Một trong những ứng dụng ựiển hình nhất của vật liệu ựiện sắc trong thực tế ựó là chế tạo linh kiện ựiện sắc.
3.3.1 Cấu tạo của linh kiện ựiện sắc:
Linh kiện ựiện sắc có thểựược thiết kế và chế tạo bằng nhiều cách khác nhau, tuy nhiên tất cả chúng ựều có cấu tạo gồm các lớp màng mỏng cơ sở như hình 3.12.
Hình 3.12 Mô hình linh kiện ựiện sắc [4, tr.10].
Các lớp ựược phủ liên tiếp lên trên ựế (thường là ựế thủy tinh) .
- Trước tiên ựế thủy tinh ựược phủ lớp dẫn ựiện trong suốt. đây là những vật liệu vừa có ựộ truyền qua cao và dẫn ựiện tốt, thường sử dụng các chất bán dẫn có vùng cấm rộng có khả năng pha tạp mạnh, ựiển hình là các vật liệu FTO (SnO2 : F), AZO (ZnO : Al), ATO (SnO2 : Sb) và ITO (In2O3 : Sn) .
- Tiếp ựến là lớp ựiện sắc, ựây là lớp vật liệu chắnh ựể hình thành nên một linh kiện ựiện sắc, có tắnh quyết ựịnh ựộ nhạy và hiệu suất ựiện sắc của linh kiện.Chất lượng của một linh kiện ựiện sắc phần lớn quyết ựịnh bởi các tắnh chất ựiện, quang, nhiệt và khả năng ựiện hóa của lớp ựiện sắc.
M+
- Lớp tiếp theo là màng dẫn ion (chất ựiện ly), chúng có thể là chất lỏng, rắn hay chất ựông ựặc. Nó ựóng vai trò làm nguồn cung cấp ion tiêm vào hoặc thoát ra khỏi màng ựiện sắc. đặc trưng của lớp này là có ựộ dẫn ion cao và ựối với vật dẫn ion lý tưởng thì ựộ dẫn ựiện tử gần như bằng không. Hơn thế nữa ựể ựáp ứng yêu cầu của một linh kiện ựiện sắc thì lớp này phải là trong suốt (ựể không làm ảnh hưởng ựến ựộ tương phản của linh kiện) ựồng thời chất dẫn ion thắch hợp thường
ựược chọn là chất ựiện ly rắn.
- Tuy nhiên ựể tăng hiệu suất ựiện sắc người ta có thể phủ thêm lớp tắch trữ
ion và ựặc biệt nếu lớp này làm bằng vật liệu có tắnh ựiện sắc khi ựó hiệu suất ựiện sắc của linh kiện càng caọ Và cũng giống như lớp ựiện sắc ựây là lớp dẫn hỗn hợp cả ựiện tử và ion.Trong một linh kiện có nhiều ựiện cực thì lớp này thường ựược xem là ựiện cực ựối (counter electrode). Nhằm nâng cao hiệu suất của linh kiện người ta thường chế tạo lớp tắch trữ ion này cũng có tắnh ựiện sắc nhưng có tắnh ựối ngược với lớp ựiện sắc (khi lớp ựiện sắc là chât ựiện sắc catốt thì lớp này ựóng vai trò là chất ựiện sắc anốt và ngược lại). Như vậy với cấu tạo này người ta có thể làm cho hai lớp màng cùng nhuộm màu và cùng tẩy màu do ựó vấn ựềựiều chỉnh lượng ánh sáng truyền qua thông qua việc khảo sát sự thay ựổi ựộ truyền qua của linh kiện
ựiện sắc có hiệu quả hơn nhiều so với linh kiện thông thường .
Cấu tạo thường gặp của linh kiện ựiện sắc: Thủy tinh / ITO / NiO / LiAlF4 / WO3 / ITO / thủy tinh .
3.3.2 Nguyên tắc hoạt ựộng
Khi áp một ựiện trường lên các ựiện cực trong suốt, các ion sẽựược tiêm vào hoặc thoát ra khỏi lớp ựiện sắc dẫn ựến sự thay ựổi tắnh chất quang mà cụ thể là thay ựổi màu sắc, qua ựó thể hiện tắnh chất ựặc trưng của linh kiện. đó là các linh kiện có khả năng biến ựiệu phổ truyền qua và phổ phản xạ thông qua sự thay ựổi lớn vềựộ truyền qua và ựộ phản xạ .
