Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Chế tạo và nghiên cứu vật liệu ôxít kim loại có kích thước nanomét sử dụng trong pin Mặt trời

Đề tài được thực hiện nhằm mục đích: (1) Giới thiệu phương pháp lắng đọng bằng chùm xung điện tử PED; (2) khảo sát tính chất cấu trúc, tính chất quang và tính chất điện của màng ZnO và ZnO pha tạp Al2O3.

Đ I H C QU C GIA HÀ N I Ạ Ọ Ố Ộ

TR ƯỜ NG Đ I H C KHOA H C T  NHIÊN Ạ Ọ Ọ Ự

Hà N i – 2012ộ

Đ I H C QU C GIA HÀ N IẠ Ọ Ố Ộ

TRƯỜNG Đ I H C KHOA H C T  NHIÊNẠ Ọ Ọ Ự

Hà N i – 2012ộ

V t lý – Trậ ường ĐHKHTN ­ Đ i h c Qu c Gia Hà N i. Tôi xin bày t  lòng bi tạ ọ ố ộ ỏ ế  

n sâu s c t i t t c  nh ng s  giúp đ  quý báu đó

       Đ c bi t, Tôi xin chân thành c m  n sâu s c đ n TS. Ph m Nguyên H i,ặ ệ ả ơ ắ ế ạ ả  

Th y đã t n tình hầ ậ ướng d n, ch  b o và giúp đ  tôi trong su t quá trình làm lu nẫ ỉ ả ỡ ố ậ  văn cũng nh  trong quá trình nghiên c u và h c t p t i trư ứ ọ ậ ạ ường. Em xin kính chúc 

Th y và gia đình luôn luôn m nh kho , đ t đầ ạ ẻ ạ ược nhi u thành công trong công tácề  nghiên c u.ứ

        Tôi xin chân thành c m  n PGS.TS Lê Văn Vũ – Giám đ c Trung tâmả ơ ố  Khoa h c V t li u – khoa V t lý, đã có nh ng l i ch  b o quý báu và t o đi uọ ậ ệ ậ ữ ờ ỉ ả ạ ề  

ki n thu n l i cho tôi đệ ậ ợ ược nghiên c u trên các thi t b  hi n đ i nh t t i Trungứ ế ị ệ ạ ấ ạ  tâm

       Tôi xin chân thành c m  n các cán b  khoa h c tr  trong b  môn V t lýả ơ ộ ọ ẻ ộ ậ  

Ch t r n và Trung tâm Khoa h c V t li u đã giúp đ  tôi trong các phép đo nhi uấ ắ ọ ậ ệ ỡ ễ  

x  tia X, hi n vi đi n t  quét, ph  hu nh quang, Raman, UV­VIS.ạ ể ệ ử ổ ỳ

Nh ng l i yêu thữ ờ ương và lòng bi t  n sâu s c nh t Tôi xin g i B , M  vàế ơ ắ ấ ử ố ẹ  

nh ng ngữ ười thân trong gia đình, nh ng ngữ ười đã nuôi tôi khôn l n, cũng nhớ ư luôn dành tình c m quan tâm, chia s , luôn đ ng viên khích l  tôi.ả ẻ ộ ệ

         Cu i cùng tôi xin g i l i cám  n thân ái t i các b n bè, nh ng ngố ử ờ ơ ớ ạ ữ ười luôn sát cánh, giúp đ  và đ ng viên tôi trong quá trình h c t p và th c hi n lu n vănỡ ộ ọ ậ ự ệ ậ  này

      Hà N i, tháng 12 năm 2012ộ

       Nguy n Văn Hi u ễ ế

M C L CỤ Ụ

      Trang

tu n hoàn các nguyên t  hóa h c Menđêlêép. H p ch t bán d n A2B6 đầ ố ọ ợ ấ ẫ ược 

ng d ng r ng rãi trong các lĩnh v c khoa h c v t li u và đi n t  h c bán 

d n. V t li u ZnO t n t i trong hai lo i c u trúc c  b n: c u trúc l p ẫ ậ ệ ồ ạ ạ ấ ơ ả ấ ậ

phương gi  k m sphalerít và c u trúc l c giác ki u wurtzite. Tinh th  không ả ẽ ấ ụ ể ểpha t p ZnO là ch t đi n môi, có c u trúc l c giác wurtzite b n v ng   đi u ạ ấ ệ ấ ụ ề ữ ở ề

ki n bình thệ ường. Khi áp su t th y tĩnh cao ZnO có c u trúc l p phấ ủ ấ ậ ương đ nơ  

gi n ki u NaCl và khi t n t i   nhi t đ  cao, ZnO có c u trúc gi  k m. ả ể ồ ạ ở ệ ộ ấ ả ẽ

1.1  M t s  tính ch t v t lý c a v t li u ZnOộ ố ấ ậ ủ ậ ệ

              16   1.1.1 C u trúc tinh th  ZnOấ ể

              16   1.2   ng d ng c a v t li u ZnO trong pin m t tr iỨ ụ ủ ậ ệ ặ ờ

               24   

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP CH  T O M U VÀ NGHIÊN C UẾ Ạ Ẫ Ứ

               37   2.3  Các phương pháp nghiên c u tính ch t c a v t li u ứ ấ ủ ậ ệ

              40   2.3.1  Phân tích c u trúc b ng ph  nhi u x  tia X.ấ ằ ổ ễ ạ

               40   Hình 2.4: Thi t b   đo ph  tán x  Raman Labram HR800 c a hãng Horiba. .ế ị ổ ạ ủ(M ).ỹ

               42   2.3.3  Kính hi n vi đi n t  quét (SEM)       ể ệ ử

               43   

2.3.5  Ph  truy n qua ­h p th  quang h c UV­VIS ổ ề ấ ụ ọ

               45   

CHƯƠNG 3: K T QU  VÀ TH O LU NẾ Ả Ả Ậ

              49   

DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH  VI T T TỤ Ệ Ữ Ế Ắ

Ký hi uệ Tên ti ng Anhế Tên ti ng Vi tế ệ

AIIBVI II­VI semiconductor Bán d n nhóm II­VIẫ

CB Conductive band Vùng d n trong bán d nẫ ẫEDS Energy dispersive spectroscopy Ph  tán s c năng lổ ắ ượngPED Pulsed electron deposition L ng đ ng chùm xung đi nắ ọ ệ  

tử

PL Photo lumines cence spectrum Ph  hu nh quangổ ỳ

PLD Pulsed laser deposition L ng đ ng chùm xung lazeắ ọSEM Scanning electron microscope Hi n vi đi n t  quétể ệ ử

TCO Transparent conductive oxide Ôxít d n đi n trong su tẫ ệ ố

XRD X­ray diffraction Nhi u x  tia Xễ ạ

DANH M C CÁC B NGỤ Ả

1.  B ng 2.1   Đi u ki n x  lý nhi t bia ZnO và ZnO:Al (~1%) trong lò nung épả ề ệ ử ệ  

m u đ ng tĩnh trong môi trẫ ẳ ường khí Ar

2.  B ng 3.1   K t qu  tính h ng s  m ng tinh th  c a các m u nén ZnO và ZnOả ế ả ằ ố ạ ể ủ ẫ  pha   Al2O3 trong m t s  đi u ki n s  lý m uộ ố ề ệ ử ẫ

3.  B ng 3.2   Giá tr  h ng s  m ng c a các màng ZnO t i các nhi t đ  đ  khácả ị ằ ố ạ ủ ạ ệ ộ ế  nhau

4. B ng 3.3  Giá tr  h ng s  m ng c a các màng ZnO:Al t i các nhiêt đ  đ  khácả ị ằ ố ạ ủ ạ ộ ế  nhau

DANH M C CÁC HÌNH VỤ Ẽ

Hình 1.1. C u trúc l c giác ấ ụ wurtzite c a tinh th  ZnOủ ể

Hình 1.2. C u trúc l p phấ ậ ương gi  k m c a tinh th  ZnOả ẽ ủ ể

Hình 1.3. C u trúc l p phấ ậ ương ki u NaCl c a tinh th  ZnOể ủ ể

Hình 1.4. S  chuy n pha t  c u trúc l c giác wurtzite sang c u trúc l p phự ể ừ ấ ụ ấ ậ ươ  ng

đ n gi n ki u NaCl c a ZnOơ ả ể ủ

Hình 1.5. Vùng Brillouin m ng tinh th  Wurziteạ ể

Hình 1.6. C u trúc vùng năng lấ ượng c a m ng tinh th  wurzite t i lân c n k=0ủ ạ ể ạ ậHình 1.7 C u t o c a pin m t tr i Si truy n th ngấ ạ ủ ặ ờ ề ố

Hình1.8. S  đ  nguyên t c ho t đ ng c a pin m t tr i chuy n ti p p­nơ ồ ắ ạ ộ ủ ặ ờ ể ế

Hình1.9. S  đ  c u t o c a pin m t tr i v t li u CIGSơ ồ ấ ạ ủ ặ ờ ậ ệ

Hình 1.10. S  đ  phơ ồ ương pháp Sol­gel

Hình 1.11. Nguyên lý c a quá trình phún xủ ạ

Hình 1.12. S  đ  h  phún x  magnetronơ ồ ệ ạ

Hình 1.13. S  đ  nguyên t c ho t đ ng c a PLDơ ồ ắ ạ ộ ủ

Hình 1.14. S  đ  bu ngơ ồ ồ  t o m uạ ẫ  c aủ  thi t b  PEDế ị

Hình 2.1.  H  PED – 120 (Neocera, M ) t i trung tâm Khoa h c v t li u, Khoaệ ỹ ạ ọ ậ ệ  

