M Whitbv J Lin, L Cagnon, Thanou ,N Quirke
O Nòne dó Imi lui Q » « linh flne Mill
Q » « linh flOne Milli
/ \ \ / \ / 1E20 1E19 20 18 S 16 14 250 300 350 NhitldóriC-rC) 400
Hình •/ Dỉn tra suàt. nóng dò hat tài và dó linh dóng Hall dia càc màu khi nhi^t dg de thay dòi dòi vai màng 7MỌP„„2 duQV che tao àcóng suàt phùn xq 200 W.
Viéc pha tap P sé dua dèn viéc tàng cuòng linh dàn ioai n trong càc màng ZnO:P dà.dugc che tao, cho thày su hình thành cùa càc tr^ng thài donor nòng.
De có thé nhan dugc màng ZnO loai p, chùng tòi tiép tue tién hành pha tap dóng thòi cà photpho và nitọ Chùng tòi dà che tao màng ZnO:P pha lap N" bang phucmg phàp phùn x^ r.f. magnetron sù dung N2 iàm nguòn lap N và bia góm ZnO pha t^p P vói hàm lugng 2 % va thay dói lupng N2 trong mòi truòng ion hóa (bao gòm hón hgp khi Ar và N;). Càc màu ZnO:P pha tap N trén de thùy tinh có màu nàu dó dòng nhàị dò dàm nhat lùy theo nòng dg nita pha tap vào màng.
0.48 0 44 0 44 0 4 0 0 36 0 3 2 4 " " ^ ' A 100% N, ]\ B0% N , il 60% N, i l 4 0% N. ZI 20% N , 30 JO 40 SO ì rneu 0 20 4 0 6 0 80 100 Ap sujl rièng phjn cÙJ khi N (%)
Hình 5. FWHM cua dinh (002) cùa màng ZnO P khi àp sudi riéng phàn cua khi N, thay dóị
Hinh vè di kèm trong hình 5 là mot so phò XRD cùa càc màng ZnO;P vói àp suàt riéng phàn cùa khi N: khàc nhau là 20%, 40%, 60%, 80% và 100%.
Bang l. Suso sành linh chat càu trùc và linh chat dién cùa màng ZnO:Ppha iqpnitạ Màu SÓ i 2 3 4 5 Ap suàt riéng phàn cùa khi N,(%) 20 40 60 80 100
SÓ liéu tinh dugc tùdinh nhiéu xa (002) 20 (ciò) 34.07 34.09 33.89 33.78 33.59 a (A) 3,26 3.26 3.25 3.27 3.27 e (A) 5.25 5.26 5.28 5.30 5.32 FWHM (dp) 0.32 0.30 0.33 0.35 0.38 Kich thuóc tinh thè (nm) 20.05 31.85 21.23 Ì9.i0 Ì6.56
Sò liéu thu dugc tùphép do hièu ùng Hall
Dièn irò su ài (Qcm) 4.0x10^ 31 xlO° 4.1 x i o ' 1.53x101 1.25 x i o ' Dglinh dòng (cmW.s) 189 15 22 31 43 Nóng dò hat lai (cm"^) 4.32x10"' 6.03x10'' 1.15x10'^ 5.01x10'^ 9.7x10"' Loai dàn P P n n n
Trong tàt ca càc truòng hgp. chi có duy nhàt mot dinh luong ùng vói mài (002) cùaZnO xuàt bi^n trong phò và khòng he thày càc dinh khàc. Phò XRD cho thay càc màng này có càu trùc lue giàc, dinh huóng uu tien theo tr\ic e vuóng góc vói dẹ Hình 5 là dò thi SÙ thay dói cùa "bàn dp ròng (FWHM) cùa dinh (002) khi àp suàt rièng phan cùa khi N2 thaydòị
Khi àp suàt riéng phàn cùa khi N2 tàng tù 0 dén 100%. bàn dò rpng dàu tièn piàm xuóng và sau dó tàng lèn, dal dugc già ìri nhò nhàt là 0,3° khi àp suàt riéng pliàii cua khi N^ là 40%. Già iri FWHM bi àjih huóng IxVi rat nhiéu yéu lo nhu kich thuòc hat. su phàn bó ùng SLQl và nhùng sai hong cuii linh thè (6|. Do dò. FWHM thuòng dugc sù dung de làm inói thóng so xàc dinh chat lupng cùa inàng.
