Chế tạo và nghiên cứu vật liệu màng mỏng dẫn điện zno pha tạp

ĐAI HOC QUOC GIA HÀ N®I TRƯèNG ĐAI HOC KHOA HOC TU NHIÊN Nguyen Văn Sơn CHE TAO VÀ NGHIÊN CÚU V¾T LIfiU MÀNG MONG DAN ĐIfiN ZnO PHA TAP LUắN VN THAC S KHOA HOC H Nđi 2020 ĐAI HOC QUOC GIA HÀ N®I TRƯèNG ĐAI HOC KHOA HOC TU NHIÊN Nguyen Văn Sơn CHE TAO VÀ NGHIÊN CÚU V¾T LIfiU MÀNG MONG DAN ĐIfiN ZnO PHA TAP Chuyên ngành: V¾t lý Chat ran Mã so: 60440104 LU¾N VĂN THAC SĨ KHOA HOC NGƯèI HƯéNG DAN KHOA HOC: TS Pham Nguyên Hai Lài cam ơn Trưác het, em xin gui lài cam ơn sâu sac tái Thay giáo TS Pham Nguyờn Hai, Bđ mụn Vắt lý Chat ran – Khoa V¾t lý – Trưàng Đai hQc Khoa HQc Tn nhiên – Đai HQc Quoc Gia Hà N®i Tù nhung tháng năm HQc chuyên ngành b¾c đai HQc, cho đen nhung năm HQc cao HQc, em rat may man đưac làm HQc trò cua Thay Trong suot ca q trình HQc cua em, Thay t¾n tình chs bao cho em, tao đieu ki¾n thu¾n lai cho em đ®ng viên em rat nhieu, nhat giai đoan thnc hi¾n đe tài nghiên cúu, đe em có the hồn thành đưac lu¾n văn Khơng tù ngu có the dien ta het lịng kính trQNG biet ơn cua em vái Thay Em kính chúc Thay th¾t nhieu súc khóe đe dìu dat nhung sinh viên, HQc viên tiep theo, em chúc Thay có th¾t nhieu niem vui sn thành cơng cơng vi¾c giang day nghiên cúu khoa HQc Tiep theo, em xin gui lài cam ơn chân thành đen Cô giáo ThS Tran Th% NGQc Anh Cô hưáng dan em, cho em nhung lài khuyên, kinh nghi¾m quý báu Nhung lài đ®ng viên cua giúp em rat nhieu nhung em g¾p khó khăn q trình thnc nghi¾m Em kính chúc Cơ vui vé ngày tré trung Em xin cam ơn thay cụ, cỏc anh ch% Bđ mụn Vắt lý Chat ran, Bđ mụn Vắt lý cng, Trung tõm Khoa HQc V¾t li¾u, thay cua Trưàng Đai HQc Vi¾t Nh¾t, Vi¾n Hàn lâm Khoa HQc Cơng ngh¾ Vi¾t Nam tao đieu ki¾n cho em che tao mau giúp em đo đac, khao sát mau; đe em có so li¾u sám nhat có the, giúp em mau chóng hồn thành lu¾n văn Xin cam ơn em Đinh Tien Nam gui em m®t lài chào thân thiet Hai anh em ta HQc trò cua thay Pham Nguyên Hai, làm thnc nghi¾m Anh cam ơn em rat nhieu nhi¾t tình giúp anh suot q trình thnc nghi¾m vat va ay Chúc em thành cơng sn nghi¾p Và tù t¾n đáy lịng, xin gui lài cam ơn đen bo me em Gia đình ln ln bên canh con, nguon đ®ng lnc khơng bao già vơi thúc đay ve phía trưác Ngàn lài yêu thương gui đen Gia đình mình! Cuoi cùng, lu¾n văn cua em đưac thnc hi¾n vái sn hő tra tù đe tài Nghiên cúu che tao cau trúc nano lõi/vó cua đong oxit/kim loai quý úng dnng làm cam bien đo m®t so chat đ®c thnc pham (Preparation of copper oxides/noble metals core/shell nanos- tructures for sensing some toxicants in food at low concentration) – Mã so: 103.02- 2017.351 Em xin chân thành cam ơn! Trân trQNG! Hà N®i, tháng năm 2020 i Lài ma đau Trong nhieu năm qua, chúng kien sn quay tro lai, sau mo r®ng nhanh chóng, nhung nghiên cúu ve oxit kem (ZnO) vói vai trũ l mđt chat bỏn dan Nguon nguyờn liắu doi khơng đ®c vói súc khoe mơi trưịng, sn san có cna khoi đơn tinh the lón chat lưong cao, sn phát quang manh đưoc the hi¾n thiet b% laser bơm quang HQ c trien vQNG kiem soỏt đ dan iắn cna nú, cựng vói giá thành re thúc đay nghiên cúu áp dung ZnO cho thiet b% đi¾n tu quang tu đ linh đng iắn tu cao, đ dan nhiắt cao, vùng cam r®ng chuyen múc thang, lưong liờn ket exciton lún tai nhiắt đ phũng lm cho ZnO phù hop vói nhieu loai thiet b%, bao gom transistor màng mong suot, cam bien quang, diode phát quang (LED) diode laser hoat đ®ng vùng màu xanh lam cnc tím cna quang phő Đ¾c bi¾t ZnO có tiem