Ngày nay cú nhiều phương phỏp cụng nghệ khỏc nhau để chế tạo cỏc cỏc vật liệu ở dạng màng mỏng với chiều dày mong muốn, từ kớch thước micromột đến vài nanụ một thậm chớ cú những màng mỏng được chế tạo cú chiều dày chỉ cỡ vài chục ăngstrom (cỡ một vài chục lớp nguyờn tử). Cỏc phương phỏp chế tạo màng mỏng được sử dụng phổ biến hiện nay là: lắng đọng pha hơi vật lý (Physical Vapour Deposition - PVD), lắng đọng pha hơi hoỏ học (Chemical Vapour Deposition - CVD) và cỏc phương phỏp sol-gel, điện hoỏ, quay phủ li tõm v.v... Tuy nhiờn sự lựa
48
chọn cụng nghệ thớch hợp phụ thuộc vào đối tượng vật liệu quan tõm. Trong điều kiện thực tế ở Việt Nam và trờn cơ sở trang thiết bị sẵn cú để chế tạo màng mỏng của cỏc lớp chuyển tiếp dị chất hữu cơ - vụ cơ cấu trỳc nanụ chỳng tụi sử dụng chủ yếu cỏc phương phỏp sau đõy:
Phương phỏp quay phủ li tõm Phương phỏp bốc bay nhiệt
Phương phỏp bốc bay chựm tia điện tử
2.1.2.1. Phương phỏp quay phủ li tõm
Trong suốt quỏ trỡnh quay phủ li tõm, lực li tõm và lưu lượng xuyờn tõm của dung mụi cú tỏc dụng kộo căng, dàn trải và tỏn mỏng dung dịch, chống lại lực kết dớnh của dung dịch và tạo thành màng. Sau khi kết thỳc quỏ trỡnh quay, nhiều ứng dụng đũi hỏi sự xử lý nhiệt hoặc nung đối với lớp màng được trải phủ. Phương phỏp quay phủ li tõm cú ưu điểm là cụng nghệ đơn giản, khụng yờu cầu chõn khụng cao như cỏc phương phỏp lắng đọng pha hơi vật lý. Đặc biệt là với ưu thế giữ được cấu trỳc phõn tử của cỏc polyme, nờn phương phỏp này thường được lựa chọn cho việc chế tạo cỏc màng mỏng hữu cơ, vớ dụ như cỏc màng mỏng MEH-PPV, PF, PVK,... ứng dụng cho cỏc linh kiện OLED hay OSC.
2.1.2.2. Phương phỏp bốc bay nhiệt
Bốc bay chõn khụng sử dụng nguồn nhiệt trực tiếp từ thuyền điện trở để hoỏ hơi vật chất thành cỏc phần tử (nguyờn tử, phõn tử hay ion), cỏc phần tử này lắng đọng lờn trờn bề mặt vật rắn (gọi là đế) được gọi là bốc bay nhiệt. Thụng thường phương phỏp bốc bay nhiệt được sử dụng để chế tạo cỏc điện cực màng kim loại, cỏc màng mỏng đơn chất. Để chế tạo màng mỏng của cỏc vật liệu hợp chất hoặc nhiều thành phần thỡ phương phỏp này gặp nhiều khú khăn trong việc đảm bảo hợp thức hoỏ học do mỗi thành phần cú nhiệt độ hoỏ hơi khỏc nhau.
Cỏc kỹ thuật chế tạo màng mỏng bằng phương phỏp bốc bay nhiệt được chỳng tụi tiến hành trờn hệ thiết bị Ulvac VPC 260 của Khoa Vật lý kỹ thuật và cụng nghệ nanụ (Đại học Cụng nghệ, ĐHQG HN) hoặc thiết bị tại Phũng Vật liệu & linh kiện năng lượng (Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Cụng nghệ Việt Nam).
49
2.1.2.3. Phương phỏp bốc bay chựm tia điện tử
Đặc điểm nổi bật của phương phỏp chựm tia điện tử khỏc với cỏc phương phỏp bốc bay nhiệt hay phỳn xạ catốt là sử dụng năng lượng của chựm điện tử được hội tụ trực tiếp vào vật liệu nguồn nhờ tỏc dụng của từ trường điều khiển, khi đú vật liệu được hoỏ hơi rồi lắng đọng lờn đế. Ở đõy do chựm tia điện tử cú năng lượng rất lớn và diện tớch hội tụ nhỏ vỡ vậy vật liệu gần như được hoỏ hơi tức thỡ. Chớnh đặc điểm này cho phộp nú cú thể tạo được màng mỏng của hầu hết cỏc vật liệu đặc biệt là đối với cỏc vật liệu nhiều thành phần.
Cú thể nhận thấy những ưu điểm chớnh của phương phỏp này là: Mụi trường chế tạo mẫu sạch nhờ cú chõn khụng cao từ 10-4
-10-7 Torr; Độ tinh khiết của màng so với vật liệu gốc được đảm bảo do cỏc phần tử
gần như bay hơi tức thời dưới tỏc dụng nhiệt nhanh của chựm tia điện tử;
Bốc bay được hầu hết cỏc loại vật liệu vỡ chựm tia điện tử hội tụ cú năng lượng rất lớn;
Cú thể điều chỉnh ỏp suất, thành phần khớ và nhiệt độ đế, cũng như dễ theo dừi quỏ trỡnh lắng đọng;
Phương phỏp này cú thể sử dụng rất ớt vật liệu gốc (dưới 100 mg) để bốc bay, cho nờn trong cỏc trường hợp tiến hành nhiều thực nghiệm để tỡm kiếm cụng nghệ chế tạo vật liệu mới sẽ tiết kiệm đỏng kể nguyờn vật liệu quý hiếm.
Cỏc kỹ thuật chế tạo màng mỏng bằng phương phỏp bốc bay chựm tia điện tử (EBD - Electron Beam Deposition) được chỳng tụi tiến hành trờn hệ thiết bị YHB- 74, Phũng Vật liệu & linh kiện năng lượng, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và Cụng nghệ Việt Nam.
2.1.3. Cỏc kỹ thuật phõn tớch cấu trỳc tinh thể và hỡnh thỏi học 2.1.3.1. Phương phỏp nhiễu xạ tia X