V t lý­Đ i h c Khoa h c T  nhiên Hà N iậ ạ ọ ọ ự ộ

Hình 2.2.  S  đ  đ n gi n thi t b  nhi u x  tia Xơ ồ ơ ả ế ị ễ ạ

Hình 2.3.  Ảnh h  đo nhi u x  tia X D5005 (Siemens)ệ ễ ạ

Hình 2.4. Thi t b   đo ph  tán x  Raman ế ị ổ ạ Labram HR800 c a hãng Horibaủ  

Hình 2.5. Tương tác chùm đi n t  v i ch t r nệ ử ớ ấ ắ

Hình 2.6. Kính hi n vi đi n t  quét JSM 5410 LVể ệ ử

Hình 2.7. Thi t b   đo hu nh quang ế ị ỳ Fluorolog FL3­22 (Jobin Yvon Spex)

Hình 2.8. S  đ  đo b n mũi dò và các đơ ồ ố ường dòng

Hình 2.9. M u đo v i các kích thẫ ớ ước có liên quan đ n th a s  ch nhế ừ ố ỉ

Hình 2.10. Hình d ng các m u đo theo phạ ẫ ương pháp Van der Paul:

 a) V i ti p xúc b t k , b) V i ti p xúc đ i x ng.ớ ế ấ ỳ ớ ế ố ứ

Hình 2.11. Th a s  đi u ch nh trong công th c tính đi n tr  su t b ng phừ ố ề ỉ ứ ệ ở ấ ằ ươ  ngpháp Van der Paul

Hình 3.1.  nh SEM ch p trên m u ZnO sau khi nung s  bẢ ụ ẫ ơ ộ

Hình 3.2.  nh SEM ch p trên m u ZnO sau khi nung   nhi t đ  850Ả ụ ẫ ở ệ ộ oC

Hình 3.3.  nh SEM m u ZnO nung t i T=1100Ả ẫ ạ oC và p=20000 psi trong khí ArHình 3.4.  nh SEM m u ZnO nung t i T=1150Ả ẫ ạ oC và p=28000 psi trong khí ArHình 3.5.  nh SEM m u ZnO:Al sau nung s  bẢ ẫ ơ ộ

Hình 3.6.  nh SEM m u ZnO:Al nung t i T=850Ả ẫ ạ oC và p=20000 psi trong khí Ar Hình 3.7. Ph  EDS c a m u nén M2a­ZnOổ ủ ẫ

Hình 3.8. Ph  EDS c a m u nén M3b­ZnO:Alổ ủ ẫ

Hình 3.9. Ph  nhi u x  tia X đo trên các m u M1a­ZnO (a), M2a­ZnO (b) vàổ ễ ạ ẫ  M3a­ZnO (c) dưới tác đ ng c a nhi t đ  cao và áp su t caoộ ủ ệ ộ ấ

Hình 3.10. Ph  XRD quan sát trên các m u M1b­ZnO:Al (a), M2b­ZnO:Al (b) vàổ ẫ  M3b­ZnO:Al (c) dưới tác đ ng c a nhi t đ  cao và áp su t caoộ ủ ệ ộ ấ

Hình 3.11. Ph  tán x  Raman các m u M1a­ZnO (a), M2a­ZnO (b) và M3a­ZnOổ ạ ẫ  (c)

Hình 3.12: Ph  tán x  Raman c a m u ổ ạ ủ ẫ M1b­ZnO:Al (a), M2b­ZnO:Al (b), M3b­ZnO:Al (c)

Hình 3.13. Ph  hu nh quang c a các m u nén ZnO   các đi u ki n nhi t đ , ápổ ỳ ủ ẫ ở ề ệ ệ ộ  

su t khác nhau khi kích quang hu nh quang t i bấ ỳ ạ ước sóng  335 nm  và 470 nmHình 3.14: Ph  hu nh quang c a m u nén M3b­ZnO:Al nung   T=1150ổ ỳ ủ ẫ ở oC và áp 

su t 28000 psi  trong môi trấ ường khí  Ar

Hình 3.15: Ph  XRD c a các m uM1a­ ZnOổ ủ ẫ  t i các nhi t đ  đ : ạ ệ ộ ế a) 25oC, b) 200 

oC, c) 400oC  và d) 600oC 

Hình 3.16. Ph  XRD c a m u M2a­ZnO ổ ủ ẫ có nhi t đ  đ  a) 25ệ ộ ế oC, b) 200  oC,  c) 

400oC và d) 600oC 

Hình 3.17. Ph  XRD c a các m u M3a­ZnO ổ ủ ẫ t i các nhi t đ  đ  a) 25ạ ệ ộ ế oC, b) 400oC 

200oC, b) 400oC và c) 600oC

Hình 3.32. Ph  h p th  quan sát trên m u M2a­ZnO t i các nhi t đ  đ : a)ổ ấ ụ ẫ ạ ệ ộ ế  

tr  xu t hay tính ch t phát quang tu  vào t p ch t đở ấ ấ ỳ ạ ấ ược pha vào ZnO. Tính ch tấ  

đ c bi t này c a v t li u ZnO khi n cho nó đặ ệ ủ ậ ệ ế ược s  d ng làm đi n c c d nử ụ ệ ự ẫ  trong su t hay ch t n n trong r t nhi u linh ki n quang đi n t  b ng cách phaố ấ ề ấ ề ệ ệ ử ằ  các t p ch t thích h p. ạ ấ ợ

Hi n nay đ  ch  t o các màng ZnO d n đi n trong su t trong mi n nhìnệ ể ế ạ ẫ ệ ố ề  

th y và có tính  n đ nh cao, ngấ ổ ị ười ta thường pha t p ch t nhóm III nh : Ga, Al,ạ ấ ư  

In b ng nhi u phằ ề ương pháp khác nhau. M i phỗ ương pháp ch  t o v t li u đ uế ạ ậ ệ ề  

có nh ng s  khác bi t và  u  nhữ ự ệ ư ược đi m khác nhau. Trong lu n văn này, chúngể ậ  tôi ti n hành ch  t o và nghiên c u m t s  tính ch t v t lý c a v t li u ZnO vàế ế ạ ứ ộ ố ấ ậ ủ ậ ệ  ZnO pha t p Alạ 2O3 (1%)   d ng kh i và màng m ng b ng nh ng phở ạ ố ỏ ằ ữ ương pháp sau:

 Ép b t ZnO   áp su t cao (t  20000 psi) và nung   nhi t đ  cao đ  t oộ ở ấ ừ ở ệ ộ ể ạ  bia ZnO và ZnO pha Al2O3 (1%) nh m m c đích tăng s  liên k t và m tằ ụ ự ế ậ  

đ  kh i c a v t li u.ộ ố ủ ậ ệ

 T o màng ZnO và ZnO pha Alạ 2O3 (1%) trên đ  Si, th y tinh và th chế ủ ạ  anh  b ng phằ ương pháp l ng đ ng b ng chùm xung đi n t  (PED) ắ ọ ằ ệ ử ở các nhi t đ  đ  khác nhau đ  tìm ch  đ  t o v t li u kích thệ ộ ế ể ế ộ ạ ậ ệ ướ  cnanomét có đi n tr  m t < 200 ệ ở ặ / , đ  truy n qua >80% trong mi nộ ề ề  ánh sáng kh  ki n đ   ng d ng làm l p đi n c c d n trong pin m tả ế ể ứ ụ ớ ệ ự ẫ ặ  

tr i CIGS. ờ

Trên c  s  đó, lu n văn c a tôi trình bày v  v n đ : ơ ở ậ ủ ề ấ ề “Ch  t o và nghiênế ạ  

c u v t li u ôxít kim lo i có kích thứ ậ ệ ạ ước nanomét s  d ng trong pin M tử ụ ặ  

tr i”ờ  nh m m c đích: (1) gi i thi u phằ ụ ớ ệ ương pháp l ng đ ng b ng chùm xungắ ọ ằ  

đi n t  ệ ử PED; (2) kh o sát tính ch t c u trúc, tính ch t quang và tính ch t đi nả ấ ấ ấ ấ ệ  

c a màng ZnO và ZnO pha t p Alủ ạ 2O3. Ngoài ph n m  đ u, k t lu n, tài li u thamầ ở ầ ế ậ ệ  

kh o và ph n ph  l c n i dung b n lu n văn g m 3 chả ầ ụ ụ ộ ả ậ ồ ương:

Chương 1: T ng quan lý thuy t ổ ế

Chương 2: Các phương pháp ch  t o m u và nghiên c u tính ch t v t li uế ạ ẫ ứ ấ ậ ệ  

Chương 3: K t qu  và th o lu nế ả ả ậ

CHƯƠNG 1: T NG QUAN LÝ THUY TỔ Ế

       Ôxít k m (ZnO) là h p ch t bán d n thu c nhóm Aẽ ợ ấ ẫ ộ 2B6 trong b ng tu nả ầ  

hoàn các nguyên t  hóa h c Menđêlêép. H p ch t bán d n Aố ọ ợ ấ ẫ 2B6 đượ ứ  c  ng

d ng r ng rãi trong các lĩnh v c khoa h c v t li u và đi n t  h c bán d n.ụ ộ ự ọ ậ ệ ệ ử ọ ẫ  

V t li u ZnO t n t i trong hai lo i c u trúc c  b n: c u trúc l p phậ ệ ồ ạ ạ ấ ơ ả ấ ậ ươ  ng

gi  k m sphalerít và c u trúc l c giác ki u wurtzite. Tinh th  không phaả ẽ ấ ụ ể ể  

t p ZnO là ch t đi n môi, có c u trúc l c giác wurtzite b n v ng   đi uạ ấ ệ ấ ụ ề ữ ở ề  

ki n bình thệ ường. Khi áp su t th y tĩnh cao ZnO có c u trúc l p phấ ủ ấ ậ ươ  ng

