Màng V2O5 đã được phủ trên các ñế dẫn điện trong suốt bằng phương pháp
phún xạ magnetron DC. Các thông số phún xạ tối ưu đã được xác định trong chương 3. Trong đó, nhiệt độ ñế 30oC tiếp tục được sử dụng ñể lắng đọng màng với hai lý do: khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ ủ nhiệt và nhiệt độ ñế thấp (nhiệt độ
Luận văn thạc sĩ
phòng) thích hợp ñể triển khai ứng dụng sau này. Cấu trúc màng được khảo sát bằng phổ XRD, phổ truyền qua và ảnh SEM.
4.1.2.1 Khảo sát phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
Để khảo sát sự phát triển tinh thể màng V2O5 trên các ñế dẫn điện khác nhau như ZnO, SnO2 và ITO, chúng tôi đã sử dụng phương pháp XRD (hình 4.2). Phương pháp nhiễu xạ tia X dùng để khảo sát màng mỏng thường được sử dụng là phương pháp Bragg – Brentano.
Hình 4.2: Phổ nhiễu xạ tia X của V2O5 phủ trên ZnO:Al (a), trên SnO2:Sb (b) và trên ITO(c)
Kết quả nhiễu xạ tia X được tổng hợp ñể tính toán độ không trùng mạng của
màng và ñế f (%) cũng như các thông số mạng của màng V2O5 được cho bởi bảng 4.2.
(a) (b)
Luận văn thạc sĩ Bảng 4.2: Kết quả góc nhiễu xạ và tính hằng số mạng của V2O5 trên đế dẫn điện trong suốt Đỉnh phổ XRD V2O5/ñế Tỉ số cường độ đỉnh V2O5/ñế Kí hiệu 2θθθθ (độ) hkl ðộ không trùng mạng f (%) Hằng số mạng (A0) V34 ( đế ZnO:Al) 33,84 111 1977/956 2.07 0,554 *Không tính được 25,92 110 197/150 1.31 0.306 33,24 111 59/73 0.81 0.295 37,27 401 38/30 1.27 0.233 V28 ( đế SnO2:Sb) 51,12 020 335/134 2.50 0.156 a = 11.47039; b = 3.54431 c = 4.306949 20.89 001 60/27 2.22 0.015 30.00 210 407/117 3.48 0.027 34.89 310 384/145 2.65 0.028 37.13 211 39/19 2.05 0.074 45.12 501 23/17 1.35 0.025 T40 ( đế ITO) 50.49 112 102/63 1.62 0.034 a = 11.47(5); b = 3.52(2) c = 4.32(2)
So với phổ nhiễu xạ của V2O5 trên đế thủy tinh (hình 3.10) và phổ XRD của
màng trên các ñế dẫn điện trong suốt (hình 4.2), ta chắc chắn rằng V2O5 đã kết tinh trên các đế dẫn điện này. Điều này được thể hiện ở sự tăng mạnh cường độ đỉnh XRD của màng/ñế. Các đỉnh này được xác định tương ứng với đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của tinh thể V2O5 với các chỉ số mặt mạng (hkl) cho bởi bảng 4.2.
Để so sánh khả năng phát triển tinh thể trên các ñế khác nhau, chúng tôi tiến
hành xác định tỉ số cường độ đỉnh V2O5/ñế. Tỉ số này được tính bằng cách lập tỉ số
cường độ đỉnh XRD của màng V2O5/ñế và cường độ đỉnh XRD tương ứng của ñế
Luận văn thạc sĩ
từ 2-3 lần, cho thấy màng V2O5 đã phát triển tinh thể rất tốt trên các ñế dẫn điện (đặc biệt là trên ITO, cường độ đỉnh [210] V2O5 tăng gấp 3,48 lần đỉnh [222] ITO).
Sự hợp mạng giữa tinh thể V2O5 và ñế được xác định dựa vào độ không
trùng mạng f (bảng 4.2), cho thấy tất cả các mẫu ñều có sự hợp mạng tốt (f<0,554%). Trong đó, màng phát triển trên ñế ITO có sự hợp mạng tốt nhất (f<0,074%).
Khác với màng trên ñế thủy tinh (thường phát triển theo hướng ưu tiên [001],
hình 3.10), màng V2O5 được lắng đọng trên ñế tinh thể sẽ có sự phát triển tinh thể
theo sự định hướng của ñế. Cụ thể, màng trên ñế ZnO sẽ phát triển theo hướng [111] tương ứng mặt (002) của ñế; màng trên ñế SnO2 sẽ phát triển theo các hướng [110], [111] và [020] tương ứng với mặt (110), (101) và (211) của ñế; màng trên ñế
ITO sẽ phát triển theo các hướng [210], [310] và [112] tương ứng với mặt (222), (400) và (440) của ITO. Vậy ta có thể khẳng định cấu trúc tinh thể của ñế có ảnh hưởng lớn ñến cấu trúc tinh thể của màng. Điều này có ý nghĩa to lớn vì màng sẽ có khả năng tích thoát ion Li+ khác nhau theo các mặt mạng khác nhau, nên ta có thể
lựa chọn ñế tinh thể thích hợp ñể khả năng điện sắc của màng là tốt nhất.
Kết quả tính toán hằng số mạng của màng V2O5 trên ñế SnO2 và ITO cho kết
quả tương đối phù hợp với kết quả lý thuyết, một lần nữa khẳng định sự hình thành
màng tinh thể V2O5 trên các ñế dẫn điện là rất tốt.