Thco quan dièm nà). chùng ta có thé di-.dén kct. luàn. vièc duaN. vào trong mòi trutmg che tao màng s: có tàc dimg lich ci^rc de cài thipn linh.chat linh thé cùa màng ZnO:P:N. Ap suàl riéng phàn tói uu cùà khi N2 là [ù 20-40%. do càc màng /.nO;P:N luonp ùng cùa già tri l'WHM nhò hon và có tinh dàn loai p-.lól hon nhu dugc chi ra Irong hình 5 và bang ị
Càc phép do hiéu ùng Hall ò nhiél dò phòng dà' drpc thuc hỉn trong càu hình van der Pauw và càc thóng so thu dugc dugc trinh bay trong bang 1,
Dién tró suàt cùa màng giàm tù 4,0x 10^ xuóng con 1.25xl0'' n cm khi tàn^ àp suàt rièng phàn cùa khi N^ tù 20 dén 100%, cho thày dó lón dién tròsuàt giàm dèn 3 bàc. Dp linh dpng Hall giàm mot bàc tù 189 xuòng con 13 cmVV.s, và nóng dò hai tài tàng tir 4,32x10''* lén 9.7x10'* cm"''. Diéu dàng ngac nhién nhàt là càc màu dirgc phùn xa vói àp suàl rièng phàn cùa N^ nho hon 40% ihè hien linh dàn loai p, (N dà két htyp vào trong màng ZiiỌ dnig vai irò làm acccplor). và càc màng dupc tao ra klii àp suàl rièng phàn cua Ni lòn hon 40% Ihì có tinh dàn loai n.
Tù bang 1. la thày linh chàl dièn cua màng tòt hon. iiliu nóng dò hai lai là n = 6.U3x lÓ^ cm"'. dièn UXT suàl
làp = 31 O cm VII dò linh dòng Hall yi = 25 cmVVs. dal
dupc khi àp suàt riéng phan cùa khi N^ là'40%
Càc két qua trén có the duge giài thich mot càch don giàn. Khi nòng dg N2 tàng lén,.Nito sé dupc dua vào màng nhiéu han, nhu bay mal dò hai tài loai p trong màng ZnO sé tàng ién. Tuy nhién, néu nóng dò Nj, qua cao, mài dò lón' cùa nùt khuyét oxy và Zn ngoài nùt mang sé tón tai tròng tinh thè ZnO (do s^r thiéu oxy trong mòi truòng), dóng vai Irò cùa chat chọ Do dò, màt dp hai lai cùa màng ZnO kièu p giàm manh do su bù trù caọ Phàn thào luàn òphia truóc dà cho chùng ta két luàn ràng càc màng dugc phùn xa khi àp suàt rièng phàn cùa khi N2 nhò sé có tinh dàn loai p, ma nò sS chuyén thành loai n khi àp.suàl riéng phàn cùa Nj lón (>40%). Su ihay dói trong dp dan này có thé là do sg tàng nóng dò N trong màng do nò dóng vai tró là tap donor irong ZnO [7]. Dói vói hàu hét càc màng, dò linh dpng thàp cùa màng có thé là do càc càu trùc dang cpl cùng nhu nhùng sai hóng dóng vai trò là càc tàm làn xạ
100
400 500 600 700 800 900
BUÍK: song (nm)
Hinh 6. Phó iruyèn qua cùa màng ZnO: P che (ao khi àp sua riéng phàn cua khi iX, là 20%( mau l). 40% (mau 2). 60% (mau 3). 80% (màu 4). 100%> (mau 5).
dò Iruyèn qua là vào khoàjig 9 0 % trong vùng ành sàng nhin thày dói v ó i làt cà càc màụ ^ i à tn này gàn g i ò n g vói càc già I r i dà dugc còng bò dòi v ó i màng Z n O loai n pha Uip A l . Gạ hay in | 8 | .
