Kết quả và thảo luận
3.1.3. ảnh h−ởng của quá trìn hủ nhiệt tới cấu trúc của màng ITO
Phân tích giản đồ nhiễu xạ tia X cho phép xác định cấu trúc của màng trong quá trình ủ nhiệt. Các mẫu với chế độ xử lý nhiệt khác nhau đ−ợc khảo sát cấu trúc trên máy SIEMENS D5005 (X-ray diffractometer D5005). Trên hình 3.8 là giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu đ−ợc xử lý nhiệt tại các nhiệt độ khác nhau. Khi khảo sát cấu trúc của
tinh thể ITO bằng nhiễu xạ tia X, ng−ời ta đã chứng minh cấu trúc tinh thể ITO là đồng nhất với cấu trúc tinh thể In2O3. Điều này chứng tỏ sự pha tạp của các nguyên tử Sn vào mạng tinh thể In2O3 thuộc kiểu thay thế. Khi nguyên tử Sn thay thế vị trí của nguyên tử In trong
mạng tinh thể In2O3, mỗi nguyên tử Sn còn d− một điện tử hoá trị không tham gia vào liên kết. Những điện tử này có vai trò làm độ dẫn điện của tinh thể ITO tăng lên so với độ dẫn điện của tinh thể In2O3. Cơ chế pha tạp trong ITO đ−ợc minh hoạ một cách đơn giản trên hình 3.7. Nh− vậy ITO là bán dẫn pha tạp donor hay là bán dẫn loại n, trong đó điện tử là hạt tải cơ bản.
Từ giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu, ta nhận thấy các giản đồ đều có các đỉnh nhiễu xạ đặc tr−ng cho cấu trúc tinh thể của In2O3. Đỉnh nhiễu xạ có c−ờng độ lớn nhất tại 2θ có giá trị 30035’ ứng với khoảng cách giữa hai mặt phẳng mạng liên tiếp dhkl bằng 2,921 A0. Đỉnh này là kết quả nhiễu xạ của họ mặt phẳng tinh thể với chỉ số Miller (222). Các đỉnh còn lại tại 2θ có giá trị 51001’; 35028’; 60040’ t−ơng ứng với các chỉ số Miller (440); (400); (622). So
Hình 3.7: Cơ chế pha tạp trong ITO đã đ−ợc đơn giản hoá
sánh các đỉnh nhiễu xạ từ thực nghiệm với các đỉnh t−ơng ứng của mẫu chuẩn tinh thể In2O3 (tệp dữ liệu 6-0416) trong bảng tra cứu cấu trúc ASTM cho thấy cấu trúc tinh thể của màng ITO đ−ợc chế tạo đồng nhất với cấu trúc tinh thể của In2O3 [ASTM Card 6-0416]. Giản đồ nhiễu xạ tia X còn cho thấy các đỉnh nhiễu xạ phần lớn thuộc họ mặt phẳng tinh thể với chỉ số Miller t−ơng đối cao: (222), (440), (400), (622). Điều này hoàn toàn phù hợp bởi vì số phân tử Z trong một ô cơ sở của mạng tinh thể là t−ơng đối lớn: Z = 16.
10 20 30 40 50 60 70 C − ờn g độ ( đ v ty) 2θ (degree)
Mẫu ủ nhiệt chân không Mẫu ủ nhiệt trong không khí Mẫu ch−a ủ nhiệt
Hình 3.8: giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu tại các ủ nhiệt khác nhau (a) ch−a ủ nhiệt, (b) ủ nhiệt trong không khí, (c) ủ nhiệt trong chân không.
Mặt khác, đối với mẫu sau khi bay hơi ch−a ủ nhiệt (Mo) ngoài các đỉnh nhiễu xạ đặc tr−ng cho cấu trúc tinh thể của In2O3 còn xuất hiện thêm một đỉnh nhiễu xạ tại 2θ có giá trị 33012’ đặc tr−ng cho cấu trúc tinh thể của SnO2. Nh− vậy, màng nhận đ−ợc ngay sau quá trình bay hơi bao gồm hai pha pha ôxit inđi và một phần pha ôxit thiếc. Hay nói cách khác, vẫn còn Sn ch−a đ−ợc thay thế hoàn toàn vào vị trí của In.
Khi ủ nhiệt, theo chiều tăng của nhiệt độ, đỉnh nhiễu xạ đặc tr−ng cho cấu trúc pha SnO2 có c−ờng độ giảm dần (mẫu M1) và mất hoàn toàn khi nhiệt độ ủ đạt 400 0C (mẫu M1). Nh− vậy, ở mẫu M1 chỉ tồn tại đơn pha In3O3.
Điều này đ−ợc giải thích bởi sự thay thế của các nguyên tử Sn vào vị trí của các nguyên tử In trong mạng tinh thể d−ới tác dụng của nhiệt độ ủ. Khi nhiệt độ ủ đạt 400 0C toàn bộ các nguyên tử Sn đ−ợc thay thế hết và cấu trúc của màng chỉ còn lại pha ITO duy nhất. Cấu trúc này trở nên hoàn thiện hơn khi màng tiếp tục đ−ợc chuyển sang ủ nhiệt trong chân không. Ngoài ra theo chiều tăng của nhiệt độ ủ, các đỉnh nhiễu xạ đặc tr−ng cho cấu trúc tinh thể của In2O3 có c−ờng độ lớn dần và đồng thời trở nên sắc nét hơn, đặc biệt đối với màng đ−ợc ủ nhiệt trong chân không. Điều này chứng tỏ khi tăng nhiệt độ ủ, các nguyên tử Sn đã thay thế dần các nguyên tử In trong mạng tinh thể In2O3 dẫn đến hàm l−ợng các hạt kết tinh có cấu trúc tinh thể In2O3 tăng lên và kích th−ớc hạt cũng lớn dần.
Nh− vậy, bằng ph−ơng pháp bay hơi chùm tia điện tử kết hợp với quá trình ủ nhiệt thích hợp đã nhận đ−ợc màng ITO trong đó có sự thay thế các nguyên tử Sn vào vị trí của các nguyên tử In trong mạng tinh thể In2O3.
3.2. Khảo sát tính chất của tổ hợp cấu trúc nano PVK+ nc-TiO2 và PVK + nc - CdSe + nc - CdSe