đ n gi n ki u NaCl và khi t n t i   nhi t đ  cao, ZnO có c u trúc giơ ả ể ồ ạ ở ệ ộ ấ ả 

k m. ẽ

1.1  M t s  tính ch t v t lý c a v t li u ZnOộ ố ấ ậ ủ ậ ệ

1.1.1 C u trúc tinh th  ZnOấ ể

           đi u ki n thỞ ề ệ ường, c u trúc c a ZnO t n t i   d ngấ ủ ồ ạ ở ạ  wurtzite. M ng tinhạ  

th  ZnO   d ng này để ở ạ ược hình thành trên c  s  hai phân m ng l c giác x p ch tơ ở ạ ụ ế ặ  

c a Cation Znủ 2+ và Anion O2­ l ng vào nhau m t kho ng cách 3/8 chi u cao (Hìnhồ ộ ả ề  1.1). M i ô c  s  có hai phân t  ZnO, trong đó có hai nguyên t  Zn n m   v  tríỗ ơ ở ử ử ằ ở ị  (0,0,0); (1/3,1/3,1/3) và hai nguyên t  O n m   v  trí (0,0,u); (1/3,1/3,1/3+u) v iử ằ ở ị ớ  u~3/8 [6]. M i nguyên t  Zn liên k t v i 4 nguyên t  O n m trên 4 đ nh c a m tỗ ử ế ớ ử ằ ỉ ủ ộ  

hình t  di n g n đ u. Kho ng cách t  Zn đ n 1 trong 4 nguyên t  b ng uc, cònứ ệ ầ ề ả ừ ế ử ằ  

ba kho ng cách khác b ng [1/3aả ằ 3 + c2(u – ½)2]1/2

         H ng s  m ng trong c u trúc đằ ố ạ ấ ược đánh giá c : a=3,2496 Å, c=5,2042 Å.ỡ  

Do c u trúc tinh th  thu c lo i wurzite nên ZnO có đi m nóng ch y   nhi t đấ ể ộ ạ ể ả ở ệ ộ 

r t cao, 1975 ấ oC và có th  thăng hoa không phân hu  khi b  đun nóng. ể ỷ ị

Ngoài ra, trong đi u ki n đ c bi t tinh th  ZnO có th  t n t i   các c uề ệ ặ ệ ể ể ồ ạ ở ấ  trúc khác nh  l p phư ậ ương gi  k m (Hình 1.2) hay c u trúc l p phả ẽ ấ ậ ương ki uể  NaCl (Hình 1.3) [6]. Đây là tr ng thái gi  b n c a ZnO nh ng xu t hi n   nhi tạ ả ề ủ ư ấ ệ ở ệ  

đ  cao. Nhóm đ i x ng không gian c a c u trúc này là Td2­F 4 3m. M i ô c  sộ ố ứ ủ ấ ỗ ơ ở 

ch a b n phân t  ZnO v i các t a đ  nguyên t  là:   ứ ố ử ớ ọ ộ ử

  + 4 nguyên t  Zn   v  trí |a| có các t a đ : (0, 0 ,0),  (0, 1/2, 1/2),  (1/2, 0,ử ở ị ọ ộ  1/2),  (1/2, 1/2, 0)

       + 4 nguyên t  O   v  trí |c| có các t a đ : (1/4, 1/4 ,1/4),  (1/4, 3/4, 3/4),  ử ở ị ọ ộ(3/4, 1/4, 3/4),  (3/4, 3/4, 1/4).      

Hình 1.1: C u trúc l c giác ấ ụ wurtzite c a tinh th  ZnO.ủ ể

Hình 1.2: C u trúc l p ph ng gi  k m c a tinh th  ZnO.ấ ậ ươ ả ẽ ủ ể

       M i nguyên t  O đỗ ử ược bao quanh b i b n nguyên t  Zn n m   đ nh c aở ố ử ằ ở ỉ ủ  

t  di n có kho ng cách aứ ệ ả 3/2, v i a là thông s  c a m ng l p phớ ố ủ ạ ậ ương. M iỗ  nguyên t  Zn(O) còn đử ược bao b c b i 12 nguyên t  cùng lo i, chúng là lân c nọ ở ử ạ ậ  

b c hai, n m t i kho ng cách a/ậ ằ ạ ả 2

Hình 1.3: C u trúc l p ph ng ki u NaCl c a tinh th  ZnO.ấ ậ ươ ể ủ ể

         Gi a c u trúc l c giác wurtzite và c u trúc l p phữ ấ ụ ấ ậ ương đ n gi n ki u NaClơ ả ể  

c a ZnO có th  x y ra s  chuy n pha. Hình 1.4 bi u di n đ  th  bi u di n sủ ể ả ự ể ể ễ ồ ị ể ễ ự 

ph  thu c nhi t đ  và áp su t chuy n pha t  c u trúc l c giác wurtzite sang c uụ ộ ệ ộ ấ ể ừ ấ ụ ấ  trúc l p phậ ương đ n gi n ki u NaCl và ngơ ả ể ượ ạc l i. S  cân b ng pha đự ằ ược thi tế  

l p   áp su t kho ng 6Gpa. Theo tính toán, s  thay đ i th  tích c a hai tr ng tháiậ ở ấ ả ự ổ ể ủ ạ  này vào c  17% và h ng s  m ng trong c u trúc này a ~ 4,27Å.ỡ ằ ố ạ ấ

1.1.2  C u trúc vùng năng lấ ượng c a ZnOủ

      Tinh th  ZnO có đ c đi m chung c a các h p ch t Aể ặ ể ủ ợ ấ 2B6 là có vùng c mấ  

th ng: c c đ i c a vùng hóa tr  và c c ti u c a vùng d n cùng n m t i giá tr  k =ẳ ự ạ ủ ị ự ể ủ ẫ ằ ạ ị  

0   ở tâm vùng Brillouin. Vùng Brillouin c a tinh th  c u trúc wurzite (chính là ôủ ể ấ  

m ng Wigner ­ Seit trong không gian m ng đ o) có d ng kh i bát di nạ ạ ả ạ ố ệ , như 

được trình bày trên Hình 1.5. K t qu  nghiên c u b ng phế ả ứ ằ ương pháp nhi u lo nễ ạ  cho phép tính được vùng năng lượng c a m ng l c giác t  vùng năng lủ ạ ụ ừ ượng c aủ  

m ng l p phạ ậ ương. S  đ  vùng d n (CB) và vùng hoá tr  (VB) c a h p ch t nhómơ ồ ẫ ị ủ ợ ấ  

A2B6 v i m ng tinh th  l c giác đớ ạ ể ụ ược cho trên Hình 1.6. So v i s  đ  vùng c aớ ơ ồ ủ  

m ng l p phạ ậ ương ta th y r ng, m c Γấ ằ ứ 8 (J=3/2) và Γ7 (J=1/2) c a vùng hoá tr  doủ ị  

nh h ng c a nhi u lo n tr ng tinh th , b  tách thành 3 phân vùng Γ

Γ7(B) và Γ7(C) trong m ng l c giác. ạ ụ

Tr ng thái 2s, 2p và m c suy bi n b i ba trong tr ng thái 3d c a Zn t oạ ứ ế ộ ạ ủ ạ  nên vùng hóa tr  Tr ng thái 4s và suy bi n b i hai c a tr ng thái 3d trong Zn t oị ạ ế ộ ủ ạ ạ  nên vùng d n. T  c u hình đi n t  và s  phân b  đi n t  trong các qu  đ o, Znẫ ừ ấ ệ ử ự ố ệ ử ỹ ạ  

Hình 1.4:  S  chuy n pha t  c uự ể ừ ấ  trúc l c giác wurtzite sang c u trúcụ ấ  

l p   phậ ương   đ n   gi n   ki u   NaClơ ả ể  

c a ZnO.ủ

Áp   su tấ  (GPa)

và Zn2+ không có t  tính b i vì các qu  đ o đ u đừ ở ỹ ạ ề ượ ấc l p đ y các đi n t , d nầ ệ ử ẫ  

đ n mômen t  c a các đi n t  b ng không. ế ừ ủ ệ ử ằ

Hình 1.5: Vùng Brillouin m ng tinh th  ZnOạ ể  [6]

Hình 1.6: C u trúc vùng năng l ng c a m ng tinh th  wurtzite t i lân c n k =ấ ượ ủ ạ ể ạ ậ  0.

Năng lượng liên k t exciton c a ZnO là ~ế ủ  60 MeV, l n h n r t nhi u soớ ơ ấ ề  

v i năng lớ ượng liên k t exciton c a ZnSe (22 MeV) và GaN (25 Mev). Vì v yế ủ ậ  exciton có th  t n t i   nhi t đ  phòng. Nh  nh ng đ c tính này mà ZnO để ồ ạ ở ệ ộ ờ ữ ặ ượ  cnghiên c u nhi u trong lĩnh v c làm v t li u phát sáng hu nh quang trong linhứ ề ự ậ ệ ỳ  

ki n quang đi n t  làm vi c   vùng ánh sáng xanh và có nhi u hi u  ng m iệ ệ ử ệ ở ề ệ ứ ớ  đang được các nhà v t lý quan tâm.ậ  

1.1.3  Ph  hu nh quang c a v t li u ZnOổ ỳ ủ ậ ệ

           D i ph  hu nh quang c a ZnO thả ổ ỳ ủ ường xu t hi n   các vùng t  ngo i,ấ ệ ở ử ạ  vùng xanh, vùng vàng cam, vùng đ :ỏ

­ Vùng t  ngo i ử ạ :   nhi t đ  thỞ ệ ộ ường có th  quan sát để ược đ nh g n bỉ ầ ờ 

h p th  380 nm  ng v i các tái h p thông qua exciton t  do vì năng lấ ụ ứ ớ ợ ự ượng liên 

k t exciton trong ZnO lên đ n 60 meV [4]. Ngoài ra đ nh ph  do tái h p phân tế ế ỉ ổ ợ ử exciton cũng th y xu t hi n   trong vùng này. Đ c đi m c a d i ph  này là m tấ ấ ệ ở ặ ể ủ ả ổ ộ  

d i r ng, không đ i x ng, chân sóng kéo dài, tăng cả ộ ố ứ ường đ  kích thích thì đ nhộ ỉ  

d ch chuy n v  phía bị ể ề ước sóng dài. D i đ nh ph  t  390 nm đ n 410 nm luôn t nả ỉ ổ ừ ế ồ  

t i v i m i lo i m u.  D i tái h p t p ch t này bi n m t khi nhi t đ  l n h nạ ớ ọ ạ ẫ ả ợ ạ ấ ế ấ ệ ộ ớ ơ  

