VẬT LIỆU BÁN DẪN MÀNG MỎNG ĐIỆN SẮC

Màng mỏng (Thin film) là một hay nhiều lớp vật liệu được chế tạo sao cho chiều dày nhỏ hơn rất nhiều so với các chiều còn lại (chiều rộng và chiều dài). Khi chiều dày của màng mỏng đủ nhỏ so với quãng đường tự do trung bình (mean free path) của điện tử (cỡ 10 đến 100 nm) hoặc các chiều dài tương tác thì tính chất của màng mỏng hoàn toàn thay đổi so với tính chất của vật liệu khối.

Trang 1

MÀNG MỎNG ĐIỆN SẮC VÀ ỨNG DỤNG

Nhóm thực hiện (nhóm 8): Lê Thị Cẩm Thúy

Nguyễn Thị Thanh Thúy Ngô Thị Hồng Tiếp

Nguyễn Đoàn Thảo Trang Trần Minh Tiến (NT)

Trang 2

I KHÁI NIỆM MÀNG MỎNG

Màng mỏng (Thin film) là một hay nhiều lớp vật liệu được chế tạo sao cho

chiều dày nhỏ hơn rất nhiều so với các chiều còn lại (chiều rộng và chiều dài) Khi chiều dày của màng mỏng đủ nhỏ so với quãng đường tự do trung bình (mean free path) của điện tử (cỡ 10 đến 100 nm) hoặc các chiều dài tương tác thì tính chất của màng mỏng hoàn toàn thay đổi so với tính chất của vật liệu khối

Trang 3

1.1 Màng đơn lớp và màng đa lớp

1.1.1 Màng đơn lớp (Single-layer film) là màng mỏng chỉ gồm một lớp vật liệu được

chế tạo trên một lớp đế Tính chất của màng được tạo ra từ lớp vật liệu đó (và có thể bị ảnh hưởng bởi tác động từ lớp đế)

1.1.1 Màng đa lớp (Multi-layer film) là màng mỏng gồm nhiều lớp vật liệu khác

nhau, xếp chồng lên nhau, được tạo ra nhằm thay đổi các tính chất của màng mỏng

Trang 4

1.2 Cấu trúc của màng mỏng

Cấu trúc của màng mỏng tùy thuộc vào kỹ thuật chế tạo, có thể mang cấu trúc của vật liệu nguồn, hoặc có thể thay đổi phụ thuộc vào kỹ thuật chế tạo, các điều kiện khi chế tạo

(a)

Trang 5

1.3 Một số kỹ thuật chế tạo màng mỏng

Thông thường, các màng mỏng để có thể sử dụng đều được chế tạo trên các lớp đế, là các khối vật liệu đơn tinh thể (ví dụ Si, MgO, Ge, GaAs, thạch anh .) Hiện nay có rất nhiều phương pháp được dùng tùy theo mục đích và điều kiện kinh tế, kỹ thuật:

 Kỹ thuật mạ điện

 Kỹ thuật phun tĩnh điện

 Bay bốc nhiệt trong chân không

Trang 6

Hiệu ứng thay đổi tính chất rõ rệt nhất của màng mỏng là hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.

1.4 Tính chất bề mặt của màng mỏng

Trang 7

II MÀNG MỎNG ĐIỆN SẮC

Hiệu ứng điện sắc là hiện tượng vật lý biểu hiện sự biến đổi thuận nghịch tính chất quang của vật liệu dưới sự tác động của điện trường phân cực tương ứng đặt vào vật liệu

2.1 Hiệu ứng điện sắc, vật liệu điện sắc

Các vật liệu có tính điện sắc như trên được gọi là vật liệu điện sắc Hiện tượng điện sắc

đã được quan sát thấy trên rất nhiều vật liệu khác nhau kể cả các chất vô cơ cũng như hữu

cơ Trong đó, các oxit của kim loại chuyển tiếp có tính điện sắc khá tốt

Khi đặt điện trường vào vật liệu điện sắc, tuỳ thuộc vào chiều phân cực của điện trường trong môi trường chất điện li thích hợp ta có thể quan sát thấy hiệu ứng thay đổi màu sắc (nhuộm màu hoặc tẩy màu)

Màng mỏng điện sắc là những màng mỏng được chế tạo từ các vật liệu

có tính chất điện sắc, chẳng hạn như: WO3 , V2O5 , TiO3 ,

Trang 8

2.2 Vật liệu điện sắc có thể chia làm hai loại:

2.2.1 Vật liệu điện sắc anốt là loại vật liệu mà quá trình nhuộm màu xảy ra khi điện cực làm việc tiếp xúc điện với vật liệu điện sắc được phân cực dương còn môi trường điện ly được phân cực âm (tương ứng với quá trình thoát ra khỏi vật liệu của các cation kèm với các điện tử) Ngược lại quá trình tẩy màu xảy ra khi điện cực làm việc được phân cực âm (tương ứng với quá trình xâm nhập của các cation và điện tử vào vật liệu) Nhóm này bao gồm oxit của các nguyên tố như: Cr, Mn, Ir, Ni,… trong đó oxit nicken

