ZnTe: Cực đại vùng hóa trị K=0, vùng cấm thẳng - ZnS: Vùng cấm thẳng k=0 CdS: Cực tiểu K=0 CdS lập phương m*=0,22 m o Đối với lục giác ml=0.151 mo, mt=0.171 mo Vùng cấm thẳng - CdTe: Vùng lượng giống CdS Hình 3: Giản đồ quan hệ số mạng với bề rộng vùng cấm hợp chất A2B6 Như đa số hợp chất A 2B6 bán dẫn vùng cấm thẳng, chúng dùng nhiều lĩnh vực vật liệu phát quang Như hình thể giản đồ lượng bán dẫn A 2B6, ta nhận thấy cực đại vùng hóa trị cực tiểu vùng dẫn nằm vùng Brillouin nên dễ dàng xảy trình tái hợp xạ điện tử lỗ trống cần yêu cầu lượng cung cấp lớn lượng vùng cấm, mà không cần thay đổi xung lượng giống bán dẫn Silic Đây ưu điểm bán dẫn hợp chất so với bấn dẫn thuần, ngày có nhiều nghiên cứu vầ tính chất ứng dụng loại bán dẫn Sau xin trình bày loại bán dẫn cụ thể CdS tính chất,đặc điểm ứng dụng Hình 4: Giản đồ lượng dạng cấu trúc vật liệu A2B6 II Vật liệu Cadimium Sunphide (CdS) Giới thiệu chung Trong giới nano, Cadmium Sulphide (CdS) nhà khoa học nghiên cứu chế tạo phương pháp khác có cơng trình nghiên cứu tính chất hạt nano CdS Dưới xin trình bày vài nét sơ CdS Cadimium Sulphide có màu vàng, tự nhiên có mặt loại khoáng vật Greenokite Hawleyite Cadimium Sulphide chất bán dẫn có vùng cấm trực tiếp với độ rộng vùng cấm Eg= 2,42 eV Nằm hợp chất VI-II có tầm quan trọng nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực đời sống Sau thơng số thể đặc tính vật lý Cadimium Sulphide liệt kê bảng Bảng 1: Các thông số Cadimiun Sunphide Các cấu trúc tinh thể Trong mạng tinh CdS, Các nguyên tử Cd S liên kết với theo cấu trúc tuần hồn Tinh thể CdS có hai dạng cấu trúc mạng tinh thể wurzite mạng tinh thể giả kẽm Tuỳ thuộc vào nhiệt độ nung mà ta thu CdS có cấu trúc khác nhau, nhiệt độ nung từ 950oC CdS có cấu trúc giả kẽm, nhiệt độ từ 950oC đến 1020oC có khoảng 70% CdS có cấu wurzite Nhiệt độ từ 1020oC đến 1200oC CdS hồn tồn dạng wurzite Hình 5: Mơ hình trực quan cấu trúc CdS III Các ứng dụng Cadimiun Sunphide Ứng dụng làm cảm biến quang học Nhờ có tính chất đặc biệt kích cỡ nano, Cadimium Sulphide ngày quan tâm, chiếm ưu trở thành vật liệu có tầm quan trọng ứng dụng rộng rãi số lĩnh vực Các nhà khoa học Phần Lan nghiên cứu chế tạo cảm biến từ màng CdS có đặc tính quang điện nên thích hợp để chế tạo thiết bị nhạy quang nhạy quang điện Họ chế tạo màng CdS dày 115 nm 268 nm phương pháp PVD 700ºC mơi trường có mặt khí NO 2, SO2, NH3 H2S Với mẫu họ có điện trở lớn khoảng 200 GΩ 10 Hình 7: CdS cấu trúc pi mặt trời đa lớp làm tăng hiệu suất quang Bảng 2: Hiệu suất điện vật liệu PMT Ứng dụng để đánh dấu hàng hóa, vật mẫu y tế Ứng dụng quan trọng hạt nano CdS dung để đánh dấu hàng hóa, chứng từ tiền giấy nhằm chống làm giả, dùng để tiêm vào thể động vật để quan sát, chụp ảnh quan tế bào… Ngồi cịn ứng dụng việc dò ung thư, đưa thuốc đến tế bào ung thư 12 Hình 8: Nhờ vào tính chất quang, hạt nano CdS ứng dụng nhiều việc phát tiền giả đánh dấu, quan sát quan tế bào IV.Kết luận Trên nhóm