CHƯƠNG 2. THIẾT BỊ, HÓA CHẤT THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT
2.3. Phương pháp khảo sát tính chất
Bức xạ tia X thường được sử dụng để phân tích cấu trúc tinh thể. Mô hình để có nhiễu xạ tia X mạnh được mô tả như 2.7.
Hình 2.7. Phản xạ Bragg từ các mặt phẳng mạng song song Để có cường độ nhiễu xạ cực đại:
2dsinθ = nλ Với n là số nguyên.
Trong một tinh thể thường có nhiều hệ mặt phẳng mạng (hkl), mỗi hệ mặt này nếu thoả mãn điều kiện trên, đều có thể cho các cực đại nhiễu xạ ở các hướng ứng với góc θ khác nhau, nhưng đây cũng mới là điều kiện cần. Cường độ nhiễu xạ còn phụ thuộc vào hai yếu tố sau:
- Sự tán xạ từ các electron trong một nguyên tử, đặc trưng bởi thừa số tán xạ fj.
rG
dr rG r n r
fj j sin
) (
4 2
- Tổng hợp tán xạ từ tất cả các nguyên tử trong một ô cơ sở, đặc trưng bởi thừa số cấu trúc hình học F(hkl).
N
j
j j
j
je i x h y k z l
f hkl
F
1
} ) (
2 xp{
)
(
Từ phổ XRD ta xác định được kích thước hạt tính theo công thức Sherrer:
) cos(
. 9 . 0
d
Trong đó: λ là bước sóng của tia X, với anode Cu λ= 0.154 nm.
θ là góc có cực đại nhiễu xạ.
∆θ là nửa độ rộng đỉnh nhiễu xạ.
Để phân tích cấu trúc vật liệu màng thu được như thành phần pha định tính, kích thước hạt, phép phân tích phổ nhiễu xạ tia X dựa trên ảnh XRD BRUKER D5005 (Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN).
2.3.2. Khảo sát tính quang dẫn
Hiệu ứng quang dẫn của màng đã chế tạo được thực hiện thông qua phép đo điện trở tối Rt, điện trở sáng Rs và độ nhạy quang K= (Rt-Rs)/Rt khi chiếu sáng màng bằng nguồn sáng là đèn Halogen 50W - 12V trong thời gian nhất định. Các
phép đo điện trở của màng sử dụng ôm kế hiện số có dải đo từ 0 đến 200M.
Hiệu ứng quang dẫn là sự thay đổi độ dẫn của vật liệu khi được chiếu sáng.
Hiện tượng này có thể được mô hình hoá như trên hình 2.8. Khi năng lượng ánh sáng kích thích hν Eg thì quá trình 1 xảy ra. Điện tử nhận năng lượng trực tiếp của photon nhảy nên vùng dẫn trở thành điện tử tự do và để lại vùng hoá trị một lỗ trống tự do. Nồng độ hạt tải tự do được phát sinh phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng.
Trường hợp này thường xảy ra trong các bán dẫn tinh khiết không pha tạp. Khi bán dẫn được pha tạp hay nói khác đi trong vùng cấm của vật liệu bán dẫn tồn tại các mức Donor nằm dưới đáy vùng dẫn và Aceptor nằm trên đỉnh vùng hoá trị. Sự có mặt của các mức năng lượng tạp chất này tạo cho vật liệu bán dẫn những mức năng lượng trung gian.
Hình 2.8. Mô hình vùng năng lượng của vật liệu bán dẫn pha tạp
Khi năng lượng ánh sáng kích thích hν Ed thì quá trình 2 xảy ra làm tăng độ dẫn cho vật liệu. Điện tử ở mức Ed hấp thụ năng lượng và nhảy lên vùng dẫn trở
thành điện tử tự do tham gia vào quá trình dẫn điện. Điện tử ở mức EV cũng nhảy lên mức Ea. Khi năng lượng ánh sáng kích thích hν Ea thì quá trình 3 xảy ra. Điện tử vùng hoá trị hấp thụ năng lượng nhảy nên mức Aceptor và đồng thời sinh ra một lỗ trống tự do ở vùng hoá trị tham gia vào quá trình dẫn điện.
Như vậy, qua phép đo khảo sát tính chất quang dẫn của vật liệu chúng ta có thể xác định được vật liệu có bị pha tạp hay không. Đây là phương pháp khảo sát đơn giản nhưng lại cho hiệu quả cao. Từ phép đo khảo sát này, ngoài khả năng phát hiện sự có mặt của tạp chất thì phép đo này còn cho chúng ta thấy độ nhạy quang của vật liệu.
Để có thông tin về phổ phát xạ của đèn Halogen được sử dụng trong luận văn, chúng tôi đã khảo sát chi tiết tại phòng thí nghiệm của công ty Rạng đông. Hình 2.9 là kết quả đo được từ phòng thí nghiệm công ty Rạng Đông.
Hình 2.9. Phổ đèn sợi đốt Halogen đo từ PTN công ty Rạng Đông.