lón có the thay the TiO2 có lưong vùng cam tương tn giỏ thnh rat re, khụng gõy đc lờn sinh vắt M¾c dù có nhung phát trien nhanh chóng gan đây, vi¾c kiem sốt tính dan đi¾n cna ZnO van mđt thỏch thỳc lún Mắc dự mđt so nhúm nghiờn cúu báo cáo đat đưoc ZnO loai p, van có nhung van đe liên quan đen đ® tái lắp cna ket qua v tớnh n %nh cna đ dan loai p Ngay ca nguyên nhân không chn ý cna đ® dan loai n thưịng thay ZnO che tao van cũn ang oc thao luắn Mđt cỏch tiep c¾n đe giai quyet van đe nuôi đơn tinh the khoi màng màng mong chat long cao, ú khuyet tắt v nong đ tap chat đưoc kiem sốt Có nhieu tap chat có the pha vào v¾t li¾u ZnO đe thay đői nhung tính chat n®i tai cna màng ZnO, làm tăng đ dan iắn, tng kha nng phỏt quang, tng đ truyen qua, tăng đ® hap thu hong ngoai tùy thu®c vào úng dung thnc tien cna tùng màng pha tap Hai tap chat Cu Si thu hút đưoc sn ý thòi gian qua boi kha tao màng mong ZnO vói nhung tính chat đi¾n quang nhieu húa hen, đ¾c bi¾t ZnO đưoc pha tap Cu có the chuyen thành bán dan loai p, tùy đieu ki¾n che tao mau Đe tài cna nghiên cúu che tao màng mong ZnO pha tap Cu, màng mong ZnO pha tap Si nghiên cúu tính chat đi¾n quang cna chúng; vói mong muon tìm nong đ® pha tap toi ưu cho đ® dan cna màng đieu ki¾n trang thiet b% thí nghi¾m cna Khoa V¾t lý thnc hi¾n khóa lu¾n, đe úng dung làm màng mong dan đi¾n suot (đoi vói mien ánh sáng kha kien), su dung đi¾n cnc suot cna pin m¾t trịi, cna hình phang, hay diode phát quang linh ki¾n quang đi¾n tu khác Lu¾n văn chia thành ba phan Trưóc tiên, chúng tơi trình bày sơ lưoc ve v¾t li¾u bán dan ZnO vói nhung đ¾c tính cna Tiep đó, chúng tơi trình bày phương pháp che tao mau, phương pháp khao sát tính chat mau mà chúng tơi su dung đe tài Cuoi cùng, chúng tơi phân tích đánh giá nhung ket qua thu đưoc Mnc lnc Chương 1.Tong quan ve v¾t li¾u ZnO1 1.1 Cau trúc tinh the 1.2 Cau trúc vùng lưong 1.3 Tính chat đi¾n 1.4 Tính chat quang .4 1.4.1 Phő hap thu – truyen qua cna màng ZnO 1.4.2 Phő huỳnh quang cna v¾t li¾u ZnO .6 1.5 ZnO pha tap .6 Chương 2.ThEc nghi¾m8 2.1 Thiêu ket gom 2.1.1 Che tao mau gom ZnO:Cu 2.1.2 Che tao mau gom ZnO:Si 2.2 Phún xa dòng xoay chieu tao màng ZnO:Cu 10 2.3 Lang ĐQNG chùm xung đi¾n tu tao màng ZnO:Si 12 2.4 Các phép đo khao sát tính chat mau 13 2.4.1 Phép đo phő nhieu xa tia X 14 2.4.2 Kính hien vi đi¾n tu quét (SEM) 16 2.4.3 Phép đo phő tán xa lưong tia X (EDS) 17 2.4.4 Kính hien vi lnc nguyên tu AFM 18 2.4.5 Phép đo phő tán xa Raman 19 2.4.6 Phép đo bon mũi dò .21 2.4.7 Phép đo phő hap thu quang HQc UV-Vis 22 2.4.8 Phép đo phő huỳnh quang 23 Chương 3.Ket qua thao lu¾n24 3.1 Ket qua khao sát tính chat mau gom ZnO:Cu 24 3.2 Ket qua khao sát tính chat màng ZnO:Cu 29 3.2.1 Tính chat màng ZnO:Cu thay đői theo nong đ® pha tap Cu30 3.2.2 Tính chat màng ZnO:Cu 1.23% thay đői cơng suat phún xa36 3.2.3 Tính dan đi¾n cna mau màng ZnO:Cu sau cơng đoan n nhi¾t44 3.3 Ket qua khao sát tính chat mau gom ZnO:Si .45 3.4 Ket qua khao sát tính chat màng ZnO:Si 50 3.4.1 Hình thái be m¾t cau trúc tinh the cna mau màng ZnO:Si50 3.4.2 Tính chat quang cna mau màng ZnO:Si .54 3.4.3 Tính chat đi¾n cna mau màng ZnO:Si 56 3.4.4 Tính dan đi¾n cna mau màng ZnO:Si sau cơng đoan n nhi¾t57 Ket lu¾n59 Tài li¾u tham khao60 Danh sách hình anh 1.1 Cau trúc tinh the ZnO .2 1.2 Vùng Brillouin mang tinh the ZnO 1.3 Vùng lưong cna ZnO .3 1.4 Sơ đo d%ch chuyen quang cna chat bán dan 2.1 Sơ đo quy trình tao mau