77 K, v  trí c a đ nh ph  không đ i theo nhi t đ  mà b n ch t là do c p donor ­ị ủ ỉ ổ ổ ệ ộ ả ấ ặ  acceptor

­ Vùng xanh: Đ nh ph  hu nh quang t i 500 nm n m trong d i này xu tỉ ổ ỳ ạ ằ ả ấ  

hi n là do s  chuy n m c c a đi n t  xu ng donor. Đây chính là tâm sai h ngệ ự ể ứ ủ ệ ử ố ỏ  

c a m ng t o ra b i nút khuy t Oxy ho c do s  thay th  nguyên t  Zn b ng cácủ ạ ạ ở ế ặ ự ế ử ằ  nguyên t  t p ch t trong m ng tinh th  ZnO [4].ố ạ ấ ạ ể

­ Vùng vàng cam: B n ch t c a d i ph  t i 620 nm này là do trong m ngả ấ ủ ả ổ ạ ạ  tinh th  ZnO t n t i các nút khuy t t i v  trí c a Zn hay các ion O   v  trí đi nể ồ ạ ế ạ ị ủ ở ị ề  

k , t o thành c p donor­acceptor. N u trong ZnO t n t i t p ch t là các kim lo iẽ ạ ặ ế ồ ạ ạ ấ ạ  

ki m (Li, Na) thì d i s  tách ra thành vùng vàng và cam [4].ề ả ẽ

­ Vùng đỏ: Đ nh chính   663.3nm.  Ngoài ra còn có s  l p l i phonon t iỉ ở ự ặ ạ ạ  các đ nh 669.3 nm; 263.2 nm; 695.5 nm; 700.5 nm; 708.3 nm; 716.3 nm; 720.3 nmỉ  

và 724.7 nm. B n ch t là do tâm Feả ấ 3+ ho c là do Liặ + có trong hoá ch t ban đ u [4].ấ ầ1.1.4 Tính ch t đi n c a v t li u ZnOấ ệ ủ ậ ệ

ZnO có năng lượng vùng c m th ng tấ ẳ ương đ i l n, kho ng 3.37 eV t iố ớ ả ạ  nhi t đ  phòng. Do đó ZnO tinh khi t là v t li u trong su t và không màu. Nh ngệ ộ ế ậ ệ ố ữ  

u đi m c a v t li u kh i ZnO do có vùng c m r ng bao g m: đ  gi m th  cao

h n, kh  năng duy trì đi n trơ ả ệ ường l n, dòng bi n thiên th p h n, có kh  năngớ ế ấ ơ ả  

ho t đ ng   vùng nhi t đ  cao và công su t ho t đ ng cao. ZnO là bán d n lo iạ ộ ở ệ ộ ấ ạ ộ ẫ ạ  

n khi không pha t p, do t n t i các sai h ng t  nhiên nh  nút khuy t oxy và cácạ ồ ạ ỏ ự ư ế  nguyên t  k m đi n k  [6].ử ẽ ề ẽ  Các sai h ng này có tác d ng nh  các t p ch t donor.ỏ ụ ư ạ ấ  

V t li u màng m ng ZnO đậ ệ ỏ ược nghiên c u ch  t o b ng nhi u phứ ế ạ ằ ề ương pháp khác   nhau   nh   phún   x   RF   [1,8,9],   sol­gel   [7],   l ng   đ ng   b ng   xung   laserư ạ ắ ọ ằ  

[10] Vi c nghiên c u  ZnO pha t p đ  v t li u có đ  d n cao đệ ứ ạ ể ậ ệ ộ ẫ ượ ấc r t  nhi uề  nhóm nghiên c u quan tâm, đ c bi t v t li u ZnO pha t p N, P… là v t li uứ ặ ệ ậ ệ ạ ậ ệ  mang tính d n lo i p [1]. Khi pha t p ch t thích h p nh  Al, Ga, In,…, màng ZnOẫ ạ ạ ấ ợ ư  

tr  thành bán d n lo i n d n đi n t t và đi n tr  su t nh  [3,7,8]. S. P. Shresthaở ẫ ạ ẫ ệ ố ệ ở ấ ỏ  

và c ng s  [7] đã t o màng d n trong su t  ZnO pha t p Al v i n ng đ  đ n 4%ộ ự ạ ẫ ố ạ ớ ồ ộ ế  

b ng phằ ương pháp quay ph  màng t  dung d ch sol­gel, và đ t đi n tr  su tủ ừ ị ạ ệ ở ấ  8.5×10­2  cm. T i Vi t nam, nhi u nhóm nghiên c u t i Đ i h c Khoa h c Tạ ệ ề ứ ạ ạ ọ ọ ự nhiên Hà n i [1,8], Đ i h c Khoa h c T  nhiên Thành ph  H  Chí Minh [3],ộ ạ ọ ọ ự ố ồ  

Vi n ITIMS (Đ i h c Bách khoa Hà n i) đã thu đệ ạ ọ ộ ược nhi u k t qu  nghiên c uề ế ả ứ  trên h  v t li u ZnO pha t p Al. Tuy nhiên, ch a có công trình nào s  d ngệ ậ ệ ạ ư ử ụ  

phương pháp l ng đ ng b ng chùm xung đi n t  Do v y, vi c nghiên c u tínhắ ọ ằ ệ ử ậ ệ ứ  

ch t c a màng m ng ZnO ch  t o b ng phấ ủ ỏ ế ạ ằ ương pháp chùm xung đi n t  có thệ ử ể 

m  ra m t kh  năng  ng d ng m i trong công ngh  linh ki n đi n t ở ộ ả ứ ụ ớ ệ ệ ệ ử

1.1.5 C  ch  d n đi n c a màng ZnO pha t p Alơ ế ẫ ệ ủ ạ

V t li u tinh th  ZnO có đ  d n đi n thay đ i trong m t d i r t r ng, tậ ệ ể ộ ẫ ệ ổ ộ ả ấ ộ ừ vùng đ  d n đi n môi cho đ n kim lo i, tùy thu c lo i và n ng đ  t p ch t phaộ ẫ ệ ế ạ ộ ạ ồ ộ ạ ấ  vào m ng n n ZnO. Khi pha t p Al (ho c Ga, In) ­ kim lo i phân nhóm III trongạ ề ạ ặ ạ  

b ng tu n hoàn vào ZnO v i n ng đ  thích h p thì các nguyên t  Alả ầ ớ ồ ộ ợ ử  s  thay thẽ ế 

v  trí c a Zn trong m ng tinh th  ZnO. T i nhi t đ  phòng, ion Al (ho c Ga, In)ị ủ ạ ể ạ ệ ộ ặ  hóa tr  3 s  thay th  Zn hóa tr  2 và t o ra các m c donor trong vùng c m đ  cungị ẽ ế ị ạ ứ ấ ể  

c p các đi n t  d n trong vùng d n. Các đi n t  này s  chi m các m c năngấ ệ ử ẫ ẫ ệ ử ẽ ế ứ  

lượng   đáy vùng d n, làm cho n ng đ  đi n t  trong v t li u s  tăng lên và d nở ẫ ồ ộ ệ ử ậ ệ ẽ ẫ  

đ n làm tăng đ  d n đi n. Vi c pha Al vào ZnO s  t o ra bán d n lo i n ho cế ộ ẫ ệ ệ ẽ ạ ẫ ạ ặ  suy bi n nế +, tùy theo n ng đ  t p đồ ộ ạ ược khuy ch tán vào m ng tinh th  Vi c chế ạ ể ệ ủ 

đ ng pha t p các nguyên t  thu c nhóm V (P, N)  trong b ng tu n hoàn cho phépộ ạ ố ộ ả ầ  

t o ra bán d n lo i p có h t t i ch  y u là l  tr ng. Công ngh  ch  t o v t li uạ ẫ ạ ạ ả ủ ế ỗ ố ệ ế ạ ậ ệ  ZnO   d ng kh i, màng m ng, dây m t chi u, … v i đ  d n thích h p đóng vaiở ạ ố ỏ ộ ề ớ ộ ẫ ợ  

trò quan tr ng trong vi c ch  t o các linh ki n đi n t  nh  l p d n đi n trongọ ệ ế ạ ệ ệ ử ư ớ ẫ ệ  

su t trên pin m t tr i, varistor, diode, …trên n n t ng tinh th  ZnO.    ố ặ ờ ề ả ể

1.1.6   M t s   ng d ng c a v t li u ZnOộ ố ứ ụ ủ ậ ệ

Sensor nh y khíạ : d a vào tính ch t t  và tính ch t hoá h c c a v t li uự ấ ừ ấ ọ ủ ậ ệ  ZnO nano, Labeau và c ng s  đã ch ng minh độ ự ứ ược các h t nano làm tăng đạ ộ 

nh y c a các c m bi n nh y khí là do s  tăng di n tích b  m t b i vi c gi mạ ủ ả ế ạ ự ệ ề ặ ở ệ ả  kích thước h t.ạ  ZnO tinh th  nano để ược nghiên c u và  ng d ng nh  tác nhânứ ứ ụ ư  

h p   th   trong   b   l c   không   khí,   làm   đ u   thu   phát   hi n   các   lo i   khí   nhấ ụ ộ ọ ầ ệ ạ ư ammoniac, …. 