trình bày cách tổng quan vật liệu bán dẫn A2B6 tính chất quang, vùng lượng đặc điểm cấu trúc chung Về vấn đề cụ thể, nhóm trình bày vật liệu Cadimium Sunphide, loại bán dẫn A2B6 có nhiều ứng dụng thực tế hữu ích Qua trình bày, có nhìn tổng quan đặc điểm cấu trúc, lượng vùng cấm, thông số vật lý chứng tỏ cho khản ứng dụng lĩnh vực quang vật liệu Tuy nhiên thời lượng mơn học q trình tìm hiểu có hạn, nên cịn nhiều vấn đề mà nhóm chưa sâu tìm hiểu kĩ lưỡng, mong nhận góp ý nhận xét thầy giáo bạn để nhóm hồn thiện báo cáo nhóm Chúng em xin chân thành cảm ơn 13 Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình Vật lý bán dẫn, Phùng Hồ-Phan Quốc Ngơ, 2001, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] http://hocday.com/nghin-cu-ph-hp-th-hng-ngoi-ca-cc-ht-nano-zns-pha-tpmn.html [3] http://luanvan.co/luan-van/che-tao-va-khao-sat-tinh-chat-phat-quang-cuahat-nano-cds-364 [4] Synthesis, optoelectronic properties and photoelectrochemical performance of CdS thin films, 2012, P.A.Chate-SS.Patil [5] Formation of the bandgap energy on CdS thin films growwth by two diferent techniques, 2001, A.I.Oliva-O.Solis Canto [6] Synthesis and characterization of CdS n-Type of semiconductor thin films having nanometer grain size, 2009, S.S.Kawar-B.H.Pawar 14 ZnO Các cấu trúc nano kẽm oxit (ZnO) thu hút quan tâm to lớn năm gần có nhiều tính chất lý thú khiến cho vật liệu ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghệ Thực tế ZnO vật liệu hút có nhiều đặc tính quí báu Kẽm oxide (ZnO) loại hợp chất chất bán dẫn II-VI (II-VI compound semiconductor) với độ rộng vùng cấm lớn, lượng liên kết exciton lớn, độ bền hóa học cao, tương thích sinh học, áp điện, hiệu ứng quang phi tuyến Hơn nữa, chuyển từ dạng khối sang dạng cấu trúc nano, lơi vật liệu cịn tăng cao ngồi tính chất riêng vật liệu ZnO cịn có tính chất cấu trúc thấp chiều Do vật liệu ZnO dạng pha tạp sở ZnO, gần nhiều nhà khoa học nước quan tâm nhiều Với u cầu phát triển cơng nghiệp hố đất nước, việc nghiên cứu tổng hợp vật liệu bán dẫn ZnO hợp chất sở ZnO ứng dụng vào lĩnh vực xúc tác quang hoá, sensor khí, sensor điện hố xúc tác xử lý mơi trường cần thiết có ý nghĩa mặt lý thuyết thực hành I Giới thiệu vật liệu nano ZnO Từ lâu ZnO đóng vai trò quan trọng sống, người La Mã sử dụng làm sản phẩm phụ q trình luyện đồng thau thuốc mỡ Đến kỷ XIII nhà khoa học Đức Cramer khám phá : ta đốt cháy kẽm kim loại thu kẽm oxit Đến năm 1781 Pháp bắt đầu điều chế kẽm oxit Đến năm 1840 người ta bắt đầu áp dụng phương pháp để sản xuất kẽm oxit rộng rãi Vậy kẽm oxit gì? ZnO tinh thể hình thành từ nguyên tố nhóm II (Zn) nguyên tố nhóm VI (O), lượng liên kết chủ yếu lượng Madelung ZnO có tính chất hứa hẹn khả ứng dụng cao: có cấu trúc vùng vấm thẳng, lượng liên kết exiton vào khoảng 60meV- nhiều GaN(25meV) lượng nhiệt nhiệt độ phòng 26(meV) Năng lượng đảm bảo phát xạ exiton hiệu nhiệt độ phòng ZnO hợp chất ion có cấu trúc mạng sáu phương xếp chặt