và oxit iridi là hai vật liệu được nghiên cứu nhiều nhất

Trang 9

2.2.2 Vật liệu điện sắc catốt là loại vật liệu mà quá trình nhuộm màu xảy ra khi điện cực làm việc được phân cực âm (tương ứng với quá trình tiêm vào của các cation kèm với các điện tử) Ngược lại quá trình tẩy màu xảy ra khi điện cực làm việc được phân cực dương (tương ứng với quá trình thoát ra của các cation và điện tử) Nhóm này bao gồm oxit của các nguyên tố như: Ti, Mo, Ta, W…, trong đó oxit Vonfram là loại vật liệu được nghiên cứu nhiều nhất và có nhiều tiềm năng ứng dụng nhất.

Trang 11

Thông số định hướng tạo màng

• Bia phún xạ WO3

• Công suất phún xạ 100W

• Khoảng cách bia đế5cm

• Áp suất hỗn hợp khí Ar +O2

• Áp suất oxy riêng phần

Thiết bị đo bề dày

• Thiết bị đo độ dày Stylus Profiler Dektak 6M

• Thiết bị đo phổ UV - VIS – 500

• Thiết bị đo phổ nhiễu xạ tia X

• Hệ thiết bị khảo sát bề mặt AFM

Chế tạo màng WO3 bằng phương pháp phún xạ magnetron RF

Trang 12

Phổ truyền qua của màng WO3

dạng tinh thể ( khi ion được

tiêm vào ở các mật độ điện tích khác nhau)

mật độ ion tiêm vào càng nhiều độ truyền qua càng giảm

H

Trang 13

III Ứng dụng màng điện sắc Cửa sổ thông minh

Trang 14

Cấu tạo chung :

- Hai lớp thủy tinh

- Hai điện cực trong suốt

- Lớp điện ly

- Lớp điện sắc

Trang 15

Ứng dụng màng điện sắc Cửa sổ thông minh

Trang 16

Cửa sổ thông minh

Linh kiện hiển thị

Trang 18

Cấu trúc tinh thể V 2 O 5 là cấu trúc lớp

Hình

a

Hình b

Tạo dãy kênh ngầm dãn rộng, tạo điều kiện cho các ion kích thước nhỏ

di chuyển bên trong

Trang 19

Chính các khe rãnh này sẽ giúp các ion

khác ( Li+, Na+…) từ bên ngoài tiêm vào

màng, tạo nên hiệu ứng điện sắc.

Tạo ra cấu trúc giả bền AxV2O5, cấu trúc

này hấp thụ mạnh ánh sáng vùng khả kiến.

QT tẩy : phổ ánh sáng nhìn thấy truyền qua 8% và năng lượng mặt trời truyền qua 6%

QT nhuộm : phổ ánh sáng nhìn thấy truyền qua 77% và năng lượng mặt trời truyền qua 56%

Trang 20

Pin Li-ion là thiết bị biến đổi năng lượng giải phóng trong phản ứng hóa học trức tiếp thành năng lượng điện.

Dung lượng của pin phụ thuộc trực tiếp

vào số lượng ion Li + xen vào và thoát ra

từ điện cực của pin.

Tuổi thọ của pin Lithium-Ion có thể đánh giá thông qua các vòng nạp điện (charge cycles) Một vòng nạp điện được tính khi 100% dung lượng của pin được sử dụng hết và nạp lại.

Trang 21

Khi sạc pin, ion Li + trong bản cực dương

tiến sang bản cực âm -> đính vào mạng C

tại đó-> quá trình sạc chấm dứt Khi xả

hay sử dụng pin, quá trình trên được thực

hiện theo chiều ngược lại

Pin Li-ion gồm 3 phần chính: 2 điện cực

(cathode và anode) ngăn cách nhau bởi

chất điện ly rắn có chứa ion lithium

Hỗn hợp Carbon trộn kim loại thường

được dùng làm cực dương.

Các màng mỏng của các kim loại chuyển

tiếp thường được sử dụng làm cực âm.

Trang 22

Khi đi ban đêm thì ánh đèn từ xe phía sau

chiếu đến sẽ làm chói mắt người tài xế gây

nguy hiểm.

Phủ 1 lớp màng mỏng điện sắc, trên hình ta thấy mặc dù xe sau chiếu vào kính chiều hậu nhưng ta vẫn ko thấy chói.

Ứng dụng trong gương chống lóa

Trang 23

• Trên kính có gắn 1 cảm biến nhận ánh sáng với các độ chói khác nhau, khi nhận được ánh sáng thì cảm biến sẽ gửi tín hiệu và 1 hiệu điện thế được đặt vào 2 điện cực của kính, khi đó gương trở nên hấp thụ ánh sáng.

• Khi không có ánh sáng chiểu vào, hoặc ánh sáng yếu, cảm biến không nhận được ánh sáng và điện thế ngừng cung cấp điện -> gương trở lại bình thường

Ánh sáng tới mắt tài xế khoảng 25 %– 30%

Định dạng
Số trang	23
Dung lượng	2,28 MB