3.4 Một số ứng dụng của linh kiện ựiện sắc
3.4.1 Cửa sổ thông minh :
Linh kiện ựiện sắc ựược quan tâm vì khả năng ứng dụng của nó rất thiết thực trong thực tế ựời sống hàng ngày của chúng ta, ựiển hình là ứng dụng trong các công trình xây dựng có tắnh tiện nghi cao(các cao ốc cao cấp), cụ thể là sử dụng linh kiện ựiện sắc ựể chế tạo cửa sổựiện sắc thông minh. Bằng cách thay ựổi ựiện thếựặt vào linh kiện người ta có thể ựiều chỉnh ựược lượng ánh sáng truyền qua một cách dễ dàng, linh ựộng và liên tục sao cho phù hợp với yêu cầu ựặt rạ
Hình 3.13 Nguyên lý của cửa sổựiện sắc [4, tr.11]. 3.4.1.1 Cấu tạo cơ bản của một cửa sổựiện sắc Cấu tạo cơ bản của một cửa sổ ựiện sắc cũng giống như cấu tạo cơ bản của một linh kiện ựiện sắc bao gồm [16]:
- Pano thủy tinh hoặc plastic ( tùy theo yêu cầu ). - Lớp oxit dẫn (ựóng vai trò là ựiện cực thứ nhất). - Lớp ựiện sắc thứ nhất (thường là màng WO3). - Chất ựiện ly (lớp dẫn ion). - Lớp trữ ion. Hấp thụ Truyền qua
- Lớp oxit dẫn thứ hai (ựóng vai trò là ựiện cực thứ hai). - Pano thủy tinh hoặc plastic thứ haị
3.4.1.2 Nguyên tắc hoạt ựộng của cửa sổựiện sắc
Nguồn ựược áp vào hai lớp ựiện cực minh họa như hình 3.14.
- Khi ựóng công tắc như hình 3.14.a: lượng ánh sáng truyền qua gần như
toàn phần.
- Khi công tắc ựược bật như hình 3.14.b: lượng ánh sáng truyền qua cửa sổ
giảm ựáng kể.
Ta có thể giải thắch cơ chế ựó như sau: Áp ựiện thế thắch hợp (bật công tắc) khi ựó những ion sẽ di chuyển nhanh giữa lớp trữ ion và lớp ựiện sắc kèm theo ựiện tửựược tiêm từ màng dẫn ựiện trong suốt làm thay ựổi tắnh chất quang, cụ thểở ựây là thay ựổi màu (lúc này cửa sổựược nhuộm màu) do ựó chỉ một phần nhỏ ánh sáng truyền qua cửa sổ.
Hình a : đóng công tắc. Hình b : Bật công tắc.
Hình 3.14: Mô hình cửa sổựiện sắc ở hai trạng thái ựóng và bật công tắc.[19, tr.4].
3.4.2 Kắnh chóng lóa, chóng phản xạ
Người ta có thể thay ựổi ựộ phản xạ của linh kiện bằng cách thay thế một trong hai ựiện cực trong suốt của linh kiện ựiện sắc bằng một mặt phản xạ - mặt kim
loạị Linh kiện này ựược ứng dụng trong việc chế tạo kắnh chóng lóa, chóng phản xạ cho các ôtô, xe tải ... Hình 3.15 Nguyên lý của kắnh chóng lóa , chóng phản xạ [4, tr.11]. 3.4.3 Linh kiện hiển thị Nếu kết hợp linh kiện ựiện sắc với chất nền trắng ta có thể chế tạo linh kiện hiển thị như hình 3.12. độ tương phản ựen trắng của các linh kiện này rất tốt vì thế
nó ựược ứng dụng trong việc chế tạo các biển báo, biển hiệụ
.
Hình 3.16 Nguyên lý của linh kiện hiển thị [4, tr.12].