Ô sở mạng sáu phương xếp chặt khối lăng trụ lục giác với số mạng a = 3,24265 A, c = 5,1948 Ao , có nguyên tử Zn hai nguyên tử O đơn vị hexagonal hình Năng lượng vùng cấm trực tiếp rộng ZnO làm cho trở thành vật liệu quan trọng ứng dụng quang điện tử lượng kích thích lớn làm cho ứng dụng thiết bị tái kết hợp kích thích ZnO chất bán dẫn phân cực với hai mặt phẳng tinh thể có cực trái lượng bề mặt khác dẫn đến tốc độ phát triển cao dọc theo trục c, kết tạo thành cấu trúc sợi II Cấu trúc tinh thể nano ZnO 15 Ở điều kiện thường cấu trúc ZnO tồn dạng Wurtzite Mạng tinh thể ZnO dạng hình thành sở hai phân mạng lục giác xếp chặt cation Zn2+ anion O2- lồng vào khoảng cách 3/8 chiều cao Mỗi ô sở có hai phân tử ZnO có hai nguyên tử Zn nằm cở vị trí (0,0,0) ; (1/3;1/3;1/3) hai nguyên tử oxi nằm vị trí (0,0,u) ; (1/3;1/3;1/3+u) với u=3/8 Mỗi nguyên tử Zn nằm liên két với nguyên tư O nằm đỉnh tứ diện gần Ngoài điều kiện đặc biệt tinh thể ZnO cịn tồn cấu trúc như: lập phương giả kẽm nhiệt độ cao hay cấu trúc lập phương kiểu NaCl môi trường áp suất cao III ZnO pha tạp Năng lượng Madelung hợp chất ion lượng liên kết chủ yếu định ổn định cấu trúc tinh thể hợp chất này, tạp chất có khuynh hướng làm tăng lượng Madelung làm cho tinh thể có khuynh hướng không ổn định thay đổi lượng Madelung ZnO theo loại tạp chất 16 đưa vào: Năng lượng Madelung hợp chất ion lượng liên kết chủ yếu định ổn định cấu trúc tinh thể hợp chất này, tạp chất có khuynh hướng làm tăng lượng Madelung làm cho tinh thể có khuynh hướng khơng ổn định III.1 ZnO loại p Theo lý thuyết, để tạo bán dẫn loại p chọn ngun tố nhóm I hay nhóm V làm chất pha tạp Chúng ngun tố thay vị trí Zn hay O mạng tin thể ZnO, đồng thời thiếu điện tử so với nguyên tố mà thay , thu bán dẫn loại p Các nguyên tố pha tạp bán dẫn loại p phù hợp N Li Khi pha tạp tạp chất vào tinh thể ZnO, làm thay đổi lượng Madelung ZnO Trong tạp chất pha tạp loại p, ZnO:Li tăng lượng Madelung 12,61eV, cao phá hủy tinh thể tăng ZnO:N 0,79eV chấp nhận dùng để chế tạo ZnO loại p ZnO pha tạp N Một yếu tố quan trọng định thành công hay thất bại việc chế tạo bán dẫn loại p ZnO: N hòa tan vào tinh thể ZnO N trạng thái Nitơ hòa tan mạng tinh thể ZnO./ Nitơ độ hòa tan vào mạng tinh thể gây thay đổi định bên mạng tinh thể ZnO Khi pha tạp chất Nitơ vào tinh thể ZnO làm thay đổi số mạng Có thể lí giải điều sau: vào mạng tinh thể ngun tử Nitơ có bán kính nhỏ bán kính nguyên tử Oxy, điều làm cho độ dài liên kết Zn-N nhỏ độ dài liên kết Zn-O, số mạng giảm mạnh Ngồi thay đổi hằnng số mạng, N ZnO làm thay đổi tính chất quang màng Điều dễ nhận thấy thay đổi phổ truyền qua màng Ta nhận thấy: So với màng ZnO thuần, màng ZnO: N có: Bờ hấp thụ dịch chuyển phía ánh sáng có bước sóng dài, Độ truyền qua thấp Phổ truyền qua màng mỏng ZnO 17 Ngoài pha tạp N vào ZnO làm thay đổi mật độ trạng thái vật liệu ZnO III.2 ZnO loại n Theo lý thuyết, để tạo bán dẫn loại p chọn ngun tố nhóm III làm chất pha