4.1.1 SỰ BIẾN ĐỔI KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA MÀNG THEO BỀ DÀY MÀNG
Bảng 4.1: Sự biến đổi của khối lượng riêng theo bề dày màng ứng với các năng lượng 10 eV và 20 eV.
Năng lượng hạt tới 10eV Năng lượng hạt tới 20eV Số hạt Ti
trên đế Bề dày màng (nm) Khối l(g/cm3) ượng riêng Bề dày màng (nm) Khối l(g/cm3) ượng riêng
500 11,43 2,71 10,97 2,82 1000 23,47 2,63 21,62 2,86 2000 48,22 2,61 45,94 2,74 3000 72,81 2,58 69,22 2,71 4000 93,21 2,65 89,48 2,76 5000 104,37 2,95 99,70 3,08 6000 119,53 3,11 115,04 3,24 7000 138,65 3,11 131,94 3,27 8000 142,89 3,45 142,46 3,46 9000 148,71 3,76 146,92 3,81
Sau khi tiến hành mô phỏng chúng tôi thu được sự biến đổi khối lượng riêng theo bề dày của màng ở bảng 4.1. Kết hợp đồng thời với hình 4.1 chúng tôi nhận thấy như
sau: Khi bề dày màng tăng (từ 11,43 nm đến 148,71nm ứng với năng lượng hạt tới 10 eV, và từ 10,97 nm đến 146,92 nm ứng với năng lượng hạt tới 20 eV), khối lượng riêng của màng tăng (từ 2,71 g/cm3 đến 3,76 g/cm3 ứng với năng lượng hạt tới 10 eV và từ 2,82 g/cm3 đến 3,81 g/cm3 ứng với năng lượng hạt tới 20 eV), quy luật tăng có thể xem là tuyến tính tương ứng với các khoảng bề dày mà chúng tôi xét. Điều này phù hợp với những nhận xét trong [29] hình 1.19b.
a)
b)
Hình 4.1: Sự biến đổi khối lượng riêng theo bề dày của màng ứng với: a) Năng lượng hạt tới 10 eV.
Bảng 4.2: Sự biến đổi độ gồ ghề theo bề dày của màng ứng với cùng một công suất phún xạ [8]. Mẫu Tphx (phút) Iphx (A) VDC (V) P (mTorr) (hkl) df (nm) Rms (nm) D (nm) tại A(101) G53 15 0,5 400 13 A(101) 138 9,2 22,5 G54 30 0,5 400 13 A(101) 249 10,5 20,0 G55 45 0,5 400 13 A(101) 444 16,8 25,9 G56 60 0,5 400 13 A(101) 517 17,5 29,3 G57 75 0,5 400 13 A(004) 640 24,0 30,7
Hình 4.2: Giản đồ XRD của màng TiO2 khi tphx khác nhau. Ứng với tphx = 15 phút, bề
Khi so sánh với các giá trị khối lượng riêng TiO2 ứng với pha vô định hình (2,24 g/cm3 ở 20oC) [22], pha anatase (3,84 g/cm3) và pha rutile (4,26 g/cm3) chúng tôi thấy rằng khi bề dày màng là 148,71 nm (hoặc 146,92 nm) khối lượng riêng màng tương ứng là 3,76 g/cm3 (hoặc 3,81 g/cm3) lớn hơn khối lượng riêng màng ứng với pha vô định hình nhưng nhỏ hơn khối lượng riêng màng ứng với pha anatase. Điều này cho phép kết luận ở bề dày khoảng 146 nm tương ứng với điều kiện giảđịnh của chúng tôi, màng đã chuyển pha từ vô định hình sang tinh thể anatase, tuy nhiên trong màng vẫn còn chứa pha vô định hình. So sánh với kết quả thu được từ
thực nghiệm của tác giả Vũ Thị Hạnh Thu [8] chúng tôi nhận thấy kết quả thu được là hợp lý, trong [8] tác giả Vũ Thị Hạnh Thu đã thu được màng TiO2 chứa pha anatase ở
bề dày 138 nm (bảng 4.2 và hình 4.2).
4.1.2 SỰ BIẾN ĐỔI KHỐI LƯỢNG RIÊNG CỦA MÀNG THEO NĂNG LƯỢNG HẠT TỚI
Hình 4.3: Sự biến đổi khối lượng riêng theo bề dày của màng ứng với năng lượng hạt tới khác nhau. Đường màu xanh ứng với năng lượng hạt tới 10 eV, đường màu đỏứng với năng lượng hạt tới 20 eV.
Hình 4.4: Sự biến đổi khối lượng riêng của màng SiO2 theo năng lượng hạt Si tới, thu
được từ mô phỏng MD [33].
So sánh các giá trị về bề dày và khối lượng riêng màng trong trường hợp có cùng số hạt titan trên đế nhưng năng lượng tới đế khác nhau (bảng 4.1 và hình 4.3) chúng tôi nhận thấy: ứng với cùng số hạt titan trên đế, khi năng lượng hạt tới tăng thì bề dày màng giảm và khối lượng riêng của màng tăng. Nhận xét này cũng phù hợp với kết quả mô phỏng trong [33] (hình 4.4) của tác giả Masafumi Taghuchi và các đồng sự
khi mô phỏng sự hình thành màng SiO2 vô định hình bằng cách cho các hạt Si tới với các năng lượng khác nhau.
Mặt khác, chúng tôi còn nhận thấy trong khoảng bề dày màng từ 11,4 nm đến 140 nm, đường biểu diễn sự thay đổi của khối lượng riêng theo bề dày màng ứng với năng lượng hạt tới 20 eV (đường màu đỏ) nằm trên đường biễu diễn sự thay đổi của khối lượng riêng theo bề dày màng ứng với năng lượng hạt tới 10 eV (đường màu xanh). Tuy nhiên, ứng với bề dày màng từ 140 nm trở đi hai đường đã tiến lại gần nhau (hình 4.3). Điều này cho phép kết luận: trong giai đoạn đầu hình thành màng, ứng với cùng một bề dày màng nếu ta cho năng lượng hạt tới càng lớn thì khối lượng riêng của màng càng tăng. Nhưng khi màng đạt một bề dày nhất định (trong luận
văn khoảng 140 nm) thì sự tăng của khối lượng riêng theo bề dày màng là không đáng kể (hai đường đỏ và xanh trong hình 4.3 gần như trùng nhau). So sánh với hình 1.19.b cho thấy kết quả này hợp lý.