gom ZnO:Cu 2.2 Sơ đo quy trình tao mau gom ZnO:Si 10 2.3 Sơ đo cau tao cna h¾ thong phún xa 11 2.4 Sơ đo cau tao cna h¾ thong PED 13 2.5 Đ%nh lu¾t Bragg .15 2.6 Sơ đo cau tao thiet b% nhieu xa tia X .16 2.7 Sơ đo cau tao kính hien vi đi¾n tu qt 17 2.8 Cơ che cna tán xa lưong tia X 18 2.9 Sơ đo kính hien vi lnc nguyên tu .19 2.10 Sơ đo minh HQA phép đo Raman 20 2.11 Cau tao c ban cna mđt hắ o bon mũi dò 21 2.12 Sơ đo thiet b% đo phő truyen qua 22 2.13 Nguyên lý làm vi¾c cna Máy đo huỳnh quang .23 3.1 Anh SEM be m¾t mau gom ZnO pha tap Cu 0.31% 1.23% 24 3.2 Anh SEM be m¾t mau gom ZnO pha tap Cu 4% .25 3.3 Phő EDS cna mau gom ZnO:Cu 4% 26 3.4 Gian đo nhieu xa tia X cna mau gom ZnO pha tap Cu .26 3.5 Phő tán xa Raman mau gom ZnO ZnO:Cu 29 3.6 Phő huỳnh quang cna mau gom ZnO:Cu 30 3.7 Anh AFM cna màng ZnO:Cu phún xa tai công suat 150 W 31 3.8 Anh SEM mau màng ZnO:Cu phún xa tai công suat 150 W 31 3.9 Phő EDS cna mau màng ZnO:Cu 4% phún xa tai công suat 150 W 32 3.10 Gian đo XRD cna màng ZnO:Cu phún xa tai công suat 150 W 32 3.11 Phő Raman cna màng ZnO:Cu phún xa tai công suat 125 W 34 3.12 Phő truyen qua cna màng ZnO:Cu phún xa tai công suat 125 W 35 3.13 Đ® r®ng vùng cam cna màng ZnO:Cu phún xa tai công suat 125 W35 3.14 Anh AFM màng ZnO:Cu 1.23% theo tùng công suat phún xa 37 3.15 Anh SEM màng ZnO:Cu 1.23% theo công suat phún xa 38 3.16 Phő EDS màng ZnO:Cu 1.23% phún xa tai công suat 150 W 39 3.17 Gian đo XRD cna màng ZnO:Cu 1.23% theo công suat phún xa40 3.18 Phő Raman cna màng ZnO:Cu 1.23% theo công suat phún xa.42 3.19 Phő truyen qua cna màng ZnO:Cu 1.23% theo cơng suat phún xa43 3.20 Đ® r®ng E g cna màng ZnO:Cu 1.23% theo công suat phún xa.43 3.21 Phő tán xa lưong EDS cna mau gom ZnO:Si 4% 45 3.22 Gian đo nhieu xa tia X cna mau gom ZnO ZnO:Si 46 3.23 Phő tán xa Raman cna mau gom ZnO:Si 48 3.24 Phő huỳnh quang cna mau gom ZnO:Si 49 3.25 Anh SEM be m¾t cna mau màng ZnO ZnO pha tap Si 51 3.26 Gian đo nhieu xa tia X cna màng ZnO ZnO pha tap Si 52 3.27 Phő tán xa Raman cna mau màng ZnO ZnO:Si 54 3.28 Phő truyen qua cna mau màng ZnO:Si .55 3.29 Đ® r®ng vùng cam cna màng ZnO ZnO:Si tai nhi¾t đ® phịng56 Danh sách bang 3.1 V% trí cnc đai nhieu xa cna mau gom ZnO:Cu 27 3.2 Hang so mang cna mau gom ZnO pha tap Cu 28 3.3 Cnc đai nhieu xa m¾t (002) màng ZnO:Cu phún xa 150 W .33 3.4 Hang so mang kích thưóc tinh the màng ZnO:Cu 150 W 33 3.5 Tính chat đi¾n màng ZnO:Cu 1.23%, cơng suat phún xa 150 W 36 3.6 Đ® nhám màng ZnO:Cu 1.23% theo tùng cơng suat phún xa 38 3.7 Đ® dày màng ZnO:Cu 1.23% theo công suat phún xa 39 3.8 Hang so mang & kích thưóc tinh the cna màng ZnO:Cu 1.23% 41 3.9 Đinh Raman cna màng ZnO:Cu 1.23% theo công suat phún xa41 3.10 Thơng so đi¾n màng ZnO:Cu 1.23% .44 3.11 Giá tr% góc cnc đai nhieu xa cna mau gom ZnO:Si .46 3.12 Hang so mang cna mau gom ZnO:Si 47 3.13 V% trí đinh tán xa Raman cna mau gom ZnO:Si .48 3.14 Đ® dày trung bình mau màng ZnO pha tap Si 52 3.15 Giá tr% góc cnc đai nhieu xa cna màng ZnO:Si 53 3.16 Hang so mang kích thưóc tinh the cna màng ZnO:Si 53 3.17 Đi¾n tro be m¾t đi¾n tro suat cna mau màng ZnO:Si 56 3.18 Đi¾n tro be m¾t cna màng n nhi¾t o 300°C 58 3.19 Đi¾n tro be m¾t màng ZnO:Si sau n nhi¾t o 400°C oxy 58 Hình 3.25 – Ánh SEM be m¾t cua mau màng ZnO ZnO pha tap Si thay moi mau đeu ton tai hai loai hat có kích thưóc khác bi¾t hồn tồn: hat nho có kích thưóc đong đeu moi mau; hat lón, phân bo ngau nhiên, có kích