• Chuẩn bị dung dịch
Dung dịch được dùng để phủ CuSCN bao gồm CuSO4, KSCN và một chất tạo phức (Diethanolamine – DEA). Vai trị của chất tạo phức là ngăn chặn các ion Cu2+ bị khử thành nguyên tử Cu kim loại. Ion Cu2+ tồn tại trong dung dịch dưới dạng Cu2+.4H2O. Trong quá trình khử, các phân tử nước tạo nên một rào cản năng lượng đối với các điện tử. Tuy nhiên, rào cản này khơng đủ lớn và ion Cu2+ bị khử thành nguyên tử Cu kim loại dễ dàng theo phản ứng sau
Cu2+ + 2e– → Cu (8)
Do đĩ, DEA được sử dụng để nâng cao rào cản năng lượng này lên5. Các phân tử của chất tạo phức thay thế các phân tử nước. Phản ứng khử được viết lại như sau
Cu2+ + e– → Cu– (9)
Các ion Cu+ kết hợp với các anion SCN– để tạo thành các phân tử CuSCN trên bề mặt của
5 Rào cản do DEA tạo ra cao hơn các chất tạo phức khác như Triethanolamine (TEA) hay Ethylenediamine Tetraacetic Acid Disodium (EDTA)
mẫu.
Cu+ + SCN– → CuSCN (10)
Để chuẩn bị mẫu, cần cân đo các lượng chất hịa tan sau: 0.06 M CuSO4.5H2O, 0.06 M mL DEA và 0.03 M KSCN. Dung dịch được khuấy đều trong vịng 30 phút. Sau khi khuấy xong, để yên dung dịch và làm lắng xuống đáy các chất khơng hịa tan. Để kiểm tra hiệu quả của quá trình pha tạp CuSCN, một dung dịch với 0.06 M KSCN cũng được chuẩn bị. Dung dịch này cĩ thể tạo ra nhiều lỗ trống Cu hơn.
• Phủ CuSCN lên các mẫu ZnO
Mẫu ZnO được rửa 5 phút trong acetone và 5 phút trong ethanol bằng máy siêu âm. Sau đĩ mẫu tiếp tục được rửa trong nước cất nĩng trong vịng 3 phút.
Quá trình phủ được thực hiện bằng hệ thống phủ 3 điện cực. Điện áp sử dụng là -400mV. Quá trình phủ dừng lại khi điện tích phủ đạt mức 40 mC, tương đương với 20 mC trên mỗi mặt của đế. Thời gian phủ thơng thường đối với CuSCN vào khoảng vài phút đến mười phút.
• Đo tính chất điện các mẫu thu được
Các điện cực được phủ lên các mẫu này bằng phương pháp bốc bay: các điện cực Au (200 nm) trên phần CuSCN và các điện cực Ti (50 nm) – Au (200 nm) trên phần ZnO. Các tính chất điện được đo trên hai loại mẫu: mẫu cĩ ZnO mặt c và mẫu cĩ ZnO mặt m.
Trên mẫu mặt c, đặc tuyến I-V (hình 4.8) cĩ tính chỉnh lưu với điện thế ngưỡng khoảng 0.7 V. Điện trở nối tiếp là 19 Ω. Mẫu này cĩ một tính chất lạ. Đặc tuyến I-V cĩ dịng điện ngược khơng đáng kể khi điện áp ngược khơng vượt quá –5 V. Khi điện thế này đạt –10 V, dịng điện ngược xuất hiện và vẫn tồn tại dù sau đĩ điện thế được giảm xuống cịn –5V trở lại. Vài ngày sau, trong một bước đo khác, dịng điện ngược này quay lại giá trị khơng đáng kể lúc đầu.
-100.0000E-1 -500.0000E-2 000.0000E-2 500.0000E-2 100.0000E-1 -500.0000E-4 000.0000E-2 500.0000E-4 100.0000E-3 150.0000E-3 200.0000E-3 250.0000E-3
Hình 49: Đặc tuyến I-V của mẫu ZnO mặt c.
-100.0000E-1 -500.0000E-2 000.0000E-2 500.0000E-2 100.0000E-1
100.0000E-11 100.0000E-10 100.0000E-9 100.0000E-8 100.0000E-7 100.0000E-6 100.0000E-5 100.0000E-4 100.0000E-3 100.0000E-2
Mẫu này đã được đo tính chất điện phát quang (electroluminescence) và đã phát ra ánh sáng đỏ (hình 4.10) tại vị trí bên dưới điện cực. Nếu một lớp TCO được dùng để làm điện cực thay vì bản điện cực bằng vàng, cĩ khả năng sẽ nhìn thấy sự phát quang trên khắp bề mặt mẫu. Tuy nhiên, ánh sáng đỏ cho thấy đây chỉ là sự phát sáng của các khuyết tật trong vùng cấm hoặc của các trạng thái bề mặt.
Hình 50: Đặc tuyến I-V của mẫu cĩ ZnO mặt m. Hình nhỏ là đặc tuyến theo thang tuyến tính.
-600.0000E-2 -400.0000E-2 -200.0000E-2 000.0000E-2 200.0000E-2 400.0000E-2 600.0000E-2 -500.0000E-4 000.0000E-2 500.0000E-4 100.0000E-3 150.0000E-3 200.0000E-3 250.0000E-3 300.0000E-3 350.0000E-3 400.0000E-3 450.0000E-3
Hình 51: Sự phát sáng quanh bản cực bằng vàng.
Kết quả này cho thấy rằng các mẫu trên nền sợi nano cũng cĩ thể phát sáng.