Linh ki n quang laserệ : khi bán d n ZnO b  giam gi  lẫ ị ữ ượng t  ­ các ch mử ấ  

lượng t  có th  đử ể ượ ử ục s  d ng trong s n xu t các c c phát sáng v i các m u khácả ấ ự ớ ầ  nhau. Nh  tính ch t hu nh quang và kh  năng nh y bi n mà ZnO nano và ZnOờ ấ ỳ ả ạ ế  pha t p đạ ược phát tri n trong  ng d ng ch  t o các màn hi n th , c m bi n c cể ứ ụ ế ạ ể ị ả ế ự  

nh y và laser. ạ

Đi n c c d n đi n trong su t (TCO):ệ ự ẫ ệ ố   đây là m t  ng d ng r t quanộ ứ ụ ấ  

tr ng c a v t li u ZnO khi đọ ủ ậ ệ ược pha t p v i n ng đ  thích h p đ  ch  t o đi nạ ớ ồ ộ ợ ể ế ạ ệ  

c c trong su t c a các pin m t tr i v i tính năng t t và giá thành th p so v i đi nự ố ủ ặ ờ ớ ố ấ ớ ệ  

c c ITO. ự

1.2   ng d ng c a v t li u ZnO trong pin m t tr iỨ ụ ủ ậ ệ ặ ờ

1.2.1  C u t o và nguyên t c ho t đ ng ấ ạ ắ ạ ộ

a. Pin m t tr i Siặ ờ

Pin m t tr i Si (hay pin quang đi n) có c u t o gi ng nh  m t diode bánặ ờ ệ ấ ạ ố ư ộ  

d n lo i p­n có l p n c c m ng đ  ánh sáng m t tr i có th  truy n qua và dẫ ạ ớ ự ỏ ể ặ ờ ể ề ướ  itác d ng c a ánh sáng t o ra dòng đi n s  d ng đụ ủ ạ ệ ử ụ ược (Hình 1.7)

       Hình 1.7: C u t o c a pin m t tr i Si truy n th ng.ấ ạ ủ ặ ờ ề ố

Nguyên t c ho t đ ng c a pin quang đi n d a vào tính ch t c a l pắ ạ ộ ủ ệ ự ấ ủ ớ  chuy n ti p p­n khi cho hai bán d n lo i n và p ti p xúc  nhau. Các l  tr ng t  doể ế ẫ ạ ế ỗ ố ự  

 g n m t ti p xúc trong bán d n lo i p s  chuy n đ ng khuy ch tán t  bán d n

lo i p sang lo i n. Đ ng th i, bán d n lo i p cũng nh n thêm đi n t  t  l p bánạ ạ ồ ờ ẫ ạ ậ ệ ử ừ ớ  

d n n khuy ch tán sang. K t qu  l p bán d n p tích đi n âm (thi u h t l  tr ng,ẫ ế ế ả ớ ẫ ệ ế ụ ỗ ố  

d  đi n t ) và kh i n tích đi n dư ệ ử ố ệ ương (thi u h t đi n t , d  th a l  tr ng). Sế ụ ệ ử ư ừ ỗ ố ự tích đi n âm bên kh i p và dệ ố ương bên kh i n hình thành m t hi u điên th  ti pố ộ ệ ế ế  xúc (UTX). Đi n trệ ường sinh ra b i Uở TX này có hướng t  bán d n n sang p đ  c nừ ẫ ể ả  

tr  chuy n đ ng khuy ch tán (Hình 1.8). Hai bên m t ti p giáp là vùng các đi nở ể ộ ế ặ ế ệ  

t  và l  tr ng d  g p nhau nh t nên quá trình tái h p thử ỗ ố ễ ặ ấ ợ ường x y ra hình thànhả  các nguyên t  trung hòa. Vì v y vùng biên gi i   hai bên m t ti p giáp r t hi mử ậ ớ ở ặ ế ấ ế  các h t d n đi n t  do nên đạ ẫ ệ ự ược g i là vùng nghèo. ọ

tr ng. Nh ng c p đi n t  và l  tr ng này sinh ra   g n ch  ti p xúc p­n. Do đóố ữ ặ ệ ử ỗ ố ở ầ ỗ ế  

đi n trệ ường ti p xúc s  đ y electron v  bên bán d n n và đ y l  tr ng v  bánế ẽ ẩ ề ẫ ẩ ỗ ố ề  

d n p. Nh ng c  b n là electron đã nh y t  mi n hoá tr  lên mi n d n   m c caoẫ ư ơ ả ả ừ ề ị ề ẫ ở ứ  

h n và có th  chuy n đ ng t  do. Càng có nhi u photon chi u đ n thì càng cóơ ể ể ộ ự ề ế ế  nhi u electron nh y lên mi n d n. N u   bên ngoài ta dùng m t dây d n n i bánề ả ề ẫ ế ở ộ ẫ ố  

d n lo i n v i bán d n lo i p (qua m t ph  t i nh  đèn) thì electron t  mi n d nẫ ạ ớ ẫ ạ ộ ụ ả ư ừ ề ẫ  

c a bán d n lo i n s  qua m ch ngoài chuy n đ n bán d n lo i p l p vào các lủ ẫ ạ ẽ ạ ể ế ẫ ạ ấ ỗ 

tr ng t o dòng đi n.   Hi u su t c a pin m t tr i (Si) t t nh t vào c  12 đ nố ạ ệ ệ ấ ủ ặ ờ ố ấ ỡ ế  15%, tùy v t li u và phậ ệ ương pháp ch  t o. ế ạ

b. Pin m t tr i ặ ờ trên c  s  v t li u ơ ở ậ ệ CuIn1­xGaxSe2 (CIGS)

Đây là lo i pin m t tr i tiên ti n th  h  th  ba có l p h p th  CuInạ ặ ờ ế ế ệ ứ ớ ấ ụ 1­

xGaxSe2 (CIGS). Phương pháp thông d ng đ  t ng h p màng CIGS là l ng đ ngụ ể ổ ợ ắ ọ  trong chân không. Đ u tiên, ngầ ười ta ph  molypden lên t m đ  b ng k  thu tủ ấ ế ằ ỹ ậ  phún x , t o ra đ u ti p xúc dạ ạ ầ ế ưới. Ti p theo l ng đ ng h i l p h p th  CIGS.ế ắ ọ ơ ớ ấ ụ  Sau đó, t o l p CdS b ng phạ ớ ằ ương pháp l ng đ ng hóa h c đ  hình thành l pắ ọ ọ ể ớ  chuy n ti p (heterojunction) v i l p h p th  CIGS. Cu i cùng phún x  ZnO lênể ế ớ ớ ấ ụ ố ạ  trên đ  t o c a s  trong su t và đ u n i ra c a pin. Phể ạ ử ổ ố ầ ố ủ ương pháp này đã ch  t oế ạ  

được pin m t tr i có hi u su t lên đ n 19.9%. C u trúc c a pin CIGS đặ ờ ệ ấ ế ấ ủ ược minh 

h aọ   trên   Hình   1.9.

      Hình 1.9 : S  đ  c u t o c a pin m t tr i v t li u CIGS.ơ ồ ấ ạ ủ ặ ờ ậ ệ

1.2.2 Vai trò c a đi n c c trong su t ZnO trong pin m t tr iủ ệ ự ố ặ ờ

         L p đi n c c d n đi n trong su t (TCO) cho phép ánh sáng truy n qua làớ ệ ự ẫ ệ ố ề  

m t thành ph n b t bu c trong c u trúc pin m t tr i. Yêu c u cộ ầ ắ ộ ấ ặ ờ ầ h t lấ ượng c aủ  

màng TCO được căn c  vào hai ch  s : có đi n tr  su t th p  ứ ỉ ố ệ ở ấ ấ ρ  <  10­2  Ω.cm (tương đương đi n tr  m t < 200 ệ ở ặ Ω/  thu nh n đậ ược trên màng có đ  dày 500ộ  nm) và hi u su t truy n qua c a màng trong vùng ánh sáng kh  ki n đ t > 80%.ệ ấ ề ủ ả ế ạ  Tùy thu c vào v t li u n n ch  t o pin m t tr i mà các v t li u TCO thích h pộ ậ ệ ề ế ạ ặ ờ ậ ệ ợ  

s  đẽ ượ ử ục s  d ng. Cho đ n nay, nhi u lo i v t li u TCO đã đế ề ạ ậ ệ ược nghiên c u chứ ế 

t o và  ng d ng nh  màng ôxit h n h p d n đi n In­Sb (ITO), màng ZnO, …ạ ứ ụ ư ỗ ợ ẫ ệ

         Đ i v i màng ZnOố ớ , nhi u nhóm nghiên c u trên th  gi i đã s  d ng v tề ứ ế ớ ử ụ ậ  

li u ZnO pha t p Al, Ga, ho c h n h p (F, Al) đ  ch  t o đi n c c d n đi nệ ạ ặ ỗ ợ ể ế ạ ệ ự ẫ ệ  trong su tố   s  d ng cho ch  t o pin m t tr iử ụ ế ạ ặ ờ  G. Fang [14] đã ch  t o màngế ạ  ZnO:Al (n ng đ  pha t p 5%) ồ ộ ạ b ng phằ ương pháp sputtering có đi n tr  su t   ệ ở ấ ρ1,5.10­4  cm, đ  dày màng 500 nm (tΩ ộ ương  ng v i đi n tr  m t Rứ ớ ệ ở ặ s   3  /Ω ) và 

có đ  truy n qua trên 90% trong vùng ánh sáng kh  ki n. J. Hüpkes [15]ộ ề ả ế  t o màngạ  ZnO:Al (2%) có đi n tr  su t   ệ ở ấ ρ  3,3.10­4  cm trên màng dày 620 nm (tΩ ươ  ng

ng v i đi n tr  m t R

ứ ớ ệ ở ặ s    5,3  /Ω ), đ  truy n qua trên 85% ộ ề b ng phằ ương pháp sputtering. H. Czternastek [16] ch  t o màng ZnO:Al (3%) b ng phế ạ ằ ương pháp sputtering có đi n tr  su t   ệ ở ấ ρ  1,3.10­3  cm, đ  truy n qua trên 85%. Jung vàΩ ộ ề  

c ng   s   [17]   ch   t o   màng   ZnO:Al   (2%)   b ng   phộ ự ế ạ ằ ương   pháp  phương   pháp sputtering, có ρ   8,8.10­4  cm trên đ  dày c a màng là ~300 nm (tΩ ộ ủ ương  ng v iứ ớ  