thưóc khoang 50 nm – 150 nm Các hat nho ca bon mau đeu có biên hat rõ ràng kích thưóc khác so sánh mau vói Ngun nhân cna sn khác bi¾t giua mau màng có the đen tù sn khác biắt ve nhiắt đ cna quang plasma moi lan tao mng: nhiắt đ plasma cng cao thỡ nhiắt đ trờn en cng cao, sn ket tinh vúi nhiắt đ cao se cho hat có kích thưóc lón Đieu cho thay, vói đieu ki¾n thnc nghi¾m hi¾n tai, phương pháp PED chưa tao đưoc màng mong đat yêu cau be m¾t đong nhat kích thưóc hat đong đeu Các mau màng có đ® dày mong không đong đeu giua mau: tù 70 nm (trên mau ZnO) đen khoang 200 nm (trên mau ZnO pha tap) trình bày Bang3.14, trang52 Màng ZnO khơng pha tap mong đáng ke so vói màng cịn lai quang plasma đưoc hình thành ban phá bia bang chùm xung đi¾n tu nho sáng yeu nhat, nên lưong v¾t li¾u b¾t tù bia rat ít, ket qua màng rât mong Trong đó, quang plasma ban phá bia ZnO pha tap lai sáng r®ng Mau màng Đ® dày trung bình (nm) ZnO 70 ZnO:Si 1% 231 ZnO:Si 2% 195 ZnO:Si 4% 206 Bang 3.14 – Đ® dày trung bình mau màng ZnO pha tap Si hơn, màu xanh tham hơn, ket qua màng dày Hình 3.26 – Gian đo nhieu xa tia X cua màng ZnO ZnO pha tap Si Gian đo nhieu xa tia X (XRD) cna màng ZnO màng ZnO pha tap Si lang ĐQNG đe thny tinh bang phương pháp PED đưoc the hi¾n Hình3.26 Trên phő chi xuat hi¾n hai đinh nhieu xa tương úng vói hai hQ m¾t phang mang (002) (103) cna cau trúc luc giác wurtzite, cho thay mau màng ZnO ZnO:Si ket tinh ưu tiên theo hai hưóng (002) (103) Căn cú vào cưịng đ® tương đoi be r®ng cna đinh nhieu xa: đinh nhieu xa cna hưóng (002) NHQN hơn, cưịng đ® lón nhieu so vói đinh úng vói hưóng (103), có the ket lu¾n rang màng mong phát trien ưu tiên theo truc c Ngoài nen nhieu xa nhieu cưịng đ® nen dâng cao phía góc θ nho, ngun nhân có the đen tù pha vơ đ%nh hình mau màng Mau 1% có ti l¾ giua cưịng đ® đinh nhieu xa cna hưóng (002) vói đ® nhieu nen lón nhat bon mau màng, cho thay ti l¾ tinh the ket tinh theo hưóng ưu tiên (002) so vói pha vơ đ%nh hình mau 1% nhieu nhat So sánh vói hình anh gian đo XRD cna mau màng ZnO:Cu đưoc tao boi phương pháp phún xa (Hình3.10trong trang32) có the nh¾n thay sn khác bi¾t rat rõ ràng: màng tao boi phương pháp Sputtering cho ket qua XRD sac nét, đinh phő úng vúi mắt (002) cú đ lún hn v hep hơn, vói nen phő nhieu so vói gian đo XRD cna màng tao boi phương pháp PED Nó cho thay màng tao boi phương pháp Sputtering ket tinh tot so vói phương pháp PED m¾c dù ca hai phương pháp đeu khơng đưoc gia nhi¾t o đe, chúng to sn ket tinh b% anh hưong rat lún boi nhiắt đ cna quang plasma Chi so hkl Góc 2θ cna mau JCPDS ZnO ZnO:Si 1% ZnO:Si 2% ZnO:Si 4% 002 34.42 34.41 34.44 34.44 34.29 103 62.86 62.86 62.90 62.79 62.65 Bang 3.15 – Giá tr% góc cnc đai nhieu xa cua màng ZnO:Si Mau màng Hang so mang (˚A) Kích thư óc a c tinh the d (nm) Chuan ICSD 3.249 5.206 – ZnO 3.246 5.208 23 ZnO:Si 1% 3.247 5.204 25 ZnO:Si 2% 3.266 5.204 29 ZnO:Si 4% 3.253 5.226 27 Bang 3.16 – Hang so mang kích thưác tinh the trung bình cua mau màng ZnO:Si Giá tr% cu the cna góc cnc đai nhieu xa gian đo XRD cna mau màng đưoc trình bày Bang3.15 So sánh vói the phő ZnO chuan JCPDS, ta thay v% trí góc cnc đai nhieu xa cna mau màng ZnO khơng pha tap gan khơng khác bi¾t; mau pha tap xay sn d%ch đinh phő, nhiên sn d%ch đinh không theo quy lu¾t thay đői ty l¾ pha tap Si Các giá tr% hang so mang kích thưóc hat tinh the trung bình đưoc tính tốn trình bày Bang3.16 Kích thưóc tinh the trung bình