Nghiên cứu chế tạo màng mỏng nano CSS cu2sns3 sử dụng cho pin mặt trời đa lớp để phát triển năng lượng sạch

Với khả năng có thể pha tạp được với hầu hết các nguyên tố, hệ thiết bị chế tạo không đòi hỏi các máy móc đắt tiền hay các điều kiện công nghệ nghiêm ngặt rất phù hợp với điều kiện Việt

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN VĂN BÌNH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÀNG MỎNG NANO CSS SỬ DỤNG CHO PIN MẶT TRỜI ĐA LỚP

ĐỂ PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG SẠCH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Trang 2

Luận văn Thạc sĩ khoa học

Lời cảm ơn

Tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Tuyết Nga, người đã dành nhiều thời gian quý báu của mình để hướng dẫn, giúp đỡ tác giả thực hiện luận văn này

Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS.TS Võ Thạch Sơn đã tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành phần thực nghiệm trong luận văn này

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô trong Viện Vật lý – kỹ thuật, Trường đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn

Trân trọng cảm ơn các anh, chị và các bạn trong phòng Thí nghiệm Phân tích và đo lường vật lý, Viện Vật lý – kỹ thuật đã giũp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn là nguồn

động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Hà Nội, tháng 11 năm 2010

Trang 3

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

MỞ ĐẦU 8

PHẦN I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10

I.1 Vật liệu CSS 10

I.1.1 Thành phần, cấu trúc của CSS 10

I.1.2 Tính chất quang của vật liệu CSS 11

I.1.3 Tính chất điện của vật liệu CSS 13

I.2.Các phương pháp chế tạo màng mỏng 13

I.2.1 Phương pháp sol-gel 14

I.2.2 Phương pháp bay hơi nhiệt 14

I.2.3 Phương pháp phún xạ 16

I.2.4 Phương pháp phun nhiệt phân 17

I.3 Các phương pháp khảo sát tính chất của màng mỏng 20

I.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 20

I.3.2 Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDAX) 22

I.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét 24

I.3.4 Phương pháp đo phổ truyền qua 26

I.3.5 Phương pháp phổ trở kháng phức 27

I.3.6 Phương pháp Van der Pauw 31

PHẦN II QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÀNG Cu2SnS3 35

II.1 Tiền chất 35

II.2 Hỗn hợp dung dịch phun 37

II.3 Đế 38

II.4 Quy trình công nghệ 39 PHẦN III KHẢO SÁT MỘT SỐ THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH CHẤT

Trang 4

III.1 Tỉ lệ thành phần nguyên tố Cu 40

III.2 Sự thay đổi của chiều dày 45

III.3 Chế độ phun 48

PHẦN IV KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG Cu2SnS3 53

IV.1 Cấu trúc, thành phần pha 53

IV.2 Hình thái học bề mặt, chiều dày 55

IV.3 Tính chất điện của màng Cu2SnS3 57

IV.4 Tính chất quang của màng Cu2SnS3 60

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

Trang 5

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT

CIS : Complex Impendance Spectroscopy - Phổ trở kháng phức

SEM : Scanning Electron Microscopy - Hiển vi điện tử quét

XRD : X-Ray Diffraction - Nhiễu xạ tia X

UV-VIS : Ultraviolet-Visible Spectroscopy - Phổ tử ngoại khả kiến

EDAX : Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy - Phổ tán sắc năng lượng tia X