tạp ZnO pha tạp loại Ga Khi pha tạp Ga vào mạng tinh thể ZnO : ion có bán kính xấp xỉ gần ( 0,53A0 0,72A0 ) ion dễ thay mà không phân biệt cấu trúc đơn vị cấu thành Mỗi ion thay vào vị trí cho electron tự => ZnO : Ga bán dẫn loại n Màng ZnO-Ga tạo phương pháp phún xạ magnetron có điện trở suất khoảng 4-5 x 10-4 Ωcm , độ truyền qua trung bình vùng khả kiến T ~ 85% Màng cho tính chất quang điện tốt phún xạ nhiệt độ phịng Tính chất điện màng cho thấy màng bị ảnh hưởng bắn phá ion âm, có độ bền nhiệt tốt xử lý môi trường không khí, điều lí giải dựa bán kính ion tạp chất so với bán kính ion nguyên tử dẫn đến hoà tan rắn thay tốt Bia-đế bố trí song song nên vận tốc tạo màng cao, độ đồng điện trở tốt, tiết kiệm vật liệu, dễ dàng ứng dụng cơng nghiệp IV Tính chất ứng dụng vật liệu ZnO IV.1 Tính chất ZnO a Tính chất vật lý Ở điều kiện thường ZnO trạng thái rắn, có độ bền tốt nhiệt độ nóng chảy cao ZnO cá giá thành rẻ lại không gây độc hại b Cấu trúc vùng lượng ZnO Tinh thể ZnO có đặc điểm chung hợp chất A2B6 có vùng cấm thẳng: cực đại vùng hóa trị cực tiểu vùng dẫn nằm giá trị k = 1.1.3 c Phổ huỳnh quang vật liệu ZnO - Vùng tử ngoại: Ở nhiệt độ thường quan sát đỉnh gần bờ hấp thụ 380 nm Dải đỉnh phổ từ 390 nm đến 410 nm tồn với loại mẫu - Vùng xanh: Đỉnh phổ huỳnh quang 500 nm nằm dải xuất chuyển mức điện tử xuống donor - Vùng vàng cam: Nằm dải phổ 620 nm - Vùng đỏ: Đỉnh 663.3nm d Tính chất điện vật liệu ZnO 18 ZnO bán dẫn loại n không pha tạp, tồn sai hỏng tự nhiên nút khuyết oxy nguyên tử kẽm điền kẽ IV.2 Ứng dụng vật liệu ZnO a Trong công nghiệp Ứng dụng quan trọng kẽm oxit cơng nghiệp dùng sản xuất cao su Theo khảo sát, khoảng 50% ZnO sử dụng ngành Theo Oxit kẽm với axit stearic sử dụng lưu hóa cao su; ZnO phụ gia bảo vệ cao su từ nấm ánh sáng UV Trong công nghiệp bê tông: oxit kẽm sử dụng rộng rãi cho bê tông sản xuất Bổ sung ZnO cải thiện thời gian xử lý sức đề kháng bê tông chống lại nước Sơn có chứa bột oxit kẽm từ lâu sử dụng làm lớp phủ chống ăn mòn kim loại Chúng đặc biệt hiệu sắt mạ kẽm Sắt khó khăn để bảo vệ phản ứng với lớp phủ hữu dẫn đến độ giịn, thiếu kết dính Sơn oxit kẽm giữ lại tính linh hoạt tuân thủ họ bề mặt Ngồi ra, kẽm oxit cịn ứng dụng công nghiệp điện tử, thức ăn chăn nuôi, thủy sản… b Trong y tế ZnO dùng để sản xuất calamin dùng để dưỡng da dùng điều trị nha khoa ZnO dùng sản xuất thuốc mỡ khử trùng, kem bôi, kem dưỡng da, kem chống nắng bảo vệ da khỏi tác hại tia cực tím ánh nắng mặt trời với ưu điểm bật không gây hại da, khơng gây mụn Ngồi ra, cịn dùng phấn em bé chống phát ban trẻ em mang tả, dùng dầu gội trị gàu, trị nấm da đầu, thể thao dùng thuốc bào chế từ ZnO để thoa lên mô mềm nhằm hạn chế tổn thương tập luyện c ngành thực phẩm Trong thực phẩm: Oxit kẽm thêm vào nhiều sản phẩm thực phẩm, bao gồm ngũ cốc ăn sáng, nguồn kẽm, chất dinh dưỡng Một số thực phẩm đóng gói sẵn bao gồm lượng nhỏ ZnO chí không dự định chất dinh dưỡng Bên cạnh đó, với đặc