đi n tr  m t Rệ ở ặ s   3  /Ω ) và có đ  truy n qua trên 90% trong vùng ánh sáng khộ ề ả 

ki n. G. A. Hirata [13] dùng phế ương pháp l ng đ ng b ng chùm xung laser (PLD)ắ ọ ằ  

t ng h p màng ZnO:Ga (5%) có đi n tr  su t    ổ ợ ệ ở ấ ρ   3,6.10­4  cm v i đ  truy nΩ ớ ộ ề  qua trên 85%. S. Tricot [18] và c ng s  dùng phộ ự ương pháp l ng đ ng b ng chùmắ ọ ằ  xung đi n t  (PED) ch  t o màng ZnO có ệ ử ế ạ ρ   1,6.10­2  cm trên các màng  dàyΩ  

~400 nm (tương  ng v i đi n tr  m t Rứ ớ ệ ở ặ s   400  /Ω ) và hi u su t truy n qua trênệ ấ ề  90% trong vùng ánh sáng kh  ki n.ả ế

         Trong lu n văn này, chúng tôi t p trung nghiên c u ch  t o các màng m ngậ ậ ứ ế ạ ỏ  

d n đi n trong su t ZnO và ZnO:Al (n ng đ  1%) có đi n tr  b  m t th p (Rẫ ệ ố ồ ộ ệ ở ề ặ ấ < 

200  / ), đ  dày màng ~500 nm và có đ  truy n qua >80%. K t qu  này phù h pộ ộ ề ế ả ợ  

v i các công b  khoa h c g n đây v  các đ c tính đi n và quang c a màng ZnOớ ố ọ ầ ề ặ ệ ủ  

và ZnO pha t p.ạ

1.3  Các phương pháp ch  t o ế ạ v t li u ZnO d ng màng m ng ậ ệ ạ ỏ

Dưới đây chúng tôi trình bày s  lơ ược m t s  phộ ố ương pháp thường dùng để 

ch  t o màng ZnO và ZnO pha t p ch t.ế ạ ạ ấ

 1.3.1  Phương Pháp sol ­ gel

Phương pháp Sol­gel do R. Roy đ  xu t năm 1956 cho phép tr n l n cácề ấ ộ ẫ  

ch t   quy mô nguyên t  Cho đ n nay, phấ ở ử ế ương pháp này đã đượ ấc r t nhi uề  nhóm nghiên c u và phát tri n m nh m  Phứ ể ạ ẽ ương pháp Sol­gel cho phép t oạ  

được v t li u b t, kh i ho c màng m ng ZnO. So v i các k  thu t ch  t oậ ệ ộ ố ặ ỏ ớ ỹ ậ ế ạ  

m u theo các phẫ ương pháp hóa lý khác, t o m u ZnO theo phạ ẫ ương pháp Sol­gel không đòi h i thi t b  ph c t p và chi phí cao. Sol là s  phân tán nh ng h t keoỏ ế ị ứ ạ ự ữ ạ  trong pha l ng. Keo này đỏ ược mô t  nh  nh ng h t r n nh  v i kích thả ư ữ ạ ắ ỏ ớ ướ ừ c t

10 đ n 1000 Å, m i h t keo có ch a t  10ế ỗ ạ ứ ừ 3 đ n 10ế 9 nguyên t  Khi đ  nh t c aử ộ ớ ủ  Sol tăng đáng k  thì nh ng h t này m t đi pha l ng đ ng th i x y ra s  polymeể ữ ạ ấ ỏ ồ ờ ả ự  hóa các h t t o thành m t kh i r n đ ng nh t g i là Gel. Phạ ạ ộ ố ắ ồ ấ ọ ương pháp Sol­gel 

d a trên s  tr n c a các ch t ph n  ng dự ự ộ ủ ấ ả ứ ướ ại d ng l ng   m c đ  phân t  và sỏ ở ứ ộ ử ự đóng r n ti p theo c a dung d ch thành m t gel x p vô đ nh hình. Sau đó gel x pắ ế ủ ị ộ ố ị ố  này được x  lý nhi t đ  t o ra ch t r n ZnO. Các ch t ph  gia có th  cho vàoử ệ ể ạ ấ ắ ấ ụ ể  

nh ng h n h p l ng đ  t o thành nh ng h p ch t composite. Nh  kh  năngữ ỗ ợ ỏ ể ạ ữ ợ ấ ờ ả  

tr n các ch t   quy mô phân t , phộ ấ ở ử ương pháp Sol­gel có th  t o ra nh ng s nể ạ ữ ả  

ph m ZnO và ZnO pha t p có đ  đ ng nh t và đ  tinh khi t cao. Ti n trình chẩ ạ ộ ồ ấ ộ ế ế ế 

t o m u b ng phạ ẫ ằ ương pháp sol­gel c  th  mô t  m t cách t ng quát theo Hìnhụ ể ả ộ ổ  1.10, trong đó:

•  Sol là h  phân tán vi d  th , trong đó các h t pha r n có kích thệ ị ể ạ ắ ướ ừ c t

10­9 đ n 10ế ­7m phân b  đ u vào pha l ng.ố ề ỏ

•  Gel là h  phân tán vi d  th  nh ng trong đó các h t c a pha r n t oệ ị ể ư ạ ủ ắ ạ  thành khung ba chi u, pha l ng n m trong các mao qu n.ề ỏ ằ ả

•  Xerogel thu được sau khi s y Gel đ  lo i b t dung môi.ấ ể ạ ớ

Hình 1.10: S  đ  ph ng pháp Sol­gelơ ồ ươ

T i đi m chuy n pha, dung d ch tr  nên r n l i và đ  x p tăng lên do sạ ể ể ị ở ắ ạ ộ ố ự 

b t  n đ nh, s  l ng đ ng ho c siêu bão hòa trong h  Chuy n pha sol­gel đ tấ ổ ị ự ắ ọ ặ ệ ể ạ  

được khi dung d ch t  tr ng thái ban đ u ch  có m t pha l ng tr  thành d ng gelị ừ ạ ầ ỉ ộ ỏ ở ạ  

t g m c  hai pha r n và l ng. Quá trình chuy n pha này là b t thu n ngh ch

Quá trình sol chuy n thành gel là quá trình polyme hóa vô c , bao g m b n giaiể ơ ồ ố  

đo n liên ti p:ạ ế

•  Giai đo n th y phân: T o thành các ion trong dung d ch sol.ạ ủ ạ ị

•  Giai đo n ng ng t : Các ion k t h p v i nhau t o thành h t.ạ ư ụ ế ợ ớ ạ ạ

•  Giai đo n k t h p: Giai đo n l n lên c a các h t.ạ ế ợ ạ ớ ủ ạ

•   Giai đo n Gel hóa: Các h t k t h p v i nhau thành m ng polyme 3ạ ạ ế ợ ớ ạ  chi u.ề

Ch t lấ ượng m u làm b ng phẫ ằ ương pháp sol­gel ph  thu c nhi u vào đụ ộ ề ộ tinh khi t c a các hóa ch t ban đ u, th i gian và quá trình x  lý nhi t. Gel t oế ủ ấ ầ ờ ử ệ ạ  thành thường x p và bên trong lõi x p là ch t l ng. Khi x  lý nhi t, ph n l nố ố ấ ỏ ử ệ ầ ớ  dung môi thoát ra t  đó làm bi n đ i c u trúc c a gel, do đó tính ch t c a gelừ ế ổ ấ ủ ấ ủ  cũng thay đ i. Vì v y, tùy thu c vào m c đích s  d ng đ  có th  ti n hành s yổ ậ ộ ụ ử ụ ể ể ế ấ  

dưới các ch  đ  khác nhau. Ngoài ra, đ  pH, lế ộ ộ ượng nước, dung môi cũng  nhả  

hưởng l n đ n ch t lớ ế ấ ượng m u. Đ  pH đẫ ộ ược đi u ch nh qua xúc tác là axítề ỉ  

ho c baz  tùy theo yêu c u c  th  c a t ng quá trình t ng h p v t li u [12].ặ ơ ầ ụ ể ủ ừ ổ ợ ậ ệ  Các màng m ng t o t  gel thông qua quá trình nhúng ph  ho c quay (spinỏ ạ ừ ủ ặ  coating) ly tâm dàn đ u v t li u trên đ  ph ng Si ho c th y tinh. ề ậ ệ ế ẳ ặ ủ

1.3.2  Phương pháp phún x  Magnetronạ  

K  thu t phún x  cho phép ch  t o các lo i màng kim lo i, đi n môi, bánỹ ậ ạ ế ạ ạ ạ ệ  

d n trên nhi u lo i đ  khác nhau, các màng có th  ch  t o v i các tính ch t,ẫ ề ạ ế ể ế ạ ớ ấ  

ch c năng đ nh trứ ị ước v i m t quy trình đ nh trớ ộ ị ước v i t c đ  t o màng và ch tớ ố ộ ạ ấ  

lượng màng r t cao. C  s  v t lý c a các phấ ơ ở ậ ủ ương pháp phún x  d a trên hi nạ ự ệ  

tượng va ch m c a các h t có năng lạ ủ ạ ượng cao (các ion khí tr  nh  Ar, Xe, He, )ơ ư  

v i các nguyên t  v t li u trên bia ZnO, và làm b t các nguyên t  (ho c t ngớ ử ậ ệ ậ ử ặ ừ  đám vài nguyên t ) c a bia và chuy n đ ng v  phía đ  m u (ví d : Si ho c th yử ủ ể ộ ề ế ẫ ụ ặ ủ  tinh). Khi đ n đ  m u ZnO l ng đ ng l i trên b  m t đ  và t o thành màngế ế ẫ ắ ọ ạ ề ặ ế ạ  

m ng ZnO. V  b n ch t v t lý, phún ỏ ề ả ấ ậ

x  là m t quá trình hoàn toàn khác v i s  b c bay ­ quá trình chuy n hóa xungạ ộ ớ ự ố ể  

lượng gi a các ion khí hi m và các nguyên t  bên trong v t li u làm bia ZnO. Khiữ ế ử ậ ệ  