Trang 6

2 Bảng II.2 Thời gian xuất hiện kết tủa của dung dịch phun màng P 37

3 Bảng III.1 Thành phần % nguyên tử của các nguyên tố trong

màng CSS khi thay đổi tỉ lệ Cu 42

4 Bảng III.2 Độ dẫn của các màng ở các tỉ lệ Cu khác nhau 43

5 Bảng III.3 Độ dẫn của các màng CSS với số lớp phun khác nhau 48

6 Bảng III.4 Thành phần % nguyên tử của các nguyên tố trong

màng Cu 2 SnS 3 với chế độ phun liên tục và chế độ phun nhiều lần 51

7 Bảng III.5 Độ dẫn điện của màng ở chế độ phun liên tục và chế

8 Bảng IV.1 Thành phần % nguyên tử các nguyên tố trong màng

Cu 2 SnS 3

55

9 Bảng IV.2 Một số đại lượng đặc trưng của màng Cu 2 SnS 3 thu

10 Bảng IV.3 Giá trị của các thông số thu được từ quá trình mô

Trang 7

3 Hình I.3 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp bay hơi nhiệt 15

4 Hình I.4 Sơ đồ nguyên lý của quá trình phún xạ và nguyên lý

5 Hình I.5 Sơ đồ nguyên lý hệ phun nhiệt phân 17

7 Hình I.7 Sơ đồ phương pháp nhiễu xạ tia X 22

9 Hình I.9 Các tín hiệu điện tử và sóng điện từ phát xạ từ mẫu do

10 Hình I.10 Sơ đồ kính hiển vi điện tử quét (SEM) (a) và đường

đi của tia điện tử trong SEM (b) 25

11 Hình I.11 Sơ đồ một hệ đo phổ truyền qua 27

12 Hình I.12 Vecter Fresnel trong mặt phẳng phức 28

13 Hình I.13 Mạch điện tương đương của chất điện môi là phổ

14 Hình I.14 Giải thích hiệu ứng Hall trong vật liệu bán dẫn 32

15 Hình I.15 Đo hiệu điện thế Hall tại hai điểm tiếp xúc 2 và 4 33

16 Hình II.1 Sơ đồ khối quy trình công nghệ tạo màng CSS 35

17 Hình II.2 Sơ đồ quy trình tạo hỗn hợp dung dịch phun 38

18 Hình II.3 Sơ đồ quy trình công nghệ chế tạo màng mỏng 39

Trang 8

19 Hình III.1 Phổ XRD của các màng hình thành với tỉ lệ Cu khác

23 Hình III.5 Phổ hấp thụ của màng ở số lớp phun khác nhau 46

24 Hình III.6 Phổ trở kháng phức của màng với số lớp phun khác

30 Hình IV.3 Hình thái học bề mặt của màng Cu 2 SnS 3 56

33 Hình IV.6 Sơ đồ mạch điện tương đương (a) Đường cong thực

nghiệm và mô phỏng của hệ vật liệu (b) 59

34 Hình IV.7 Phổ hấp thụ của màng Cu 2 SnS 3 60

35 Hình IV.8 Phổ truyền qua của màng mỏng Cu 2 SnS 3 61

36 Hình IV.9 Sự phụ thuộc ( h )α ν vào (h )2 ν của màng Cu 2 SnS 3 61

Trang 9

MỞ ĐẦU

Thế giới nói chung và mỗi quốc gia nói riêng đang đứng trước nguy cơ thiếu năng lượng trong một tương lai không xa Nguồn năng lượng chủ yếu của thế giới hiện nay vẫn là năng lượng hoá thạch và nguồn năng lượng này sẽ sớm cạn kiệt và không thể tái tạo Bên cạnh đó nguồn năng lượng hoá thạch này khi sử dụng còn ảnh hưởng rất lớn đến môi trường và biến đổi khí hậu Do đó thế giới đang hướng tới những nguồn năng lượng xanh thay thế thân thiện với môi trường và có thể tái tạo Các nguồn năng lượng xanh đang được chú ý là năng lượng gió, năng lượng thuỷ triều, năng lượng mặt trời… Trong các nguồn năng lượng này thì năng lượng mặt trời được chú ý nhiều hơn cả vì mặt trời bức xạ một năng lượng rất lớn xuống trái đất Tuy nhiên cho đến nay năng lượng mặt trời vẫn chưa được sử dụng rộng rãi trên thế giới bởi lẽ pin mặt trời chủ yếu dựa trên nền Si với công nghệ đắt tiền, điều

đó làm cho giá thành của pin mặt trời vẫn còn quá cao so với các nguồn năng lượng khác Do đó để hạ được giá thành của pin mặt trời thì việc giảm chi phí đầu tư cho công nghệ sản xuất là điều rất quan trọng Với những đặc tính ưu việt như công nghệ chế tạo không đòi hỏi những thiết bị quá phức tạp, điều kiện công nghệ không quá khắt khe (như với pin mặt trời trên nền vật liệu Silic), có thể sản xuất trên quy

mô công nghiệp, giá thành sản phẩm thấp và hiệu suất có thể đạt được đến 19.3 %

[ ]1 pin mặt trời màng mỏng đang trở thành một nguồn năng lượng sạch có tiềm năng ứng dụng cao trong thực tế

Đối với pin mặt trời màng mỏng nói riêng và pin mặt trời nói chung phần tử hấp thụ và chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng điện là phần tử rất quan trọng Trong các pin mặt trời màng mỏng hiện nay một số loại vật liệu thường

sử dụng làm lớp hấp thụ như CIS (CuInS2, CuInSe2), CdTe, CIGS (Cu(In,Ga)Se),…

[ ]7,8 Tuy nhiên các hợp chất này chứa các nguyên tố hiếm và đắt tiền như In hoặc các nguyên tố độc hại như Cd, Se Bởi vậy, việc nghiên cứu chế tạo một loại vật liệu mới ưu việt hơn thay thế các vật liệu này là vấn đề rất được quan tâm Với