4.1.2.2 Khảo sát phổ truyền qua
Từ các phổ truyền qua ởhình 4.3 bên dưới, ta nhận thấy rằng: Khi phủ V2O5
lên trên ñế thì tất cả các phổ truyền qua đều có bờ hấp thụ bị dịch về phía bước sóng dài. Điều là dễ hiểu vì nếu so với độ rộng vùng cấm quang học của ñế dẫn điện trong suốt (>3 eV) thì Eg của V2O5 chỉ khoảng 2,38 eV. Do đó, hiệu ứng hấp thu
của màng V2O5/ñế sẽ xảy ra ở khoảng bước sóng 500 nm.
Độ truyền qua của màng V2O5/ñế ñều giảm so với độ truyền qua của ñế. Điều này có thể giải thích là do sự hấp thụ ánh sáng của màng V2O5 (phổ truyền qua, hình 3.6) và sự tán xạ ánh sáng khi truyền qua mặt phân cách của màng V2O5
Luận văn thạc sĩ
của màng tốt (khoảng 70%) hơn ZnO và SnO2. Điều này có thể cho thấy sự thuận lợi khi dùng ITO làm điện cực cho linh kiện điện sắc (như cửa sổ thông minh, linh kiện hiển thị,..) trong ứng dụng của màng mỏng điện sắc V2O5.
Hình 4.3: Phổ truyền qua của các mẫu ZnO:Al (a), SnO2:Sb (b), ITO (c) trước và sau khi phủ màng mỏng V2O5; (d) Phổ truyền qua của màng mỏng V2O5 được phủ trên các điện cực ZnO:Al; SnO2:Sb và ITO ở cùng một điều kiện (I = 0,2A, P = 3 mtorr,
khoảng cách bia – đế : 5cm, t = 20 phút, Ts = 30oC)
4.1.2.3 Khảo sát ứng suất màng V2O5 trên ñế dẫn điện trong suốt
Như đã khảo sát trong chương 3, màng V2O5phủ trên ñế thủy tinh ở nhiệt độ ñế dưới 300oC có ứng suất căng. Khi nhiệt độ ñế tăng thêm, màng chuyển sang ứng suất nén. Ứng suất của màng phủ trên ñế dẫn điện trong suốt ở nhiệt độ phòng cũng được khảo sát và cho ở bảng 4.3.
(a) (b)
(d) (c)
Luận văn thạc sĩ Bảng 4.3: Ứng suất của màng mỏng V2O5phủ trên các đế dẫn điện trong suốt
Mặt mạng (hkl) Kí hiệu Màng Đế 2θθθθ (độ) θθθθ (độ) θθθθ0 (độ) σσσσf (Gbar) V34 111 002 33,84 16,92 16,26 -0,07Y 110 110 26,04 13,02 13,08 0,00838Y 111 101 33,08 16,54 16,66 0,013Y V28 020 211 51,24 25,62 25,62 0 210 222 29,993 14,9965 14,72 -0,0333Y T40 310 400 34,885 17,443 17,151 -0,03Y Từbảng 4.3, ta nhận thấy rằng, ứng suất của màng với đế là ZnO:Al và ITO là ứng suất nén, màng với đế là SnO2:Sb cho ứng suất là căng. Các giá trị ứng suất
của màng ñều tương đối nhỏ, trong đó, màng phát triển trên ñế ITO có ứng suất nén
nhỏ nhất.
4.1.2.4 Khảo sát ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)
Màng V2O5 phủ trên ITO đã được chụp ảnh SEM theo mặt cắt ngang (cross section) ñể kiểm tra khả năng bám dính của màng trên ñế. ðồng thời, ảnh SEM của
màng phủ trên thủy tinh cũng được đối chứng (hình 4.4).
Hình 4.4: Ảnh SEM cắt lớp của màng V2O5phủ trên ITO (trái) và trên thủy tinh (phải)
400 nm 200 nm
Luận văn thạc sĩ
Hình 4.4 cho thấy, độ dày màng phủ trên thủy tinh cỡ 150 – 200 nm. Tuy nhiên, khi
màng phủ trên ñế ITO/thủy tinh, ta không thể phân biệt được ranh giới giữa màng V2O5và
ITO. ðộ dày tổng cộng của hai lớp V2O5 và ITO trên ñế thủy tinh cỡ 400 nm. Rõ ràng,
màng V2O5 khi phát triển trên ITO đã có sự bám dính tốt vào ñế. Ảnh SEM ở cả hai trường hợp trên cũng cho thấy màng tương đối đồng ñều về cả độ dày lẫn bề mặt màng.
4.1.3 Kết luận
Màng V2O5 phát triển trên các ñế tinh thể khác nhau sẽ có cấu trúc tinh thể khác nhau. Cấu trúc tinh thể này phụ thuộc vào định hướng tinh thể của ñế.
Khi màng V2O5 được phủ lên các màng điện cực, độ truyền qua của màng
ñều giảm xuống. Trong đó, màng phủ trên ITO vẫn còn giữ độ truyền qua cao cho
màng (khoảng 70%).
Màng phát triển trên ñế SnO2 có ứng suất căng. Màng phát triển trên ITO có ứng suất nén nhỏ nhất.
ðộ dày màng xác định bởi phương pháp SEM trong khoảng cỡ 200 nm.
Màng phát triển trên ITO có khả năng bám dính tốt vào ITO và không thể phân biệt được với ITO bằng ảnh SEM.
Từ những nhận định trên, chúng tôi đã sử dụng màng dẫn điện trong suốt ITO ñể làm điện cực trong quá trình khảo sát tích chất điện sắc của màng V2O5 sau
này.