Hình 1.11: Nguyên lý c a quáủ  trình phún x ạ

các ion b n phá b  m t c a bia ZnO, tắ ề ặ ủ ương tác gi a các ion khí v i các nguyênữ ớ  

t  c a bia (Zn, O) coi nh  quá trình va ch m. S  va ch m có th  x y ra đ n đử ủ ư ạ ự ạ ể ả ế ộ sâu 5 ÷ 10 nm, nh ng s  trao đ i xung lư ự ổ ượng ch  x y ra trong kho ng cách 1nmỉ ả ả  

t  b  m từ ề ặ

bia ZnO. Thông thường, các nguyên t  b  phún x  r i kh i bia ZnO v i đ ngử ị ạ ờ ỏ ớ ộ  năng tương đ i l n, kho ng 3 ÷ 10 eV. M t ph n năng lố ớ ả ộ ầ ượng này s  b  tiêu haoẽ ị  

do quá trình tán x  v i các nguyên t  khí trên đạ ớ ử ường đi đ n đ  m u. Khi đ n đế ế ẫ ế ế 

m u, năng lẫ ượng ch  còn kho ng 1 ÷ 2 eV, cao h n năng lỉ ả ơ ượng c a quá trình b củ ố  bay kho ng hai b c. Năng lả ậ ượng này làm tăng nhi t đ  đ  m u và giúp cho cácệ ộ ế ẫ  nguyên t  l ng đ ng s  bám vào đ  m u ch c h n (Hình 1.11). Các h  phún xử ắ ọ ẽ ế ẫ ắ ơ ệ ạ 

RF có m t h n ch  c  b n là hi u su t s  d ng đi n t  không cao do đi n t  chộ ạ ế ơ ả ệ ấ ử ụ ệ ử ệ ử ỉ 

đi theo đường th ng t  cathode đ n anode và do đó ch  có kh  năng ion hóa cácẳ ừ ế ỉ ả  phân t  khí trên quãng đử ường đó. Trong các c u hình phún x  này, ch  vài ph nấ ạ ỉ ầ  trăm nguyên t  khí tr  đử ơ ược ion hóa. Đ  tăng kh  năng ion hóa ch t khí c a cácể ả ấ ủ  

đi n t  th  c p, ngệ ử ứ ấ ười ta ph i v n hành h  th ng   áp su t tả ậ ệ ố ở ấ ương đ i cao. Đố ể nâng cao hi u su t s  d ng đi n t  trong khi v n duy trì đệ ấ ử ụ ệ ử ẫ ược áp su t   m cấ ở ứ  

th p, ngấ ười ta dùng t  trừ ường đ  lái qu  đ o c a các đi n t  theo nh ng quể ỹ ạ ủ ệ ử ữ ỹ 

đ o cong. Thi t  b  th c hi n  gi i pháp k  thu t này là phún x  magnetronạ ế ị ự ệ ả ỹ ậ ạ  (magnetron sputerring). C u hình c a h  phún x  magnetron đấ ủ ệ ạ ược c i ti n b ngả ế ằ  cách đ t m t nam châm   dặ ộ ở ưới bia v t li u (Hình 1.12). T  trậ ệ ừ ường c a namủ  châm có tác d ng b y các đi n t  và ion   g n b  m t bia làm tăng s  l n vaụ ẫ ệ ử ở ầ ề ặ ố ầ  

ch m gi a các đi n t  và các nguyên t  khí và làm tăng hi u su t ion hóa c aạ ữ ệ ử ử ệ ấ ủ  chúng. H  phún x  magnetron có các  u đi m nh  t c đ  l ng đ ng cao, s  b nệ ạ ư ể ư ố ộ ắ ọ ự ắ  phá c a các đi n t  và ion trên màng gi m, h n ch  s  tăng nhi t đ  đ  và sủ ệ ử ả ạ ế ự ệ ộ ế ự 

th p h n. ấ ơ

Ngoài ra, do hi u su t ion hóa c a các đi n t  th  c p tăng nên m t đ  plasmaệ ấ ủ ệ ử ứ ấ ậ ộ  tăng và tr  kháng c a kh i plasma gi m, do v y, v i cùng m t công su t phát cóở ủ ố ả ậ ớ ộ ấ  

th  tăng để ược dòng phóng đi n ho c gi m đệ ặ ả ược đi n áp nuôi h  th ng so v i hệ ệ ố ớ ệ phún x  không đạ ược tăng cường b ng t  trằ ừ ường. Đ  ch  t o màng ZnO, hể ế ạ ệ phún x  magnetron ph i ho t đ ng   ch  đ  xoay chi u. ạ ả ạ ộ ở ế ộ ề

1.3.3  Phương pháp t o màng b ng xung laser (PLD)ạ ằ

         Thành ph n c  b n c a m t h  th ng PLD g m m t h  th ng chân khôngầ ơ ả ủ ộ ệ ố ồ ộ ệ ố  

được trang b  m t bia và m t giá đ  đ  cũng nh  các h  th ng đi u khi n vi cị ộ ộ ỡ ế ư ệ ố ề ể ệ  

ph  màng (Hình 1.13). Ngu n tác nhân t o s  bay h i là ecximer laser (KrF) cóủ ồ ạ ự ơ  công su t l n đấ ớ ược đ t ngoài bu ng chân không. M t h  th ng quang h c (cácặ ồ ộ ệ ố ọ  

th u kính và gấ ương) được dùng đ  t p trung chùm laser l n lên bia. C  ch  c aể ậ ớ ơ ế ủ  

phương pháp PLD là v t li u đậ ệ ượ ắc l ng đ ng trên đ  g m nhi u tr ng tháiọ ế ồ ề ạ  (m c dù nó ph  thu c vào lo i laser, h  th ng quang h c và các tính ch t c aặ ụ ộ ạ ệ ố ọ ấ ủ  bia đượ ử ục s  d ng). 

Đ u tiên, bia ZnO đầ ược đ t nóng b i xung ng n c a b c x  laser và khi b c xố ở ắ ủ ứ ạ ứ ạ laser đã được h p th  b i b  m t r n ZnO thì năng lấ ụ ở ề ặ ắ ượng đi n t  trệ ừ ường đ uầ  tiên s  b  bi n đ i thành kích thích đi n t  và sau đó thành nhi t và v t li u biaẽ ị ế ổ ệ ử ệ ậ ệ  ZnO s  b  bào mòn. K  đ n, s  bay h i hình thành m t plume ch a m t h nẽ ị ế ế ự ơ ộ ứ ộ ỗ  

h p các lo i năng lợ ạ ượng cao g m nguyên t , phân t , electron, ion và th m chíồ ử ử ậ  các h t có kích thạ ướ μm. Plume đc  ượ ạc t o thành s  lan truy n qua m t bu ngẽ ề ộ ồ  khí đ n đ  Plume đế ế ược đ c tr ng b i vô s  va ch m mà nh ng va ch m nàyặ ư ở ố ạ ữ ạ  

có th   nh hể ả ưởng đ n v n t c và quãng đế ậ ố ường t  do trung bình c a các nguyênự ủ  

t  và ion cũng nh  các ph n  ng ban đ u. Vi c gi m quãng đử ư ả ứ ầ ệ ả ường t  do trungự  bình do va ch m d n đ n plume xu t phát t  b  m t bia m  r ng nhanh t  đóạ ẫ ế ấ ừ ề ặ ở ộ ừ  

t o thành m t s  phân b  góc h p khi bay h i.      ạ ộ ự ố ẹ ơ

1.3.4  Phương pháp l ng đ ng chùm xung đi n t  ( PED )ắ ọ ệ ử

Hình 1.13:  S  đ  nguyên t c ho t đ ng c a PLD.ơ ồ ắ ạ ộ ủ

           L ng đ ng chùm xung đi n t  (PED) là ph ng pháp l ng đ ng màngắ ọ ệ ử ươ ắ ọ  

m ng hi n đ i và m i đỏ ệ ạ ớ ược nghiên c u áp d ng trong mứ ụ ười năm qua. Trong 

phương pháp này, m t chùm xung electron có năng lộ ượng cao đượ ử ục s  d ng để 

b n phá b  m t c a bia v t li u nh m gi i phóng các vi h t có kích thắ ề ặ ủ ậ ệ ằ ả ạ ước nano 

và xung lượng cao đ  để ượ ắc l ng đ ng trên m t đ    phía trọ ộ ế ở ước bia (Hình 1.14). 

C  c u t o màng b ng phơ ấ ạ ằ ương pháp PED do đó r t gi ng v i k  thu t l ngấ ố ớ ỹ ậ ắ  

đ ng b ng xung laze (PLD). ọ ằ

Thông thường, m t sộ ố v t li u đậ ệ ượ ạc t o b i PED có xu t hi n các h t cóở ấ ệ ạ  

đường kính c  10 ~ 100  nm   b  m t c a màng m ng. Khi t i  u hóa  các thôngỡ ở ề ặ ủ ỏ ố ư  

s  c a chùm xung đi n t , ta có th  làm gi m đáng k  m t đ  và kích thố ủ ệ ử ể ả ể ậ ộ ướ ủ  c c acác h t trên b  m t c a màng. Đi u này có th  đạ ề ặ ủ ề ể ược gi i thích b i m t đ c tínhả ở ộ ặ  

c a chùm xung đi n t  v i phân b  năng lủ ệ ử ớ ố ượng l n, v i ph n l n là các đi n tớ ớ ầ ớ ệ ử năng lượng cao trong kho ng th i gian đ u và v i s  gia tăng c a các đi n tả ờ ầ ớ ự ủ ệ ử năng lượng th p h n sau đó. Vi c nghiên c u qu ng plasma đấ ơ ệ ứ ầ ượ ạc t o ra b iở  chùm xung electron v i bia b ng k  thu t ch p hình nhanh và quang ph  phát x ớ ằ ỹ ậ ụ ổ ạ  cho th y r ng đ ng năng c a các h t phát ra t  bia là kho ng 10­50 eV, do đóấ ằ ộ ủ ạ ừ ả  

tăng cường chuy n đ ng c a nguyên t  khi đ n b  m t đ  Đi m  u vi t c aể ộ ủ ử ế ề ặ ế ể ư ệ ủ  

phương pháp PED là kh  năng bóc đả ược nhi u lo i ch t li u bia, đ c bi t làề ạ ấ ệ ặ ệ  

nh ng bán d n có đ  r ng vùng c m l n mà r t khó th c hi n b ng phữ ẫ ộ ộ ấ ớ ấ ự ệ ằ ươ  ngpháp PLD vì chúng b  h p th  ít h n ánh sáng laser. Vì v y PED có th  thay thị ấ ụ ơ ậ ể ế PLD đ  t o màng m ng cho nh ng ch t có vùng c m l n.ể ạ ỏ ữ ấ ấ ớ