Tu có ihè ihày Irong phó i r u \ è n qua cùa càc màng có mpt bò hàp ihy rò rèi nàm ò 3.33 cV (màu sò 2). Hình di kèm trong phò là bò hàp thu dupc phóng tt^ị l ù hình này ta có thè thày bò hàp thu bi dich nh? vé phia buóc song ngàn khi àp suàt rièng phàn cùa khi N2 làng lén. nhung sau dó lai dich vé phia buóc song dai
hin khi àpsuàl rièng phàn cùa k h i N i tiép tue làng lén.
3 1 3 2 3 3
NunK Illune U \ 1
lli/il) 7. ih) í(.Jn_i> vùng càm aia càc màng duvc làng dong o càc àp suàl riOng phàn khàc nhau cua AV
Dò rpng vùng càm dùpc chi ra irong hình 7 thu tlupc biing càch ngoai suy phàn luyvn tinh cùa bò hàp lliụ
Màng ZnO;P dupc làng dpng ò àp suàl riéng phàn cùa khi Nz là 4 0 % có dò rpng vùng càm lón nhàt l u o n g ùng vói màng có nòng dp hat tài lón nhàt. Dièu này ià do hỉu ùng Burstein-Moss [ I O ] , ma trong dó b ò hàp thu bj dich vé phia buòc song dai khi nóng dò hai tài cùa mot chat bàn dàn suy bién làng lén.
Do dó, nòng dò hat lai cùa màng dàn loai p dupc tao ra vói àp suàl riéng phàn cùa khi N2 là 4 0 % sé có già tri km nhàt. dièu này thóng nhàt vói càc kèt qua thu dupc tù phcp do hieu ùng Hall.
KÈT LUÀN
Chùng tói dà che tao màng Z n O pha Uip 1' bang phuang phàp phùn \ a R I ' magnetron. Càc màng nà> là
vài Itai bàn óùn loai n. Su hình thành mùc donor nòng
11:1} CI) ihc là do M,r kcl hop tap chàl I^ h ì n g càch IIKI\' liic \ i iri /.n hoàc sg lha> thè phuc hgp càc vi iri c u i o \ y và kèm. Ngoài rạ chùng lòi cùng che tao thành còng màng Z n O pha lap dòng thòi phòipiio và nito
htìng phuong phàp phùn xa \U- magnetron vói àp suàl
rièng phàn cùa N , khàc nhau ( t h a y d ò i l ù 20 dén 100%) trèn de thùy tinh và SÌO2. A n h h u ò n g cùa hàm lupng
N2 lèn càc l i n h chat cùa màng ZnO:P dà dupc phàn tich. N ò n g dò hat l a i lòn nhàt là 6 , 0 3 x 1 0 " cm"^ thu dupc dòi vói màng dupc phùn xa vói 4 0 % àp suàt rièng phàn cùa khi N,. su ihay dòi chat bàn dàn l ù Ioai p sang loai n can dupc nghién cùu thém và chi l i è i hon de hoàn thién hon nùạ
Lòi c à m o n :
Còng trình này dugc tài t r g bòi De tài khoa hoc và cóng ngh? Q T 0 7 14 - Dai hoc Quóc Già Ha Nóị
T à i liéu tham khno:
[1] J. LU,"Ỵ Zhang, Z. Ye, L. Wang, B.Zhaọ J. Huang,
P'type thin films deposited by DC reaciive magnetron sputtering at different ammonia concentraiions. Materials Letters 57 (2003) 3311-
3314.
[2] D. Hwang, H. Kim, J. Lim, J. Oh, J. Yang and
S.Park, Study of phoioluminescence of
phosphorous-doped p-type ZnO thin films grown by radio-frequency magnetron sputtering
AppịPhys.Lelt. 86(2005) 1519Ì7.
