Tùy vào vật liệu pha tạp vào ZnO mà tính chất điện quang của màng ZnO pha tạp khác nhau. ZnO pha tạp nhóm kim loại IA ( Li, Na…) có thể thành bán dẫn loại p do khi pha tạp nhóm kim loại này vào ZnO thì tạo ra mức acceptor trong vùng cấm năng lượng của ZnO và sự dẫn điện của ZnO pha tạp loại này chủ yếu là do lỗ trống nên độ dẫn điện không cao ( ZnO:Li có ρ ~ 10 7 Ω.cm theo nhóm tác giả S.H.Jeong[ 76,77], ZnO:Na có ρ ~ 100 Ω.cm theo nhóm tác giả S.S. Lin[70] ). Ngoài ra ZnO pha tạp Mg, Sb cũng có thể trở thành bán dẫn loại p (ZnO:Mg có ρ ~ 10 - 20 Ω.cm theo nhóm tác giả Tae Hyun Kim[71], ZnO: Sb có ρ ~ 2 – 4 Ω.cm theo nhóm tác giả Xinhua Pan [75] ). Bên cạnh đó, để ứng dụng làm điện cực trong suốt, các nhóm nghiên cứu pha tạp vào ZnO các kim loại như Al, Ga, In. ZnO pha tạp loại này đều là bán dẫn loại n nên độ dẫn điện của nó khá tốt, ZnO:Al có ρ ~ 3.5 x 10-4 Ω.cm của nhóm tác giả Lê Trấn [1], ZnO:Ga có ρ ~ 3.0 x 10-4 Ω.cm của tác giả Trần Cao Vinh [2], ZnO:In có ρ ~ 6.0 x 10-3 Ω.cm của nhóm tác giả C.E.Benouis [55]). Đối với các ZnO pha tạp loại n này thì trong vùng cấm năng lượng của ZnO sẽ hình thành mức donor gần đáy vùng dẫn. Chính các mức donor này tích tụ các điện tử dư ra của các vật liệu pha tạp và cung cấp cho vùng dẫn làm cho ZnO pha tạp loại này có độ dẫn điện tăng cao.
Về tính chất quang của các màng ZnO pha tạp nói trên thì hầu hết các màng đều có độ truyền qua trong vùng khả kiến khá tốt (> 80%) và độ rộng vùng cấm quang có thể từ 3.2 – 3.5 eV tùy theo loại vật liệu pha tạp, sự chênh lệch giá trị năng lượng vùng cấm này có thể là do sự dịch chuyển Burstein – Moss đối với bán dẫn pha tạp. [1, 2, 55, 70-77].
Sau đây là bảng tóm tắt một số các kết quả tạo màng ZnO:In (IZO) của các tác giả trên thế giới đã công bố trong những năm qua.
Bảng 1.3 Tóm tắt một số kết quả tạo màng IZO của các tác giả trên thế giới.
Nhóm tác giả Phương pháp
tạo màng ρ (Ω.cm) %In Nơi, năm công bố
K.J.Chen [5] Sol-gel 9.74 x 10-2 0.37%at Đài Loan, 2009 T.Y.Lee [6] Xung lade 5.6 x 10-2 0.3%at Hàn Quốc, 2009 F.K.Chan [9] Xung lade 2.5 x 10-2 50% wt Thụy Sĩ, 2008 Y.R.Park [10] Phún xạ DC xung 5 x 10-3 1%at Hàn Quốc, 2008 J.H.Lee [61] Nhiệt phân phun
siêu âm
1.47 x 10-2 50% at Hàn Quốc, 2006 L.Castaneda [34] Phun hơi hóa học 4 x 10-3 - Mêhicô, 2006 M.A.Lucio-
Lopez [20] Phun hơi hóa học 2 x 10
-3 - Mêhicô, 2006
M.A.Lucio-
Lopez [24] Phun hơi hóa học 3 x 10
-3 - Mêhicô, 2005
E.J.Luna- Arredondo [63]
Sol-gel 1.3 x 10-2 3%at Mêhicô, 2005
S.Y.Lee [40] Sol-gel 1.5 x 10-2 50%at Hàn Quốc, 2005 A.Maldonado
[44]
Phun hơi hóa học 3 x 10-3 2.5%at Mêhicô, 2004 M.S.Tokumoto
[23]
Nhiệt phân phun 6 x 10-3 1.5%at Braxin, 2002 M.Miki-Yoshida
[66]
Nhiệt phân phun - <3%at Mêhicô, 2000 M.S.Tokumoto
[68] Nhiệt phân phun 6 x 10
B.Szyszka [82] Phún xạ phản ứng
AC 8.7 x 10
-4 2%wt Đức, 1997
C.H.Lee [83] Nhiệt phân phun 3 x 10-3 2%wt Hàn Quốc, 1996 A.Sarkar [84] Phún xạ DC 4.4 x 10-2 3%wt Ấn Độ, 1991 G.L.Harding [85] Phún xạ DC 1.4 x 10-3 11%at Hà Lan, 1991
Từ bảng 1.3, ta thấy hầu hết các màng IZO do các nhà khoa học chế tạo có điện trở suất tương đối cao, do vậy việc nghiên cứu cải thiện tính chất điện của màng IZO vẫn được tiếp tục chú ý trên thế giới.
Chương 2
PHƯƠNG PHÁP TẠO MÀNG IZO VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT MÀNG IZO
Có nhiều phương pháp tạo màng mỏng trên đế rắn. Tuy nhiên, người ta chú ý nhiều đến phương pháp ngưng tụ hoá học CVD (chemical vapour deposition) và phương pháp ngưng tụ vật lý PVD (physical vapour deposition). Mỗi phương pháp có những ưu điểm và hạn chế riêng. Trong phương pháp ngưng tụ vật lý PVD thì phương pháp phún xạ magnetron DC và RF là hai phương pháp được các nhà khoa học sử dụng khá phổ biến trong các phòng thí nghiệm trên thế giới cũng như ở nước ta hiện nay. Phương pháp phún xạ magnetron có nhưng ưu điểm như: nhiệt độ đế thấp, có thể tạo màng ở nhiệt độ phòng; độ bám dính của màng trên đế tốt, vận tốc phủ màng cao; đồng nhất cao về độ dày màng, mật độ màng gần với mật độ khối; dễ dàng điều khiển và độ lặp lại cao trong quá trình chế tạo màng; các hợp kim và hợp chất của các vật liệu với áp suất hơi rất khác nhau có thể dễ dàng phún xạ; bằng phún xạ phản ứng trong hỗn hợp khí, nhiều hợp chất có thể được phủ từ vật liệu đơn chất; phương pháp có chi phí không cao; có khả năng phủ màng trên diện tích rộng, có thể đạt 3m x 6m.
Trong luận văn này, tất cả các mẫu đều được làm từ hệ chân không ở phòng thí nghiệm Quang – Quang phổ thuộc Bộ môn Vật lý ứng dụng – Khoa Vật lý, Trường đại học khoa học tự nhiên Tp. Hồ Chí Minh.