Tùy vào vật liệu pha tạp vào ZnO mà tính chất điện quang của màng ZnO pha tạp khác nhau. ZnO pha tạp nhóm kim loại IA (Li, Na…) có thể thành bán dẫn loại p do khi pha tạp nhóm kim loại này vào ZnO thì tạo ra mức acceptor trong vùng cấm năng lượng của ZnO và sự dẫn điện của ZnO pha tạp loại này chủ yếu là
Luận văn thạc sĩ Vật lý 26 GVHD: TS. Lê Vũ Tuấn Hùng
do lỗ trống nên độ dẫn điện không cao (ZnO:Li có ~ 10 7.cm theo nhóm tác giả S.H.Jeong [45, 46], ZnO:Na có ~ 100 .cm theo nhóm tác giả Lin S.S. [60]). Ngoài ra ZnO pha tạp Mg, Sb cũng có thể trở thành bán dẫn loại p (ZnO:Mg có ~ 10 - 20 .cm theo nhóm tác giả Kim Tae Hyun [52], ZnO: Sb có ~ 2 – 4 .cm theo nhóm tác giả Xinhua Pan [77]). Bên cạnh đó, để ứng dụng làm điện cực trong suốt, các nhóm nghiên cứu pha tạp vào ZnO các kim loại như Al, Ga, In, V, … ZnO pha tạp loại này đều là bán dẫn loại n nên độ dẫn điện của nó khá tốt, ZnO:Al có ~ 3.5 x 10-4.cm của nhóm tác giả Lê Trấn [7], ZnO:Ga có ~ 3.0 x 10-4.cm của tác giả Trần Cao Vinh [9], ZnO:In có ~ 5.9 x 10-4 .cm của nhóm tác giả Lê Quẹo [6]). Đối với các ZnO pha tạp loại n này thì trong vùng cấm năng lượng của ZnO sẽ hình thành mức donor gần đáy vùng dẫn. Chính các mức donor này tích tụ các điện tử dư ra của các vật liệu pha tạp và cung cấp cho vùng dẫn làm cho ZnO pha tạp loại này có độ dẫn điện tăng cao.
Về tính chất quang của các màng ZnO pha tạp nói trên thì hầu hết các màng đều có độ truyền qua trong vùng khả kiến khá tốt (> 80%) và độ rộng vùng cấm quang có thể từ 3.2 – 3.5 eV tùy theo loại vật liệu pha tạp, sự chênh lệch giá trị năng lượng vùng cấm này có thể là do sự dịch chuyển Burstein – Moss đối với bán dẫn pha tạp. [7, 9, 46, 60].
Sau đây là bảng tóm tắt một số các kết quả tạo màng ZnO pha tạp loại n của các tác giả trên thế giới đã công bố trong những năm qua.
Bảng 1.3: Một số kết quả tạo màng ZnO pha tạp của các tác giả trên thế giới.
Nhóm tác giả Vật liệu pha tạp (.cm) Năm công bố Jäger et al Al 4.0 x 10-4 1998 M.Chen et al. Al 4.2 x 10-4 2001 D.J. Kwak et al Al 8.6 x 10-4 2009 Lê Trấn et al. Al 3.5 x 10-4 2009 W.T. Yen et al Al 7.9 x 10-4 2010
Luận văn thạc sĩ Vật lý 27 GVHD: TS. Lê Vũ Tuấn Hùng
Xianwu Xiu et al. Mo 9.2 x 10-4 2009
H. Zhang et al. Mn 2.1 x 10-4 2010
F. Cao et al. Zr 3.7 x 10-4 2009
Trần Cao Vinh Ga 3.0 x 10-4 2009
V. Assuncao et al. Ga 2.6 x 10-4- 2003
D.Y. Lee et al. Ga 3.0 x 10-4 2008
L. Gong et al. Ga 7.8 x 10-4 2010 Lê Quẹo In 2010 Y. B. Xiao et al. In 5.1 x 10-4 2010 B.Szyszka et al. In 8.7 x 10-4 1997 S. Suzuki et al. V và Al 2.4 x 10-4 2003 T. Miyata et al. V 5.0 x 10-4 2003
Y.C. Lin et al. Al, Cr và V 5.42 x 10-4 2010
Luận văn thạc sĩ Vật lý 28 GVHD: TS. Lê Vũ Tuấn Hùng
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON DC VÀ MỘT SỐ PHÉP ĐO XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG CỦA MÀNG
Có nhiều phương pháp tạo màng mỏng, mỗi một phương pháp đều có đặc thù riêng và màng được tạo ra có tính chất rất khác nhau. Tuy nhiên, người ta chú ý nhiều đến phương pháp ngưng tụ hoá học CVD (chemical vapour deposition) và phương pháp ngưng tụ vật lý PVD (physical vapour deposition). Trong phương pháp ngưng tụ vật lý PVD thì phương pháp phún xạ magnetron DC và RF là hai phương pháp được các nhà khoa học sử dụng khá phổ biến trong các phòng thí nghiệm trên thế giới cũng nhưở nước ta hiện nay. Phương pháp phún xạ magnetron có những ưu điểm như: nhiệt độđế thấp, có thể tạo màng ở nhiệt độ phòng, độ bám dính của màng trên đế tốt, vận tốc phủ màng cao, đồng nhất cao về độ dày màng, mật độ màng gần với mật độ khối, dễ dàng điều khiển và độ lặp lại cao trong quá trình chế tạo màng, phương pháp có chi phí không cao; có khả năng phủ màng trên diện tích rộng, có thểđạt 3m x 6m [17]. Ngoài ra, bằng phún xạ phản ứng trong hỗn hợp khí, nhiều hợp chất có thểđược phủ từ vật liệu đơn chất.
Với những ưu điểm trên, trong luận văn này chúng tôi chọn phương pháp đồng phún xạ magnetron DC để chế tạo màng VZO. Tất cả các mẫu đều được làm từ hệ chân không ở phòng thí nghiệm Quang – Quang phổ thuộc Bộ môn Vật lý ứng dụng – Khoa Vật lý – VL Kỹ thuật, Trường đại học khoa học tự nhiên Tp. Hồ Chí Minh.