đo đưoc mau khoang tù 23 nm đen 29 nm Ket qua tương đong vói hình anh thu đưoc tù phép đo SEM o Cường độ (đ.v.t.y) ZnO ZnO:Si 1% ZnO:Si 2% ZnO:Si 4% Si Si E2H E2L 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 -1 Số sóng (cm ) Hình 3.27 – Phő tán xa Raman cua mau màng ZnO ZnO:Si Ket qua đo tán xa Raman mau màng lang ĐQNG đe Si đưoc the hi¾n Hình3.27 Ngồi hai đinh rat lón đ¾c trưng cna đe mau tinh the Si, ta thay xuat hi¾n rõ phő cna ca bon mau màng, tai v% trí ∼ 435 cm−1 , đinh E2H đ¾c trưng cna cau trúc wurtzite cna ZnO Trong đó, đinh tai ∼ 98 cm1 cna mode E2L xuat hiắn vúi đ yeu mau 1% rat yeu mau màng cịn lai Ket qua tương đong vói ket qua đo XRD o trên, cho thay có sn ket tinh mau khơng th¾t sn tot, ket qua tot nhat mau 1% 3.4.2 Tính chat quang cua mau màng ZnO:Si Ket qua khao sát đ® truyen qua cna màng ZnO:Si đưoc trình bày Hình 3.28 Trong vùng bưóc sóng kha kien tù 400 nm đen 750 nm, đ® truyen qua cna mau màng đeu rat tot: 80%, đam bao yêu cau màng mong suot dan đi¾n 100 T% 80 60 ZnO ZnO:Si 1% ZnO:Si 2% ZnO:Si 4% 40 20 300 400 500 600 700 800 900 Bước sóng (nm) Hình 3.28 – Phő truyen qua cua mau màng ZnO:Si Các mau màng ZnO ZnO pha tap Si che tao đưoc đat oc yờu cau ve đ dan iắn v đ truyen qua cna màng mong TCO Bị hap thu the hi¾n rat rõ ràng o bưóc sóng khoang 380 nm Cưịng đ® ánh sáng b% giam đ®t ng®t nhung ánh sáng b% hap thu manh lưong photon lún hn đ rđng vựng cam E g Hỡnh3.29the hiắn đ® r®ng vùng cam cna mau màng ZnO ZnO:Si lang ĐQNG đe thny tinh Vì ZnO v¾t li¾u bán dan có vùng cam thang, tù sn phu thu®c cna (αhν)2 vào hν, đ® r®ng vùng cam E g đưoc xác đ%nh đo th% bang m®t đưịng thang khóp vói đoan thang doc cna bị hap thu Giao điem cna đưịng thang vói truc hồnh giá tr% cna đ® r®ng vùng cam E g Nh trờn Hỡnh3.29ó the hiắn, đ rđng vựng cam E g cna mau màng ZnO pha tap Si 1%, 2% 4% lan lưot 3.36 eV, 3.41 eV 3.41 eV So vói quan sát phő truyen qua cna mau màng đo th% Hình3.28, giá tr% E g chi o tương đong Các giá tr% lón đáng ke so vói giá tr% chuan cna ZnO khơng pha tap o tai nhiắt đ phũng ( 3.37 eV) õy m®t ket qua kha quan cho thay màng ZnO pha tap Si bang phương pháp PED có nhieu húa hen (αhν)2 (eV/cm2) ZnO:Si 4% ZnO:Si 2% ZnO:Si 1% ZnO 3.2 Eg ≈ 3,413.3 eV Eg ≈ 3,37 eV 3.4 3.5 3.6 hν (eV) Hình 3.29 – Đ® r®ng vùng cam cua cỏc mng ZnO v ZnO:Si tai nhiắt đ phũng 3.4.3 Tính chat đi¾n cua mau màng ZnO:Si Bang phương pháp đo bon mũi dị, chúng tơi xác đ%nh đi¾n tro be m¾t cna mau màng Ket hop vói đ® dày cna màng khao sát trưóc đó, chúng tơi tính tốn đi¾n tro suat cna chúng Ket qua đưoc trình bày Bang3.17 Theo so li¾u, đi¾n tro suat cna màng ZnO khơng pha tap rat lón, cõ MΩ·cm, túc màng ZnO gan khơng dan đi¾n Các màng ZnO pha tap Si có đi¾n tro suat giam xuong rat nhieu (∼ 10−3 MΩ·cm) tng ng vúi đ dan iắn cna cỏc mng tng lên, màng tro nên dan đi¾n Tuy nhiên, vói mau pha tap 2% 4% đi¾n tro suat lai tăng dan Đi¾n tro suat (Ω·cm) ZnO (Ω/Q) Đi¾n tro be m¾t ∼ 106 ZnO:Si 1% 88.5 ∼ × 10−3 ZnO:Si 2% 150.7 ∼ × 10−3 ZnO:Si 4% 198.7 ∼ × 10−3 Mau màng ∼ 106 Bang 3.17 – Đi¾n trá be m¾t đi¾n trá suat cua mau màng ZnO:Si e ty l¾ pha tap 1%, màng ZnO:Si có đi¾n tro suat thap nhat Giá tr% × 10−3 Ω·cm ket qua húa hen cna phương pháp PED Nhung cơng bo trưóc cho thay ket qua tương tn vói phương pháp tao màng khác [11,15,30] Hi¾n tưong giá tr% đi¾n tro suat ban đau giam xuong có pha tap Si roi lai tăng dan nong đ® pha tap lón 1% có nguyên nhân sau: