1.5.2.1 .Cơ chế nhạy khớ chung của vật liệu oxit kim loại bỏn dẫn
1.6. Tổng quan về vật liệu dõy nano SnO2
1.6.4.2. Phương phỏp bốc bay chựm điện tử
Bốc bay nhiệt là một phương phỏp phổ biến để chế tạo dõy nano SnO2. Tuy nhiờn, phương phỏp này cú một số hạn chế như: (i) tổng hợp ở nhiệt độ cao (> 700 oC) [38,77]; (ii) khú điều khiển chớnh xỏc chiều dài cũng như đường kớnh dõy nano và (iii) khú mọc được dõy nano thẳng trờn đế. Để hạn chế những nhược điểm này người ta sử dụng phương phỏp bốc bay chựm điện tử. Đõy là phương phỏp chế tạo dõy nano cú tớnh tinh thể cao, dễ dàng điều khiển chiều dài cũng như mật độ dõy nano và phương phỏp này cú thể ứng dụng trong cụng nghiệp vỡ tốc độ lắng đọng vật liệu cao [111]. Sơ đồ nguyờn lý của thiết bị được mụ tả ở Hỡnh 1.16.
Hệ bốc bay chựm điện tử bao gồm: (1) bộ phỏt chựm điện tử; (2) bơm chõn khụng; (3) giỏ giữ đế; (4) lũ gia nhiệt đế và (5) màn hỡnh tinh thể để quan sỏt quỏ trỡnh mọc dõy. Quy trỡnh mọc dõy nano được túm tắt như sau: Lấy 2 phiến Si loại p đó được làm sạch đưa vào buồng lắng đọng để phỳn xạ một lớp Au dày 3 nm lờn bề mặt. Buồng lắng đọng, sau đú, được hỳt chõn khụng bằng bơm cơ học và bơm khuếch tỏn nhằm đạt chõn khụng cao (1.10-5 mbar). Đế Si cú phủ Au được nung đến 450 oC trong 15 phỳt để chuyển màng Au thành cỏc hạt Au đúng vai trũ làm xỳc tỏc cho quỏ trỡnh mọc, sau đú đế được làm nguội về
25
nhiệt độ phũng. Đế tiếp tục được nung núng tới 450 oC trong 15 phỳt và khi nhiệt độ ổn định hơi Sn được tạo ra nhờ cỏc chựm điện tử bắn phỏ vào thanh Sn đồng thời O2 được thổi vào thụng qua bộ điều khiển lưu lượng nhằm đảm bảo ỏp suất riờng phần của O2 luụn khụng đổi trong suốt quỏ trỡnh mọc dõy nano là 4.10-4 mbar. Điện thế gia tốc chựm điện tử là 10 kV và tốc độ bay hơi Sn là khoảng 2,5 Å/s.
Hỡnh 1.16. Sơ đồ nguyờn lý hệ bốc bay chựm điện tử [111].
Kết quả chụp ảnh FE-SEM chỉ ra rằng dõy nano mọc rất đồng đều và thẳng đứng trờn toàn bộ đế. Chiều dài và đường kớnh đõy nano tương ứng khoảng 2-4 àm và 20-60 nm. Như vậy, tốc độ mọc dõy nano trong trường hợp này khoảng 150 nm/phỳt. Ngoài ra, quan sỏt ảnh FE-SEM chỳng ta cũng thấy ở đầu mỗi sợi dõy nano đều cú hạt Au, trong khi nhiệt độ mọc lớn hơn điểm eutectic của hệ Sn-Au. Điều này khẳng định rằng cơ chế mọc dõy nano ở đõy là VLS. Phương phỏp này cú nhiều thuận lợi hơn so với cỏc phương phỏp khỏc như: (1) chõn khụng cao cú thể làm giảm sự nhiễm bẩn hoặc sự oxi húa bề mặt vật liệu; (2) nhiệt độ mọc thấp và tốc độ mọc ngăn chặn sự khuếch tỏn lẫn nhau của cấu trỳc nano; (3) cú thể điều khiển quỏ trỡnh mọc trực tiếp; (4) tất cả cỏc thụng số mọc cú thể được điều chỉnh chớnh xỏc và tỏch biệt nhau, vấn đề mọc của riờng từng dõy nano cú thể được nghiờn cứu riờng lẻ.
Bờn cạnh cỏc phương phỏp chế tạo dõy nano đó kể trờn thỡ cũn cú một số phương phỏp khỏc cú thể tạo cấu trỳc một chiều cú kớch thước nano như: phương phỏp tổng hợp dựa vào phản ứng chỏy hoặc phương phỏp nhiệt phõn dung dịch. Cai và cộng sự [161] đó chế tạo dõy nano SnO2 đơn tinh thể với đường kớnh từ 10-100 nm và chiều dài vài àm bằng
26
phương phỏp đốt chỏy sử dụng vật liệu nguồn là bột Al, Cu2O và SnO. Hỗn hợp vật liệu nguồn được trộn đều và sấy ở 120 oC trong 2 giờ, sau đú cho vào thuyền và đưa vào buồng đốt. Phản ứng chỏy của hỗn hợp sẽ xảy ra trong mụi trường khụng khớ nhờ sử dụng cuộn dõy được đốt núng bằng điện. Đối với phương phỏp này, quỏ trỡnh hỡnh thành dõy nano xảy ra theo cơ chế hơi-rắn (VS) hoặc hơi-lỏng-rắn (VLS).