tính oxit khử mùi kháng khuẩn cao nên thường thêm vào vải bông, cao su, bao bì thực phẩm chất bảo vệ hiệu Oxit kẽm thành phần lọc thuốc để loại bỏ thành phần lựa chọn từ khói thuốc Một lọc bao gồm than ngâm tẩm với oxit kẽm oxit sắt loại bỏ lượng đáng kể HCN từ khói thuốc mà khơng ảnh hưởng đến hương vị V Chế tạo màng mỏng nano ZnO Màng mỏng ZnO chế tạo nhiều phương pháp khác như: • Bốc bay chân khơng • Phún xạ nhiệt phân • Phún xạ chùm ion • Lắng đọng bể hóa học, • Sol-gel, quay phủ • … 19 Trong phương pháp Sol-gel, quay phủ phương pháp dễ chế tạo Đối với phương pháp quay phủ , đế đặt bề mặt phẳng quay quanh trục vng góc với mặt đất Dung dịch đưa lên đế tiến hành quay ly tâm, tán mỏng màng bay dung dịch dư Phủ quay phương pháp tạo màng đơn giản tốn kém, màng tạo đồng có độ dày tương đối lớn Điều kiện tiên q trình phủ màng Sol–gel là: phịng thí nghiệm phải sạch, dung dịch phủ màng lọc đế thuỷ tinh số thiết bị phải rửa V.1 Hệ Sol _Gel Precursor: + Là phần tử ban đầu để tạo hạt keo + Công thức chung precursor: M(OR)x + Với: M: kim loại, R: nhóm ankyl có cơng thức CnH2n+1 • Hệ sol: Hệ sol + Hệ hạt phân tán,kích thước: 0,1 → 1μm + Các hạt chuyển động Brown, va chạm + Lực tương tác giữacác hạt: Van der Waals • Hệ gel: Sau thời gian, hạt sol hút (có thể tác động ngoại lực), đông tụ chuyển thành gel Để tạo màng từ sol-gel có phương pháp : nhúng-phủ, quay-phủ, phun phủ V.2 Các Bước tạo màng ZnO Bước 1: Tạo dung dịch sol-gel ZnO a Chuẩn bị Hóa chất 20 Hệ gel TT Tên hóa chất Ký hiệu Kẽm acetat Zn(CH3COO)2 Sodium dodecyl sulfate SDS; 99% oethanolamine MEA diethanolamine DEA [NH(CH2 CH2OH)2] Ethanol C2H5OH Nước deion hóa H2O Sản xuất Ghi b.Dụng cụ cần thiết Hệ quay phủ Khuấy từ gia nhiệt Dụng cụ thủy tinh Bước 2: Làm đế Trước tạo lớp mầm , phải đảm bảo đế “ “ để chất lượng lớp phủ tốt Vì có cơng đoạn xử lý bề mặt xin trình bày hai quy trình rửa đế phổ biến : Quy trình rửa đế thủy tinh Quy trình rửa đế Silic QUY TRÌNH RỬA ĐẾ THỦY TINH Đế sử dụng đế thủy tinh SUPERIOR (Germany) kích thước 10 2,5 cm Trước sử dụng, đế xử lý theo quy trình sau: 1) Ngâm hỗn hợp dung dịch HNO3 65% nước với tỉ lệ thể tích 1:10, t= 10 min, nhiệt độ phòng 2) Ngâm nước siêu tinh khiết, t=10 min, nhiệt độ phòng 3) Rửa cồn tuyệt đối bể siêu âm f= 1KHz, t=10 min, nhiệt độ phòng 4) Rửa nước siêu tinh khiết bể siêu âm f= 1KHz, t=10 min, nhiệt độ phòng 21 5) Sấy đèn hồng ngoại t=10 QUY TRÌNH RỬA ĐẾ SILIC Đế sử dụng đế Si (100) cắt với kích thước 1,0 1,0 cm Trước sử dụng, đế xử lý theo quy trình sau: Ngâm dung dịch hỗn hợp HF 65% nước với tỉ lệ thể tích 1:10, t= 10 min, nhiệt độ phịng Ngâm nước siêu tinh khiết, t=10 min, nhiệt độ phòng Rửa acetone bể siêu âm f= 1KHz, t=10 min, nhiệt độ phòng Rửa nước siêu tinh khiết bể siêu âm f= 1KHz, t=10 min, nhiệt độ phòng Sấy đèn hồng ngoại t=10 Bước 3: Quay phủ 1, Nhỏ hỗn hợp chất chuẩn bị từ từ cho phủ hết bề mặt đế mà không để bị rơi ngồi 2, Tiến hành quay ly tâm (1500 vịng / phút 