Ngoài ra, do tắnh chất quang có thể thay ựổi trong dải bước sóng dài, từ vùng tử ngoại, vùng nhìn thấy ựến vùng hồng ngoại nên linh kiện ựiện sắc ựã ựược sử
CHƯƠNG 4. CHẾ TẠO MÀNG WO3 BẰNG
PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON RF
4.1 Hệ bơm chân không tạo màng
Trong luận văn này, quá trình chế tạo màng ựược tiến hành trong hệ thiết bị lắng
ựọng màng từ pha hơi trong chân không mã hiệu UNIVEX 450 (hình 4.1) do hãng LEYBOLD của Cộng Hòa Liên Bang đức sản xuất. đây là hệ thiết bị hiện ựại với sự hổ trợ của nhiều thiết bị ựiều chỉnh và ựo lường có ựộ nhạy và ựộ chắnh xác caọ Hệ UNIVEX 450 này bao gồm các thiết bị chắnh sau:
- Buồng chân không làm bằng inox có dạng hình trụ ựường kắnh 450mm, cao 500mm. Nhiệt ựộ vỏ buồng có thể thay ựổi bằng hệ thống ống dẫn nước trên thành phắa ngoài buồng với nhiệt ựộ nước ựiều chỉnh ựược. Bên trong buồng có bố trắ
nhiều thiết bị hổ trợ cho quá trình tạo màng bao gồm:
Bộ phận phóng ựiện xử lý bề mặt ựế: gồm một ựiện cực dạng phẳng ựể tạo sự phóng ựiện khắ từ nó ựến bề mặt ựế cần lắng ựọng màng. điện cực này phải ựược che chắn sao cho ựủ ựể ngăn chặn sự phóng ựiện từ nó ựến thành buồng cũng như ựến các chi tiết khác trong buồng chân không. Nguồn ựiện dùng cho quá trình
phóng ựiện khắ này là nguồn DC có hiệu ựiện thế có thể ựiều chỉnh ựược trong
khoảng từ 0 ựến 2kV. Dòng phóng ựiện có thể ựạt ựến 60mẠ
Bộ phận phún xạ: gồm ba hệ magnetron phẳng, dạng tròn ựường kắnh 75 mm có
thể hoạt ựộng với các nguồn ựiện cao thế một chiều (DC) hoặc cao tần Ờ khoảng 13,6MHz (tần số vô tuyến Ờ RF). Các nguồn này khi hoạt ựộng có thểựạt công suất tối ựa khoảng 300W và có thể ựiều chỉnh ựể cố ựịnh một trong ba thông số: công suất hoặc hiệu ựiện thế hoặc dòng phóng ựiện phún xạ.
Mâm gắn mẫu ựể tạo màng: mâm này có thể quay ựược quanh trục ựể có thể ựối diện ựược với tất cả các hệ magnetron cũng như ựiện cực phóng ựiện. Mâm ựược cấp nhiệt bằng ựiện trở và nhiệt ựộ của nó có thể ựược giữ ổn ựịnh ở một giá trị
phận cấp nhiệt này có nhược ựiểm là không ựược phép hoạt ựộng khi hệ phún xạ tạo
màng làm việc với nguồn ựiện cao tần (kỹ thuật phún xạ RF). đây là một hạn chế
mang tắnh nguyên tắc ựối với hệ thiết bị nàỵ
Thiết bị ựo bề dày màng: thiết bị này có mã hiệu XTM/2. Máy hoạt ựộng trên nguyên tắc dựa vào dao ựộng của tinh thể thạch anh ựể ựo trực tiếp bề dày của
màng ngay trong quá trình màng ựang ựược lắng ựọng từ pha hơị
- Bộ ựiều chỉnh áp suất riêng phần: gồm áp kế cho phép xác ựịnh áp suất trong buồng với ựộ chắnh xác cao trong khoảng từ 10-7 torr ựến 10-1 torr; lưu lượng kế với
ựộ nhạy 0,1(sccm) và hai van kim chỉnh tinh có thể ựiều chỉnh áp suất trong buồng
có giá trị tùy ý.
- Hệ bơm chân không: hệ gồm hai bơm mắc nối tiếp nhaụ Bơm sơ cấp là bơm quay dầu hiệu TRIVAC D 40 B có vận tốc bơm là 46 m3/giờ. Bơm thứ cấp là bơm phân tử cơ học hiệu TURBOVAC 1100 có vận tốc bơm là 1050 l/s. Hệ bơm này có
thể tạo ựược chân không cao ựến khoảng 10-7 torr. Thời gian hệ tạo chân không trong buồng cũng khá ngắn. Từ áp suất khắ quyển, hệ bơm tạo chân không trong buồng có thể ựạt ựến 10-6 torr trong thời gian khoảng 30 phút.
4.2 Các hệ thiết bị ựo
Các thiết bị ựo ựược dùng hầu hết ựều là những thiết bị mới, hiện ựại, chắnh xác thuộc các cơ quan nghiên cứu ựầu nghành ở Việt nam. Ở ựây chỉ nêu một số thiết bị chắnh ựã ựược sử dụng phục vụ cho luận án như sau:
4.2.1 Hệ thiết bịựo ựộ dày
Một trong những yếu tố cần quan tâm khi khảo sát cấu trúc màng ựó là tốc ựộ
lắng ựọng của màng dựa vào việc xác ựịnh ựộ dày màng và thời gian lắng ựọng
màng. độ dày các màng WO3 tạo ra ựều ựược ựo tại phòng thắ nghiệm của khoa Khoa học Vật liệu Trường đại học Khoa học Tự nhiên, đại học Quốc gia TP HCM bằng thiết bị Stylus Profiler Dektak 6M model 2210 BenchMate của Mỹ (hình 4.2) với ựộ chắnh xác caọ