[31 Z. Yc, J. Lu, H. Chen, Y Zhang, L. Wang, B. Zhao,
J, Huang, Preparation and characteristic of p-lype
ZnO films by DC reaciive magnetron sputtering,
.iournalol'Cryslal Growth 253(2003)250-264 [4] Ỵ W. Heọ K. Ip, S. J, Park, S. J. Pearton. D, D,
Nonon. Shallow donor formation in phosphorous-
doped ZnO ihmfitms. Appị Phys, A 78(2004) 53-
57.
{5\ D. Hwang. M. Oh. J. Un. C Kang. and S Park. Effect of annealing temperature and ambient gas on phosphorous doped p-type ZnỌ Appi Phvs. Leụ 90(2007)021106
[6] J, Lụ Z. Ye, L. Wang, J. Huang, B. Zhao,
Structural, electrical and optical properties of Á- doped ZnO thin films. Materials Science in
semiconductor proceđing 5 (2003) 491-496, [7] V. Vaithiamathan, Ỵ Lee, B. Lee, S. Hichita, S.
Kim, Doping of As. P and N in laser deposited
ZnOflms . Journal of Crystal Growth 287 (2006)
85-88
|8] .1. Lu, Q, Liang. Ỵ Zhang. Z. Ye and S. Fujitạ
Improved p-lype conductivity and acceptor states in X-doped ZnO thin films , J. Phys.D: Appị Phys.
40(2007)3177-3181. " .
[9) Z. .lị C. Yang. K. Liu Z.Yẹ Fabrication and
characteri/alion of p-lype ZnO tilms by pvrolysis ol /-inc-aceiatc-amonia soluiioh. Journal of Crystal Growth 253(2003)239-242.
1101 Ỵ Miai, Z. Yẹ W. Xu, F. Chen, X. Zhou, B.
Zhaọ L, Zhu, J. Lu, p-type conduction in
phosphorous-doped ZnO thin films by MOCl'D and thermal activalion of the dopant. Applied
TINH C H A T C A U T R l l C , T I N H C H A T DIÉN VÀ Q U A N G C Ù A MAJSfG M O N G ZnO:In C H E T A O BANG PHU^QfNG PHÀP PHÙN X A R.F. M A G N E T R O N
Nguvèn Viét Tuyén'. Ta Oình Cành', Nguyln Ngoc Long', Dang Hai Ninh' Ngó Thu Hiroìig'jTràn Thi Quynh Hoâ và Nguyen Duy Phuong^,
' Truòng Dai hpc Khoa hpc Tu nhién, DhlQG Ha Nói, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuàn; lE-mail: canhtd(5)vnụedụvn
^ Truàng Dai hpc xày dung, 5 Duòng Giài phóng, Hai Bà Trung 'Hgcvién Id thuàt màt ma, Duòng Chién Thàng, Tàn Trièu, Ha Npi
TOIV1 TÀT
Màng móng ZnO pha tap in eó dp truyén qua
và dò dàn dien lón iti dugc che tao bang phuong
phàp phùn xa r.f. magnetron. Màng có dién tró suàl thàp nhàt thu dugc ò nhièl dp de 150 "C sù dung bia ZnO pha lap 2% In20.i theo khòi lugng, Klii nhici dò de cao hon 200 "C. dién tròsuàt cùa càc màny làng lèn. trong khi nòng dò hai lai giam xuóng. Dièu này cho thày có mpt su suy giàm rò rC'l cùa nóng dò lap donor, dó là do khi nhiét dò de làng. qua irinh bóc bay (rò nèn nịinh hon và indium ihoàl ra khói màng.
linh cluìl càu irùc cua màng dà dupc khiU) sàt bang nhièu xa tia X. kirvli hièn vi dièn tù quél (SUM), Hong khi linh chat di^n và linh chàl quang dupc khào sài bang thiét bi do hiéu ùng Hall và quang phó ké. Ket qua cho thày tàt cà càc màng dà dupc che tao déu phàng và min vói
dinh huóng uu lièn theo truc e vuóng góc vói dẹ
Dp Iruyèn qua quang hpc cùa càc màng vào co 85% trong vùng ành sàng nhìn thàỵ Dién irò suàt thàp nhàt dal dupc là 4,5x10'' Qcm dòi vói mane duoc che tao òcóng suàl 200W và nhiét dò d è ( T , ) I 5 0 r .