30 giây tương ứng) hỗn hợp chất phủ kín mặt đế 3, Các hạt ZnO bám vào bề mặt đế, phần dung dịch bị bay 4, Lặp lại bước đến đạt màng mong muốn Quy trình 22 Áp dụng cho đế Thủy tinh 1.5 g kẽm acetat hòa tan 100ml dung dịch cồn tuyệt đối Hỗn hợp khuấy 600C 1h, dung dịch trở nên suốt đồng Tiến hành quay phủ với tốc độ v = 3200 rpm thời gian t = 30 giây Sấy nhiệt độ T = 1000C khoảng thời gian t = 30 phút Lặp lại trình quay phủ hai lần Nung nhiệt độ T = 4000C khoảng thời gian t = 2h thu màng ZnO Áp dụng cho đế Silic 1.5 g kẽm acetat hòa tan 100ml dung dịch cồn tuyệt đối DEA MEA cho từ từ vào dung dịch cho DEA /Zn = 1:1 ( tỉ lệ mol) Hỗn hợp khuấy 600C 1h, dung dịch trở nên suốt đồng Tiến hành quay phủ với tốc độ v = 3200 rpm thời gian t = 30 giây Sấy nhiệt độ T = 1000C khoảng thời gian t = 30 phút Lặp lại trình quay phủ hai lần Nung nhiệt độ T = 4000C khoảng thời gian t = 2h thu màng ZnO Bước 4: ủ nhiệt Màng mang ủ để loại bỏ dung môi chất hữu dư Nhiệt độ ủ thơng số ảnh hưởng đến đặc tính cấu trúc màng 23 Hình Màng ZnO ủ 200 C V.3 Ưu nhược điểm phương pháp Ưu điểm - Có thể tạo màng phủ liên kết mỏng để mang đến dính chặt tốt vật kim loại màng - Có thể tạo màng dày cung cấp cho q trình chống ăn mịn - Có thể phun phủ lên hình dạng phức tạp - Có thể sản xuất sản phảm có độ tinh khiết cao - Là phương pháp hiệu quả, kinh tế, đơn giản để sản xuất màng có chất lượng cao - Có thể tạo màng nhiệt độ bình thường Nhược điểm - Sự liên kết màng yếu - Độ chống mài mịn yếu - Rất khó để điều khiển độ xốp - Dễ bị rạn nứt xử lí nhiệt độ cao - - Chi phí cao vật liệu thơ Hao hụt nhiều q trình tạo màng VI Kết luận ZnO vật liệu có rẻ dễ chế tạo khơng gây độc hại, có nhiều ứng dụng công nghiệp, đời sống y tế Hiện giới có nhiều cơng trình nghiên cứu chế tạo ZnO Hi vọng tương lai khơng xa có đột phá vật liệu ZnO để ZnO trở thành vậ liệu vơ có ích cho người 24 VII.Tài liệu tham khảo http://hueuni.edu.vn/sdh/attachments/article/979/1.%20VoTrieuKhai_TomT at.pdf http://luanvan.co/luan-van/che-tao-va-nghien-cuu-tinh-chat-quang-cua-vatlieu-nano-zno-60952/ http://repository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/9517/1/01050000813.pdf http://hoachatsaomai.com/san-pham/hoa-chat/kem-oxit http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina %20tren %20lop/Mang_mong/SERMINAR/New_1/Mang_mong_ZnO_loai_n.pdf 25 26 ... công nghiệp Một phát kiến cơng nghệ bán dẫn mà nhóm chúng em tìm hiểu vật liệu bán dẫn A 2B6 tính chất quang bật loại vật liệu cụ thể Cadimium Sunphide – loại bán dẫn A 2B6 Dựa vào giảng lớp thầy... khối sang dạng cấu trúc nano, lơi vật liệu cịn tăng cao ngồi tính chất riêng vật liệu ZnO cịn có tính chất cấu trúc thấp chiều Do vật liệu ZnO dạng pha tạp sở ZnO, gần nhiều nhà khoa học nước... ngành công nghiệp điện tử Nhưng theo thời gian người dẫn tìm nhiều loại vật liệu bán dẫn khác như: oxit bán dẫn, bán dẫn hữu cơ, bán dẫn hợp chất A 3B5,A2B6, … phát kiến đem lại ưu việt mở rộng