Khi bat đau pha tap Si vào mang tinh the ZnO vói nong đ® rat nho, dưói 1%, ion Si thay the ion Zn, làm tăng nong đ® hat tai ban đi¾n tu lên rat nhieu Đi¾n tro suat cna màng giam xuong Khi nong đ® pha tap tăng dan đen khoang 1%, mang tinh the đat đen giá tr% bão hịa cna hi¾n tưong hịa tan chat ran; nguyên tu Si không the vào mang ZnO mà tao thành oxit vơ đ%nh hình biên hat, đóng vai trị bay hat tai mang tinh the Vỡ vắy nong đ pha tap đat đen khoang 1% đi¾n tro suat cna màng đat giá tr% thap nhat roi bat đau tăng lên dan theo nong đ® pha tap [30] 3.4.4 Tính dan đi¾n cua mau màng ZnO:Si sau cơng đoan u nhi¾t Sau khao sát tính chat đi¾n quang cna màng ZnO:Si, chúng tơi tien hành n nhi¾t mau đe khao sát sn thay đői tính chat dan đi¾n cna chúng Các mau đưoc chia làm hai nhóm, nhóm I đưoc n mơi trưịng khơng khí, tai nhiắt đ n 300C Thũi gian n chia lm hai giai đoan, moi giai đoan 15 phút Sau moi giai đoan n, mau đưoc mang đo đi¾n tro be m¾t Nhóm II đưoc n mơi trưịng khớ Oxy tai nhiắt đ 400C, thũi gian giị Ket qua ve sn thay đői đi¾n tro be m¾t trưóc sau n đưoc trình bày Bang3.18và Bang3.19 Tù ket qua cna nhóm mau I, có the thay đi¾n tro be m¾t cna màng pha tap Si đeu tăng lên rat manh: tù cõ vài trăm Ω/Q lên hàng vài trăm kΩ/Q; nhiên giá tr% có xu hưóng giam dan theo thịi gian n Cịn mau ZnO khơng pha tap, đi¾n tro rat cao (∼ MΩ/Q) khơng tăng thêm sau n mà chi giam dan Cũng tương tn, vói cỏc mau cna nhúm II, nhng vúi nhiắt đ n cao hơn, thịi gian n dài hơn, đi¾n tro be m¾t cna mau pha tap Si m¾c dù cao so vói trưóc n, thap so vói mau cna nhóm I Có the nhỡn nhắn l, o nhiắt đ cao, cỏc khuyet t¾t o biên hat tő chúc sap xep lai, tao mói pha vơ đ%nh hình ho¾c ket tinh vào hat ho¾c tao khuyet t¾t mói; phân tu oxy khơng khí tác đ®ng lên be m¾t màng, đien vào nhung nút khuyet Oxy tat ca gây sn thay đői tính chat cau trỳc be mắt vúi mđt toc đ rat chắm Thịi gian n tăng lên có nhieu thịi gian cho sn sap xep őn đ%nh lai tinh the màng, đi¾n tro be m¾t se giam dan Nhi¾t đ® n cao kha ket tinh lún, ú cng l mđt nguyờn nhõn nua lm iắn tro be m¾t cna mau nhóm II nho cna mau nhóm I Mau màng Giá tr% đi¾n tro (Ω/Q) Trưóc n Sau n 15 phút Sau n 30 phút ZnO ∼ 106 ∼ 106 1974000 ZnO:Si 1% 118 695000 225400 ZnO:Si 2% 233 490000 292000 ZnO:Si 4% 425 1940000 889000 Bang 3.18 – Đi¾n trá be m¾t cua mau màng trưác sau mői giai đoan u nhi¾t 300 °C mơi trưàng khơng khí Mau màng Trưóc n (Ω/Q) Sau n (Ω/Q) ZnO 72000 ZnO:Si 1% ∼ 106 88.5 ZnO:Si 2% 150.7 13000 ZnO:Si 4% 198.7 12000 7500 Bang 3.19 – Giá tr% trung bình đi¾n trá be m¾t cua màng ZnO:Si trưác sau cơng đoan u nhi¾t 400 °C mơi trưàng khí oxy Ket lu¾n Tőng ket lai, lu¾n văn này, chúng tơi che tao thành cơng nghiên cúu tính chat cna v¾t li¾u bán dan ZnO:Cu vói ti l¾ pha tap Cu tù 0.31% đen 4% ZnO:Si vói ti l¾ pha tap tù 1% đen 4% Tat ca mau gom đeu đat đ® sach cao, đong đeu, phù hop làm bia tao màng Các màng mong ZnO:Cu đưoc che tao thành công bang phương pháp phún xa RF Công suat phún xa tù 100 W đen 175 W mơi trưịng chân khơng cao, khí Ar o áp suat 0.5 Pa Các màng ket tinh thành cau trúc wurtzite, theo hưóng ưu tiên [002], kích thưóc tinh the trung bình tù 20 nm đen 28 nm Các màng có đ® truyen qua cao đoi vói ánh sáng kha kien (> 75%), đ® r®ng vùng cam khoang tù 3.0 eV đen 3.1 eV Mau màng ZnO:Cu 1.23% phún xa tai cơng suat 150 W có đi¾n tro suat rat nho ∼ 3.2 × 10−3 Ω·cm, có the úng dung làm đi¾n cnc dan suot linh ki¾n