CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.1.Mầm tinh thể ZnO trên đế Si/ AlN
Một số nghiên cứu đã khảo sát sự thay đổi kích thước rod do thay đổi điều kiện mọc thanh nano như: nhiệt độ thủy nhiệt, thời gian thủy nhiệt hay nồng độ dung dịch mọc [19]. Xong rất ít công trình có đề cập tới việc thay đổi ngay hình thái tinh thể trong quá trình tạo hạt mầm. Chúng tôi nhận thấy, thanh nano ZnO được hình thành trên cơ sở của việc hình thành lớp hạt mầm.do vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi tập trung khảo sát sự thay đổi kích thước hạt mầm dựa vào các điều kiện mọc mầm như nhiệt độ ủ mầm, sự thay đổi kích thước mầm do pha tạp kim loại,cụ thể là pha tạp Ga, có thể dẫn tới sự thay đổi kích thước thanh nano ZnO
Sau khi dung dịch kẽm acetate được quay tráng lên bề mặt cấu trúc đế AlN/ Si được cho vào lò ủ để nhiệt phân kẽm acetate tạo thành ZnO.
Quá trình nhiệt phân kẽm acetat tạo mầm ZnO: Zn(CH3COO)2 + 2H2O ¾¾®to Zn(CH3COO)2 + 2H2O (3.1)
4Zn(CH3COO)2 + 2H2O ¾¾®to Zn4(CH3COO)6 + 2 CH3COOH (3.2) Zn4(CH3COO)6 + 3H2O ¾¾®to 4ZnO + 6CH3COOH (3.3)
Zn4(CH3COO)6 ¾¾®to 4ZnO + 3CH 3COCH3 + 3CO2 (3.4)
Khi đun nóng Zn(CH3COO)2. 2H2O đến 50oC thì nước bay hơi. Tiếp tục tăng nhiệt độ đến 200oC thì các sản phầm khí thu được là khí cacbonic, axeton và axit axetic. Phản ứng phân hủy xảy ra hoàn toàn ở nhiệt độ 270 o
Hình 3.1. Ảnh FE-SEM mầm tinh thể ZnO trên đế Si/ AlN chế tạo bằng cách quay phủ
Mầm tinh thể ZnO có đường kính khoảng 10-20 nm. Từ lớp mầm này tiến hành mọc thì thu được các thanh nano định hướng chứng tỏ lớp mầm ZnO có định hướng theo trục c. Nguyên nhân dẫn đến sự định hướng theo trục của mầm ZnO tổng hợp theo phương pháp trên là do các mặt phẳng phân cực {0001} của ZnO wurtzite không bền về mặt điện tĩnh. Các bề mặt phân cực này nói chung được bền hóa theo một trong 3 cách: (1) sắp xếp lại bề mặt; (2) dịch chuyển điện tích giữa các mặt, (3) trung hòa điện tích bề mặt bằng các phân tử hấp phụ. Đối với các mặt {0001} của ZnO, không có sự sắp xếp lại bề mặt nên cách bền hóa thứ nhất không phù hợp. Nghiên cứu phổ nhạy bề mặt cho thấy không có sự dịch chuyển điện tích nào trên các mặt {0001} của ZnO. Như vậy cách bền hóa thứ ba là thích hợp nhất. Các nghiên cứu gần đây cho thấy hydro hấp phụ đóng vai trò trung hòa điện tích ở mặt (0001). Mặc dù các mặt {0001} có năng lượng cao nhưng các hạt mầm ZnO sắp xếp theo định hướng trục c vì:
- Các phân tử có mặt trong thí nghiệm trên (nhóm axetat và nhóm hydroxyl) hấp phụ lên các mặt mới mọc {0001} và làm bền chúng so với các mặt khác. - Năng lượng bề mặt {0001} phụ thuộc vào độ dày tinh thể nên các tinh thể ZnO rất mỏng ưu tiên định hướng {0001} và quá trình mọc sau này cũng tiếp tục như vậy.
- Một vài lớp nguyên tử đầu tiên nhận cấu trúc có năng lượng thấp, khác với mạng lưới lớn và sau đó chuyển sang định hướng (0001) nhờ sự thay đổi nhỏ về mặt cấu trúc.
3.1.2. Ảnh hưởng của việc pha tạp Ga tới kích thước hạt mầm và kích thước thanh nano ZnO