Tù khóa: Ri", sputtering. ZnO pha Uip In, Tinh chàl dien. quang.
GIÓI THIÉU
Màng mong cua oxit indi-ihicc (ITO) hien dang dugc sù dung róng rài de làm càc dién cuc inmg suol Hong càc man hinh phàng và càc ihièt bi hicn ihi khàc và chù yèu dupc tao ra bang phuong phàp phùn xa magnetron | 1,6]. Tuy nhién vièc che tao càc màng ITO dòi hói nhiét dò de cao, irén 300 "C hon nùa In là kim loai dal tién gay ra nhùng khó khan trong qua trinh san xuàl càc man hình phàng có kich thuóc lón. Vi ly do dó, nguòi la dà nghién cùu càc vài liéu ZnO pha càc lap chat nhu AI, Ga, In de có thè thay thè cho càc màng ITO [2, 7J.
De có thé dal dupc muc tiéu dó, nguòi la dang làp trung nghicn cùu càc vài lieu mòi ma
dàc bỉt là càc h? vài liéu trén co sò kèm òxit, và indium òxit (IZO) [3] vói muc dich làn dung dugc uu diém cùa cà hai loai vat lỉu bjOj và ZnỌ
Trong bài bào cào này, chùng tói dà khào sàt tinh chàl càu trùc, tinh chat dién và linh chat quang cùa màng ZnO pha tap In mpt càch ky 1 uòng,
THUC NGHIÉM
Màng móng ZnO pha lap In dugc che tao trèn de thùy linh bang càc phùn xa trèn mot bia ZnO:ln eó duòng kinh 7.5 cm trong mpt he phùn xa R.F magnetron vói àp suàt nén là 1()'^ Torr. Nguòn cung càp cho h? hoat dóng ò tàn so 13.56 MHz. He phùn xa dupc hùt chàn khòng lói àp suàt 10'* Torr bòi mot bóm sa càp dùng dàu và mpt barn turbo phàn lù. Bìa ZnO:In dugc che tao bang càch nung hón hgp bpt ZnO (99.9%) và bpt ln203(99.9%) ò nhỉt dò cao, Hàm lupng In^Ó, dugc dua vào 5 bia khàc nhau làn lupi là 1%, 2%, 3%, 5% và 8% theo khòi lupng. Khoàng càch giùa bia và de là khoàng 4 em. Khi dupc dùng de phùn xa là khi Ar vói dò sach 99.9% và dugc dièu khién bang mgt van kim dugc diéu khién bang dièn lù. Mot lò nung bàjig day dién Irò dugc dal duòi de de thay dòi nhiét dp cùa de khi che tao maụ
Càu trùc tinh ihè cùa màng Zn0:In dupc phàn lich bang nhiéu xa lia X (Bruker-AXS D5005). Vi hình ihài cua màng duge quan sài • bang hièn vi dién lù quét (SLM). Finh chat dién cua màu dugc do bang he do hiéu ùng Hall sù dung càu hình 4 mùi dò van der Pauw. Càc phép do dò Iruyèn qua quang hpc dugc thuc hién trèn mot phò kè Shimadzu UV-2450, Phó huynh quang thu dupc nhò phò kè FL3-22 Jobin Yvon Spex vói nguòn kich thich là dèn xenon 450 W.
KÉT QVk VÀ THÀO LUÀN
Trén hình 1 là phó nhièu xa tia X cùa màng ZnO vói càc nhiél dò de khàc nhaụ Dièu kién che tao màng là: àp suàt khi Ar (PA,): 5.8X 10'^
Torr, còng suàt phùn xa (P) là 200 W và hàm lugng cùa in20] trong bia dugc sù dyng là 2 %. Dinh (002) cùa ZnO dupc quan sàt thày ógóc 20