NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO MÀNG DẪN ĐIỆN TRONG SUỐT ZnO TẠP CHẤT (In, N) BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÚN XẠ MAGNETRON DC

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO MÀNG ZnO:In,NQuy trình chế tạo mạng ZnO:In, N Ảnh hưởng của nhiệt độ đế... đế lên cấu trúc, tính chất điện và quang của màng Ảnh hưởng của tỷ lệ khí nitơ lên cấu trúc,

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trang 2

TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO

Trang 3

Ứng dụng của vật liệu bán dẫn ZnO

Màng bán dẫn pha tạp loại p

Trang 4

Tình hình nghiên cứu chế tạo bán dẫn ZnO-p

Dẫn điện loại p với điện trở suất

thấp

Dẫn điện loại p với điện trở

suất cao

Dẫn điện loại n, loại p với

điện trở suất cao

Dẫn điện loại n với

Trang 5

Chế tạo màng bán dẫn đồng pha tạp loại p:

- Độ truyền qua của màng trên 85%.

- Điện trở suất thấp (~ 10 -2 Ω.cm), nồng độ hạt tải cao (~ 10 19 cm -3 ).

- Khảo sát tiếp xúc dị thể p-ZnO/Si-n.

Mục tiêu đề tài

Trang 6

1.1 Cấu trúc tinh thể ZnO

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU

ZnO

hexagonal wurtzite zinc blende rocksalt

Trang 7

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO

Sai hỏng Schottky và sai hỏng Frenkel.

Sai hỏng Schottky và sai hỏng Frenkel

1.2 Các loại sai hỏng điểm

Trang 8

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU ZnO PHA TẠP LOẠI P

2.1 ZnO pha tạp loại p

Mức năng lượng acceptor của các nguyên

tố sử dụng pha tạp tạo bán dẫn loại p

Mức năng lượng acceptor của các nguyên

tố sử dụng pha tạp tạo bán dẫn loại p

Trang 9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO

2.2 Đồng pha tạp acceptor – donor (A - D)

T Yamamoto đã đề xuất phương pháp đồng pha tạp:

Vùng dẫn

Vùng hóa trị

Mức đơn Mức đơn

donor (D) acceptor

(A)

Năng lượng

- Tăng cường tính hợp

thức của mức acceptor.

- Giảm mức năng lượng

acceptor, tăng mức năng

lượng donor trong vùng

Trang 10

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO MÀNG ZnO:(In,N)

Quy trình chế tạo mạng ZnO:(In, N)

Ảnh hưởng của nhiệt độ đế

Trang 11

Bột ZnO + In2O3

Trộn với keo PVA

Định hình bằng lực ép Bay hơi keo Dung kết

Trang 12

3.1 Quy trình chế tạo bia gốm ZnO:In

Chu trình nhiệt độ của quá trình dung kết.

Trang 13

Bia gốm trước khi phún xạ Bia gốm sau khi phún xạ.

3.1 Quy trình chế tạo bia gốm ZnO:In

Trang 14

CHƯƠNG 3: CHẾ TẠO MÀNG ZnO:(In, N)

3.2 Hệ phún xạ tạo màng

Sử dụng hệ magnetron không cân bằng:

- Tăng thông lượng ion và điện tử đến đế.

- Tăng năng lượng của các hạt đến đế

Sử dụng hệ magnetron không cân bằng:

- Tăng thông lượng ion và điện tử đến đế.

- Tăng năng lượng của các hạt đến đế

Cấu tạo hệ magnetron

Trang 15

h x

Bố trí bia đế tránh tác động của ion âm

h=3.5 cm và x = 2.5 cm.

3.3 Bố trí bia đế

Trang 16

đế lên cấu trúc, tính chất điện và quang của màng

Ảnh hưởng của tỷ lệ khí nitơ lên cấu trúc, tính chất điện và quang của màng

Trang 18

ẢNH HƯỞNG NỒNG ĐỘ TẠP In

Tạp In (% khối lượng)

Cấu trúc của màng ZnO:(In, N):

Kích thước hạt (D) thay đổi theo tạp In

Trang 19

Mẫu Tạp In

(% wt)

Độ linh động (cm 2 /V.s)

Điện trở suất (Ω.cm)

Nồng độ hạt tải (cm -3 )

% Truyền qua

Tính chất điện của màng ZnO:(In, N):

Tính chất điện và quang của các màng ZnO:(In, N)theo tỷ lệ tạp In

Trang 20

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾ

1.8.10 2

Tạp In %wt

Ảnh hưởng của tỷ lệ tạp In lên tính chất điện của các màng ZnO:(In, N)

Trang 21

Bước sóng (nm)

Tính chất quang của màng ZnO:(In, N)

Phổ truyền qua của các màng ZnO:(In, N) theo tỷ lệ tạp In

Trang 22

ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ ĐẾ

Tác giả: Lê Quẹo (2010).

Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ tạp In lên tính chất quang của màng ZnO: In.

Phổ truyền qua của các màng màng ZnO:In với lượng tạp In thay đổi (1-4 %wt)

Trang 23

Phổ truyền qua của các màng ZnO:(In, N) theo tỷ lệ tạp In

Trang 24

Phương pháp EDS

Mẫu % at O % at Zn % at In % at Si % at Ca T124B 40.9 53.59 1.06 3.38 1.06

Trang 26

Phương pháp RBS Năng lượng (keV)

Kênh

Phổ truyền RBS các màng T127

Trang 27

độ đế lên tính chất điện và quang của màng ZnO:(In, N).

Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ khí N2 /(N2 + Ar) lên tính chất điện

và quang của màng ZnO:(In, N).

Trang 28

Hình 4.13 Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu T123B, T127, T126B và T131

2 theta (độ)

Thông số khác P=3mTorr; I=0.35A; V=520V; Thời gian phún xạ

t=10-15 phút; bia IZO với 2% lượng tạp In ;

Trang 29

Nhiệt độ đế ( 0 C)

Hình 4.14 Kích thước hạt thay đổi theo nhiệt độ đế.

Kích thước hạt của các màng thay đổi theo nhiệt độ đế

Trang 30

Mẫu Nhiệt độ đế

( 0 C)

Độ linh động (cm2/ V.s)

Điện trở suất (Ω.cm)

Nồng độ hạt

tải (cm-3)

% Truyền qua

Trang 31

Hình 4.15 Điện trở suất của các màng thay đổi theo nhiệt độ đế.

Bán dẫn loại p Bán dẫn loại n

Nhiệt độ đế ( 0 C)

Điện trở suất của các màng thay thổi theo nhiệt độ đế

Trang 33

ρ= 0.0974 (Ω.cm) n=2.39.1019 (cm-3) Truyền qua trên 85%

Ảnh hưởng của N2 /(N2 + Ar) đến cấu trúc, tính chất điện và quang của màng

Trang 34

Hình 4.17 Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu T143, T130 và T127

2 theta (độ)

N2/(N2+Ar) 30% 40% 50%

Thông số khác P=3mTorr; I=0.35A; V=520V; thời gian phún xạ t=10 -

15 phút; nhiệt độ đế T=3000C ; bia IZO chứa 2% tạp In.

Phổ X-ray các mẫu T127, T130, T143

Trang 35

Hình 4.18 Phổ truyền qua của các mẫu T127, T130 và T127

Phổ truyền qua các màng theo tỉ lệ khí N2/(N2+Ar)

Sự dịch chuyển bờ hấp thu có thể phụ thuộc vào ba yếu tố:

- Kích thước hạt : chỉ ảnh hưởng lớn khi màng có bề dày khoảng vài nm.

- Cấu trúc tinh thể.

- Mức acceptor N.

Trang 36

ẢNH HƯỞNG TỈ LỆ KHÍ N2/(Ar+N2)

Phổ phát quang của màng ZnO và màng ZnO:(In, N)

Trang 37

ẢNH HƯỞNG TỈ LỆ KHÍ N2/(Ar+N2)

Phổ phát quang của màng ZnO (a) và ZnO:(In, N) (b)

Jiming Bain khảo sát tính chất quang của màng ZnO:(In, N) và màng ZnO bằng phương pháp USP (ultrasonic spray pyrolysis)

Trang 38

Mẫu N 2 /(N 2 +Ar)

(%)

Điện trở suất (cm 2 /V.s)

Độ linh động (Ω.cm)

Nồng độ hạt tải (cm -3 )

Độ truyền qua (%)

Trang 39

3.0.10 +19 2.5.10 +19 2.0.10 +19 1.5.10 +19 1.0.10 +19 0.5.10 +19

Tỷ lệ khí N 2 /(N 2 +Ar) (%)

Trang 40

ρ= 0.0974 (Ω.cm) n=2.39.1019 (cm-3) Truyền qua trên 85%

Tỷ lệ khí tối

ưu N2 /(N2 + Ar)

là 40% , màng dẫn điện loại p với:

ρ=0.0299 Ω.cm n=2.87.10+19 cm-3

Độ truyền qua khoảng 85%

ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU ĐỂ CHẾ TẠO MÀNG ZnO:(In, N)

Trang 41

Tác giả Phương

Năm Công bố

Jiming

Bian UPS (In, N) Si(100)

3.96.10 19 cm -3 5.04.10 -3 Ω.cm 33.5 cm 2 /V s

2011

Một số kết quả chế tạo màng ZnO pha tạp loại p băng các phương pháp khác nhau

Trang 42

KHẢO SÁT TIẾP XÚC p-ZnO:(In, N)/Si-n

Thông số khác P=3mTorr; I=0.35A; V=520V; Thời gian phún xạ

t=10 - 15 phút; Nhiệt độ đế T=300 0 C ; bia gốm IZO với 2% tạp In; Đế Si (100)

Đương đặc trưng I-V của mẫu T146-S và T148-S

n-Si P-ZnO:(In, N)

Trang 43

Ag

n-Si P-ZnO:(In, N)

KHẢO SÁT TIẾP XÚC p-ZnO:(In, N)/Si-n

Đường đặc trưng I-V của mẫu T146-S Đường đặc trưng I-V của mẫu T148-S

Trang 44

Dẫn điện loại n với

điện trở suất thấp

Dẫn điện loại p với điện

trở suất thấp

Dẫn điện loại p với

điện trở suất cao

Dẫn điện loại p với điện

Chế tạo tiếp xúc p-ZnO:(In, N)/Si-n

Chế tạo tiếp xúc p-ZnO:(In, N)/Si-nDẫn điện loại p rất tốt và ổn định

Dẫn điện loại p rất tốt và ổn định

Sự phát triển của màng ZnO pha tạp loại p

Trang 46

HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Nghiên cứu, chế tạo p-ZnO/ZnO-n

Nâng cao đặc tính chỉnh lưu p-ZnO/Si-n Ảnh hưởng của quá trình ủ nhiệt

Tính ổn định của màng theo thời gian Ảnh hưởng của công suất phún xạ.

Trang 47

1 Đào Anh Tuấn, Nguyễn Vũ Ty, Hồ Văn Bình, Dương Ái Phương,

Lê Văn Hiếu, Dương Anh Quang, Lê Vũ Tuấn Hùng, “ Ảnh hưởng của nồng độ tạp indium lên tính chất điên quang của màng bán dẫn loại n-ZnO:In và loại p-ZnO:(In, N)bằng phương pháp phún xạ magnetron DC”, Hội nghị Khoa học lần thứ 7, Đại

học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia TP HCM – 2010

2 Hồ Văn Bình, Đào Anh Tuấn, Dương Ái Phương, Lê Văn Hiếu,

Dương Anh Quan, Lê Vũ Tuấn Hùng, “ Ảnh hưởng của nồng độ pha tạp indium lên tính chất điện quang của màng ZnO:(In, N) loại p chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron DC”, Hội

nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VII, Hà Nội – 8/11/2010.

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH

Trang 49

PHẦN

PHỤ LỤC

Trang 50

Đặc trưng I-V của màng ZnO:(In,N) phủ trên đế Si

P=3mTorr; I=0.35A; V=520V; Thời gian phún xạ t=15 phút;Nhiệt độ đế T=3000C ; 2% tạp In;N2/(N2+Ar)=50%

Đặc trưng I-V của màng ZnO:(In,N) phủ trên đế Si

P=3mTorr; I=0.35A; V=520V; Thời gian phún xạ t=15 phút;Nhiệt độ đế T=3000C ; 2% tạp In;N2/(N2+Ar)=50%

Trang 51

Tác giả : Lê Quẹo khẳng định

“Nhiệt độ tăng – mức độ tinh thể màng ZnO:(In) tăng ”

Tác giả : Lê Quẹo khẳng định

“Nhiệt độ tăng – mức độ tinh thể màng ZnO:(In) tăng ”

Trang 52

Các mẫu Q.125, Q.126, Q.127, Q.127B được tạo trong điều kiện nhiệt độ tương ứng 100OC, 150OC, 200OC, 250OC Tác giả Dương Anh Quang nghiên cứu màng ZnO:(In,N)

Định dạng
Số trang	52
Dung lượng	4,38 MB