quang đi¾n tu Sau q trình n nhiắt mụi trũng N2 v O3/O2 o nhiắt đ 400°C, tính dan đi¾n cna màng ZnO:Cu b% giam manh Các màng mong ZnO:Si đưoc che tao thành công bang phương pháp lang ĐQNG chùm xung đi¾n tu (PED) The gia toc đi¾n tu 15 keV, chân khơng cao, áp suat khí oxy mTorr ≈ 0.67 Pa Màng ket tinh có cau trúc đa tinh the wurtzite, phát trien ưu tiên theo hưóng [002] kích thưóc hat tinh the trung bình ∼ 30 nm Các mau màng đeu có tính chat quang őn đ%nh vói đ® r®ng vùng cam tù 3.36 eV đen 3.40 eV đ® truyen qua tương đoi cao đoi vói ánh kha kien (>80%) Các mng cú đ dan iắn tot, nhat l mau mng ZnO:Si 1% vúi iắn tro suat 2ì103 Ãcm v có the úng dung làm đi¾n cnc dan đi¾n suot linh ki¾n quang đi¾n tu Sau trỡnh n tai nhiắt đ cao mụi trũng O2 v khụng khớ, đ dan iắn cna tat ca cỏc mau màng đeu giam dan theo thòi gian n, goi ý kha đieu khien đ® dan cna màng theo đieu ki¾n n Đoi vói ca hai loai v¾t li¾u hai phương pháp tao màng, can có nghiên cỳu tiep theo ve ieu chinh nhiắt đ e tao màng đe khao sát sn anh hưong cna nhi¾t đ® đen q trình ket tinh; nghiên cúu ve đieu ki¾n n nhi¾t sau đe làm rõ hn sn anh hong cna nhiắt đ v thũi gian n lờn đ dan cna mng mong Ti liắu tham khao Tieng Vi¾t [1] Lê Th% Thanh Bình Lê Hong Hà (2010), Giáo trình Quang Bán dan, Lưu hành n®i b® [2]Võ Thieu Khai (2014), Tőng hap nano kem oxit có kiem sốt hình thái m®t so úng dnng, Lu¾n án tien sĩ, Đai HQc Khoa HQc Hue [3] Nguyen Văn Tú Nguyen Bá Cưòng (2016), “Tőng hop nano ZnO su dung làm đi¾n cnc âm nguon đi¾n bac – kem”, VNU Journal of Science: Natural Sciences and Technology, 32(4), tr 72–76 [4] Lê Văn Vũ (2004), Giáo trình Cau trúc Phân tích cau trỳc Vắt liắu, Lu hnh nđi bđ Tieng Anh [5]J.V Bellini et al (2002), “Thermal, structural and morphological characterisation of freeze-dried copper(II) acetate monohydrate and its solid decomposition products”, Materials Research, 5(4), pp 453–457 [6] Lung-Chien Chen, Cheng-An Hsieh, and Xiuyu Zhang (2014), “Electrical prop- erties of CZO films prepared by ultrasonic spray pyrolysis”, Materials, 7(11), pp 7304–7313 [7] Chih-Hung Hsu, Lung-Chien Chen, and Xiuyu Zhang (2014), “Effect of the Cu source on optical properties of CuZnO films deposited by ultrasonic spraying”, Materials, 7(2), pp 1261–1270 [8] Chang Oh Kim et al (2010), “Effect of electrical conduction properties on mag- netic behaviors of Cu-doped ZnO thin films”, Physica B, 405(22), pp 4678–4681 [9]M S Kim et al (2012), “Growth and characterization of seed layer-free ZnO thin films deposited on porous silicon by hydrothermal method”, Electronic Materials Letters, 8(1), pp 75–80 [10]W David Kingery, H K Bowen, and Donald R Uhlmann (1976), Introduction to Ceramics, John Wiley & Sons [11]Vladimir L Kuznetsov et al (2015), “Electronic transport in highly conducting Si-doped ZnO thin films prepared by pulsed laser deposition”, Applied Physics Letters, 107(23), p 232103 [12]Y M Lu et al (2013), “Study of ultraviolet emission spectra in ZnO thin films”, Journal of Spectroscopy, 2013, p [13] Ligang Ma et al (2011), “Microstructures and optical properties of Cu-doped ZnO films prepared by radio frequency reactive magnetron sputtering”, Applied Surface Science, 257(23), pp 10036–10041 [14] Jijoy P Mathew, George Varghese, and Jacob Mathew (2014), “Effect of doping concentration and annealing temperature on the structural and optical properties of Zn1−xCuxO films”, SOP Transactions