         Trong phương pháp PED, bu ng chân không đồ ược th i khí tr  Ar ho c Oổ ơ ặ 2 

t i áp su t trong kho ng 10ạ ấ ả ­3 ~ 10­4 torr. Chùm electron t  súng b n ra, đừ ắ ược d nẫ  qua m t  ng đi n môi t i bia ZnO v i góc t i 45ộ ố ệ ớ ớ ớ O. Chùm đi n t  đ p vào biaệ ử ậ  ZnO và bóc l p b  m t c a bia ZnO, làm b n ra các h t v t ch t ZnO c a biaớ ề ặ ủ ắ ạ ậ ấ ủ  

t o thành qu ng plasma. Các h t bay t i đ , k t tinh   đó t o nên màng. Đạ ầ ạ ớ ế ế ở ạ ế 

được đ t nóng b ng s i đ t ho c đèn h ng ngo i. Trong quá trình b n đi n t ,ố ằ ợ ố ặ ồ ạ ắ ệ ử  

đ  và bia đế ược quay liên t c đ  có th  t o màng v i đ  dày đ ng đ u. Ch tụ ể ể ạ ớ ộ ồ ề ấ  

lượng c a màng ZnO t o b ng phủ ạ ằ ương pháp PED tương đ i t t v  đ  đ ngố ố ề ộ ồ  

đ u.  ề

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP CH  T O M U VÀ NGHIÊN C UẾ Ạ Ẫ Ứ

Chương này chúng tôi trình bày phương pháp ch  t o bia g m ZnO vàế ạ ố  ZnO pha t p Alạ 2O3  n ng đ  1%   áp su t cao và nhi t đ  cao, quy trình côngồ ộ ở ấ ệ ộ  ngh  ch  t o màng ZnO và ZnO pha t p Al (ZnO:Al) b ng phệ ế ạ ạ ằ ương pháp l ngắ  

đ ng chùm xung đi n t  PED và các phọ ệ ử ương pháp th c nghi m nghiên c u tínhự ệ ứ  

ch t v t lý c a v t li u ch  t o đấ ậ ủ ậ ệ ế ạ ượ ử ục s  d ng trong lu n án. ậ

2.1  Ch  ết o m u nén b ng phạ ẫ ằ ương pháp g mố

V t li u ZnO (Mecrk, đ  s ch 99.9%) đậ ệ ộ ạ ược tr n đ u v i ôxít Alộ ề ớ 2O3 (Merck, 

đ  s ch 99.9%) v i t  l  ~ 1% mol trong c i mã não, sau đó tr n cùng keo h u cộ ạ ớ ỉ ệ ố ộ ữ ơ 

đ  t o k t dính. H n h p ôxít để ạ ế ỗ ợ ược mang đi ép hình thành d ng đĩa (đạ ường kính 2,9cm, đ  dày 5mm) thành các m u ZnO ch a Al (ZnO:Al). Sau đó, các m u sauộ ẫ ứ ẫ  khi ép được nung s  b    nhi t đ  500ơ ộ ở ệ ộ oC trong 4h cho keo cháy h t và m u khôế ẫ  

đ ng nh t. Đ i v i các m u ZnO không pha t p cũng đồ ấ ố ớ ẫ ạ ược ch  t o theo quyế ạ  trình tương t ự

đ  (ộ oC)

Áp su tấ  (psi)

Th i gianờ   (phút)

B ng 2.1:ả  Đi u ki n x  lý nhi t bia ZnO và ZnO:Al (~1%) ề ệ ử ệ

trong lò nung ép m u đ ng tĩnh trong môi trẫ ẳ ường khí Ar

Ti p theo, các bia đế ược chia thành b n nhóm khác nhau: trong đó ba nhómố  

được nung   ba ch  đ  nhi t đ  cao (>850ở ế ộ ệ ộ oC) và áp su t đ ng tĩnh cao (>20000ấ ẳ  

psi) trong môi trường khí tr  Ar; nhóm m u còn l i đơ ẫ ạ ược gi  đ  so sánh v iữ ể ớ  

nh ng m u đã đữ ẫ ược nung. B ng 2.1 trình bày chi ti t thông s  x  lý nhi t cácả ế ố ử ệ  

m u   các ch  đ ẫ ở ế ộ

2.2  Ch  t o màng ZnO b ng phế ạ ằ ương pháp PED

      Trong lu n văn này, các màng m ng ZnO đậ ỏ ượ ạc t o b ng phằ ương pháp PED và s  d ng bia t o màng là các m u nén ZnO và m u nén h n h p ZnOử ụ ạ ẫ ẫ ỗ ợ  pha  Al2O3  n ng đ  1% nh  đã đồ ộ ư ược mô t    ph n 2.1. Các đ  lamen (kíchả ở ầ ế  

thước 18 x 18 mm) ho c Si (10 x 20 mm) đặ ượ ử ục s  d ng đ  l ng đ ng các m uể ắ ọ ẫ  màng. Nhi t đ  đ  đệ ộ ế ược gi    nhi t đ  phòng 25ữ ở ệ ộ oC, 200oC, 400oC và 600oC để nghiên c u  nh hứ ả ưởng c a nhi t đ  đ  lên quá trình hình thành c u trúc tinh thủ ệ ộ ế ấ ể trên các màng m ng. Quá trình t o màng PED đỏ ạ ược th c hi n trong môi trự ệ ườ  ngkhí O2 có áp su t 8.0 mTorr đ  có th  bù tr  s  thi u h t ôxy trong quá trình t oấ ể ể ừ ự ế ụ ạ  màng. C  bia và đ  l ng đ ng màng đ u đả ế ắ ọ ề ược quay quanh tr c đ  b o đ m biaụ ể ả ả  mòn đ u và màng l ng đ ng có đ ng đ u đ  dày. Các xung đi n t  đề ắ ọ ồ ề ộ ệ ử ược kích phát   đi n áp 14 kV và t n s  xung 5 Hz. S  xung đi n t  đ  t o màng gi  cở ệ ầ ố ố ệ ử ể ạ ữ ố 

đ nh là 30000 xung. Các màng m ng ị ỏ

Hình 2.1:  H  PED – 120 (Neocera, M ) t i Trung tâm Khoa h c v t li u ệ ỹ ạ ọ ậ ệ

(Khoa V t lý, Đ i h c Khoa h c T  nhiên Hà n i).ậ ạ ọ ọ ự ộ

đượ ạc t o ra khi s  d ng các bia ZnO ép   áp su t cao và nhi t đ  cao tử ụ ở ấ ệ ộ ươ  ng

ng là M1a­ZnO­T

ứ đế, M2a­ZnO­Tđế và M3a­ZnO­Tđế. Các màng m ng đỏ ượ ạ  c t o

ra s  d ng  ử ụ các  bia  ZnO:Al  (~1%)  được  ký hi u  là M1b­ZnO:Alệ ­Tđế, M2b­ZnO:Al­Tđế và M3b­ZnO:Al­Tđế. Vi c ch  t o m u màng m ng ệ ế ạ ẫ ỏ ZnO và màng 

m ng ZnO:Al đỏ ượ th c hi n trên thi t b  PED P­120 c a hãng Neocera (M )c  ự ệ ế ị ủ ỹ  

t i ạ Khoa V t lý, Trậ ường Đ i h c Khoa h c T  nhiên, Đ i h c Qu c Gia Hàạ ọ ọ ự ạ ọ ố  

N iộ   

2.3  Các phương pháp nghiên c u tính ch t c a v t li u ứ ấ ủ ậ ệ

2.3.1  Phân tích c u trúc b ng ph  nhi u x  tia X.ấ ằ ổ ễ ạ

  Nghiên c u c u trúc tinh th  là m t phứ ấ ể ộ ương pháp c  b n nh t đ  nghiênơ ả ấ ể  

c u c u trúc vi mô c a v t ch t, và phứ ấ ủ ậ ấ ương pháp đượ ử ục s  d ng r ng rãi là nhi uộ ễ  

x  tia X [2].  u đi m c a phạ Ư ể ủ ương pháp này là xác đ nh đị ược các đ c tính c uặ ấ  trúc, thành ph n pha c a v t li u mà không phá hu  m u và cũng ch  c n m tầ ủ ậ ệ ỷ ẫ ỉ ầ ộ  

lượng nh  đ  phân tích. Phỏ ể ương pháp này d a trên hi n tự ệ ượng nhi u x  Braggễ ạ  khi chi u chùm tia X lên tinh th ế ể Tinh th  để ược c u t o b i các nguyên t  s pấ ạ ở ử ắ  

x p tu n hoàn, liên t c có th  xem là cách t  nhi u x  t  nhiên ba chi u, cóế ầ ụ ể ử ễ ạ ự ề  

kho ng cách gi a các  khe ả ữ

cùng b c v i bậ ớ ước sóng tia X. Khi chùm tia đ p vào nút m ng tinh th , m i nútậ ạ ể ỗ  

m ng tr  thành m t tâm tán x  Các tia X b  tán x  giao thoa v i nhau t o nên cácạ ở ộ ạ ị ạ ớ ạ  vân giao thoa có cường đ  thay đ i theo ộ ổ  Đi u ki n đ  có c c đ i giao thoaề ệ ể ự ạ  

được xác đ nh theo đ nh lu t ph n x  Bragg: ị ị ậ ả ạ

2dhkl.sin  = n        λ (2.1)Hình 2.2: S  đ  đ n gi n thi tơ ồ ơ ả ế  

b  nhi u x  tia X.ị ễ ạ

Hình 2.3:  nh h  đo nhi u x  tiaẢ ệ ễ ạ  

X D5005 (Siemens)