Trong nghiên cứu trước đây, chúng tôi sử dụng trực tiếp đế thương mại có cấu trúc Pt/TiO2/SiO2/Si, được mua từ công ty Tanaka, Nhật Bản [3]. Tuy nhiên trong nghiên cứu này, chúng tôi chế tạo các đế màng mỏng Pt sử dụng thiết bị phún xạ BOC Edwards và hệ Jeol JFC-1200. Hình 3.1 chỉ ra ảnh hưởng của công suất phún xạ lên cấu trúc tinh thể của màng mỏng Pt được chế tạo bằng thiết bị BOC Edwards.
Trong cấu trúc đế Pt/TiO2/SiO2/Si được chế tạo, lớp Si dày khoảng 500 m, lớp SiO2 dày khoảng 500 nm, lớp TiO2 dày khoảng 10 nm đóng vai trò làm tăng độ bám dính của màng mỏng Pt lên bề mặt SiO2. Điều kiện chế tạo các màng mỏng Pt được duy trì với lưu lượng khí Ar khoảng 110 sccm, áp suất phún xạ khoảng 0,2 Pa, thời gian chế tạo khoảng 20 phút, đến được giữ tại nhiệt độ phòng, và công suất phún xạ thay đổi từ 50 W đến 125 W.
Từ Hình 3.1, chúng ta có thể thấy rằng khi công suất phún xạ tăng từ 50 W đến 75 W, cường độ đỉnh Pt(111) tại vị trí 2 = 39,8o có dấu hiệu tăng nhẹ. Khi tăng công suất phún xạ từ 75 W đến 100 W thì cường độ đỉnh Pt(111) tăng đột ngột lên gấp khoảng 5 lần. Tiếp tục tăng công suất phún xạ lên 125 W thì cường độ đỉnh Pt(111) lại giảm đi rõ ràng. Kết quả thu được có thể giải thích là do khi công suất tăng, độ dày của màng tăng mạnh trong cùng một thời gian phún xạ. Chính điều này dẫn tới tăng số mặt nhiễu xạ của màng mỏng, tức là tăng cường độ nhiễu xạ. Tuy nhiên khi công suất quá cao và phún xạ trong thời gian dài, nhiệt độ chế tạo sẽ tăng mạnh nên có thể thay đổi sắp xếp tinh thể của màng mỏng và làm giảm cường độ đỉnh Pt(111). Do đó, với điều kiện chế tạo hiện tại, chúng tôi kết luận công suất phún xạ tối ưu là 100 W khi sử dụng hệ phún xạ BOC Edwards.
Trường ĐHKHTN 40 ĐHQGHN ĐH
Hình 3.1: Ảnh hưởng của công suất lên cấu trúc màng mỏng Pt chế tạo trên đế TiO2/SiO2/Si.
Khi chế tạo màng mỏng Pt sử dụng thiết bị BOC Edwards, thông thường mức chân không trước khi phún xạ cần đạt 10-3 10-4 Pa. Ngoài yếu tố thời gian khoảng vài tiếng để đạt mức chân không này, thì thiết bị phún xạ BOC Edwards có chi phí rất cao và hoạt động phức tạp. Trong nghiên cứu này, chúng tôi cũng chế tạo màng mỏng Pt trên đế Pt/TiO2/SiO2/Si sử dụng hệ Jeol JFC-1200, không sử dụng hệ chân không được tạo từ hệ bơm turbo. Hệ đơn giản vì chỉ cần đạt mức chân không khoảng 0,1 Pa là có thể phún xạ màng mỏng Pt mong muốn.
Hình 3.2 là so sánh kết quả XRD của màng mỏng Pt được chế tạo trên đế TiO2/SiO2/Si, trong đó (a) đế thương mại, (b) sử dụng hệ phún xạ BOC Edwards, và (c) sử dụng hệ Jeol JFC-1200. Chúng ta có thể thấy rằng chất lượng tinh thể của đế Pt/TiO2/SiO2/Si sử dụng hệ Jeol JFC-1200 có kém hơn so với đế Pt thương mại và Pt sử dụng hệ phún xạ BOC Edwards, nhưng thiết bị có giá thành thấp hơn rất nhiều cũng như không đòi hỏi hệ bơm chân không cao cấp. Do đó, chúng tôi sử dụng hệ phún xạ Jeol JFC-1200 để chế tạo lớp Pt trong tích hợp tụ điện sắt điện ở phần tiếp theo.
Trường ĐHKHTN 41 ĐHQGHN ĐH
Hình 3.2: So sánh chất lượng màng mỏng Pt chế tạo trên đế TiO2/SiO2/Si: (a) đế thương mại, (b) sử dụng hệ phún xạ BOC Edwards, và (c) sử dụng hệ Jeol JFC-1200.
3.1.2. Khảo sát hình thái bề mặt
Hình 3.3 chỉ ra kết quả so sánh ảnh AFM của ba loại đế Pt như đề cập ở trên. Ở đây, chúng ta cũng quan sát thấy đế Pt thương mại có các hạt đồng đều hơn và ít xốp hơn so với các đế Pt tự chế tạo.
Hình 3.3: So sánh hình thái bề mặt từ ảnh AFM của màng mỏng Pt chế tạo trên đế TiO2/SiO2/Si:
(a) đế thương mại, (b) sử dụng hệ phún xạ BOC Edwards, và (c) sử dụng hệ Jeol JFC-1200.
Để đánh giá độ dày của lớp Pt sử dụng hệ Jeol JFC-1200, chúng tôi quan sát ảnh SEM cắt dọc của mẫu Pt/TiO2/SiO2/Si như trên Hình 3.4. Có thể thấy rằng độ
Trường ĐHKHTN 42 ĐHQGHN ĐH dày của lớp Pt chế tạo vào khoảng 200 nm (ứng với thời gian phún xạ là 16 phút,
công suất phún xạ 50 W), màng mỏng Pt được hình thành chặt và khá đồng đều.
Hình 3.4: Ảnh SEM cắt dọc của màng mỏng Pt chế tạo trên đế TiO2/SiO2/Si sử dụng hệ phún xạ Jeol JFC-1200.