on Nano-technology, 1(3), pp 1–11 [15] Tadatsugu Minami et al (1986), “Highly conductive and transparent silicon doped zinc oxide thin films prepared by RF magnetron sputtering”, The Japan Society of Applied Physics, 25(9), pp L776L779 [16]Hadis Morkoác and Uă mit Oă zguăr (2009), Zinc Oxide: Fundamentals, Materials and Device Technology, Wiley-VCH [17]G Muăller (1976), Optical and electrical spectroscopy of zinc oxide crystals simultaneously doped with copper and donors”, Physica Status Solidi (B), 76(2), pp 525–532 [18]Jale Naktiyok and A Kadir Oă zer (2019), Synthesis of copper oxide (CuO) from thermal decomposition of copper acetate monohydrate (Cu(CH3COO)2·H2O)”, Omer Halisdemir University Journal of Engineering Sciences, 8(2), pp 1292– 1298 [19] U ¨ O zgu¨r, Ya I Alivov, and C Liu (2005), A comprehensive review of ă ZnO materials and devices, Journal Of Applied Physics, 98(4), p 041301 [20] Xingping Peng et al (2008), “Structural and PL properties of Cu-doped ZnO films”, Journal of Luminescence, 128(3), pp 297–300 [21] Vilas G Pol et al (2004), “Thermal decomposition of tetraethylorthosilicate (TEOS) produces silicon coated carbon spheres”, Journal of Materials Chemistry, 14(6), pp 966–969 [22]F K Shan et al (2004), “Optical characterizations of ZnO thin films on Si (100) substrates deposited by pulsed laser deposition”, Journal of the Korean Physical Society, 45, pp S771–S775 [23]F M Smits (1958), “Measurement of sheet resistivities with the Four-Point Probe”, Bell System Technical Journal, 37(3), pp 711–718 [24]Nark-Eon Sung et al (2013), “Cu doping effects on the electronic and optical properties of Cu-doped ZnO thin films fabricated by radio frequency sputtering”, Thin Solid Films, 547, pp 285–288 [25]K Vanheusden et al (1996), “Mechanisms behind green photoluminescence in ZnO phosphor powders”, Journal of Applied Physics, 79(10), pp 7983–7990 [26]M G M van der Vis, E Cordfunke, and R Konings (1993), “The thermodynamic properties of tetraethoxysilane (TEOS) and an infrared study of its thermal decomposition”, Journal de Physique IV Colloque, 03(C3), pp 75–82 [27]L Wang and N C Giles (2003), “Temperature dependence of the free-exciton transition energy in zinc oxide by photoluminescence excitation spectroscopy”, Journal of Applied Physics, 94(2), pp 973–978 [28]X B Wang et al (2007), “Photoluminescence and Raman scattering of Cudoped ZnO films prepared by magnetron sputtering”, Applied Surface Science, 253(16), pp 6905–6909 [29] Caihua Yan (1994), Electronic Structure and Optical Properties of ZnO: Bulk and Surface, PhD Thesis, Oregon State University [30] Hai Yuan (2012), “Structural, electrical and optical properties of Si doped ZnO films grown by atomic layer deposition”, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 23(11), pp 2075–2081 ... m¾t cna mau màng ZnO ZnO pha tap Si 51 3.26 Gian đo nhieu xa tia X cna màng ZnO ZnO pha tap Si 52 3.27 Phő tán xa Raman cna mau màng ZnO ZnO:Si 54 3.28 Phő truyen qua cna mau màng ZnO: Si ... Đe tài cna nghiên cúu che tao màng mong ZnO pha tap Cu, màng mong ZnO pha tap Si nghiên cúu tính chat đi¾n quang cna chúng; vói mong muon tìm nong đ® pha tap toi ưu cho đ® dan cna màng đieu ki¾n... đi¾n tu phonon 1.5 ZnO pha tap Vắt liắu tinh the ZnO cú đ dan iắn thay đői m®t dai rat r®ng, tùy thu®c loai nong đ® tap chat pha vào mang nen ZnO Vi¾c pha tap chat vào tinh the ZnO đóng vai trị