Trang 10

những đặc điểm về tính chất rất phù hợp và trong thành phần chứa các nguyên tố không độc, màng mỏng CSS (Cu2SnS3) được coi là vật liệu tiềm năng cho lớp hấp thụ trong pin mặt trời màng mỏng Nghiên cứu chế tạo màng mỏng CSS chính là nội dung nghiên cứu của luận văn thạc sĩ này

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp khác nhau để chế tạo màng mỏng như: phương pháp sol-gel, bay hơi nhiệt, điện hóa, phún xạ,…và đặc biệt là phương pháp phun nhiệt phân Với khả năng có thể pha tạp được với hầu hết các nguyên tố, hệ thiết bị chế tạo không đòi hỏi các máy móc đắt tiền hay các điều kiện công nghệ nghiêm ngặt rất phù hợp với điều kiện Việt Nam, thêm vào đó phương pháp này có thể tạo lớp màng mỏng với chất lượng tốt, giá thành thấp trên bề mặt có diện tích lớn

mà không đòi hỏi chân không cao do đó có thể ứng dụng trong sản xuất ở quy mô công nghiệp Vì vậy phương pháp này được chúng tôi chọn sử dụng để chế tạo màng mỏng CSS, ứng dụng làm lớp hấp thụ cho pin Mặt Trời đa lớp

Bố cục luận văn gồm có bốn phần:

Phần I: Tổng quan tài liệu

Phần II: Quy trình công nghệ chế tạo màng Cu2SnS3

Phần III: Khảo sát một số thông số ảnh hưởng đến tính chất của màng Cu2SnS3

Phần IV: Khảo sát một số tính chất của màng Cu2SnS3

Trang 11

PHẦN I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

I.1 Vật liệu CSS (Cu 2 SnS 3 )

I.1.1 Thành phần, cấu trúc của CSS (Cu 2 SnS 3 )

Hệ vật liệu CSS (Cu – Sn – S) gồm các nguyên tố thuộc nhóm I – IV – VI thu hút được nhiều sự quan tâm bởi những tính chất đặc biệt và khả năng ứng dụng cao như một vật liệu bán dẫn độ rộng vùng cấm nhỏ, có thể sử dụng trong quang học phi tuyến và đặc biệt là pin mặt trời Vật liệu CSS là một trong những hệ bán dẫn không độc hại đã được nghiên cứu để ứng dụng trong pin mặt trời, tồn tại dưới nhiều dạng pha khác nhau như: Cu2SnS3, Cu4SnS4, Cu4SnS6,… Thành phần của vật liệu bao gồm các nguyên tố Cu, Sn và S là những nguyên tố mà hợp chất của chúng rất phổ biến trên lớp vỏ Trái Đất và giá thành của các hợp chất của những nguyên tố này rẻ hơn nhiều so với những hợp chất của các vật liệu bán dẫn khác và đặc biệt chúng không độc hại, rất thân thiện với con người và môi trường

Theo những công trình đã được công bố, Cu SnS2 3 có thể có 3 dạng cấu trúc:

ba nghiêng (triclinic), một nghiêng (monoclinic), lập phương (cubic) Nghiên cứu của Qing Li và các đồng sự công bố Cu SnS2 3 dạng bột được hình thành bằng phương pháp thuỷ nhiệt ở nhiệt độ 1700C trong 20 giờ giữa CuCl H O2 2 , Sn và S có cấu trúc ba nghiêng (triclinic), với các hằng số mạng a 6,64= A , b 11,510 = A , 0

c 19,93= A0 [ ]9 Tuy nhiên, bằng phản ứng giữa Cu S và 2 SnS trong ống thạch 2anh ở nhiệt độ 1123 K, áp suất 10-3 Torr trong 2 ngày, sau đó nhiệt độ được giảm xuống 873 Kvới tốc độ 50 /giờ và được ủ ở nhiệt độ đó trong 2 tuần và cuối cùng được làm nguội trong nước lạnh thì Cu SnS2 3dạng bột có cấu trúc một nghiêng (monoclinic), với các hằng số mạng a 9.254= A , b 8,6190 = A , c 18,1350 = A0 [ ]10 Theo các công bố của M Bouaziz, và các đồng sự, màng mỏng Cu2SnS3 lắng đọng

Trang 12

bằng phương pháp phun phủ nhiệt phân có cấu trúc lập phương (cubic) với hằng số mạng a = 5,43A và kích thước hạt tinh thể từ 35 450 ÷ nm [ ]11

I.1.2 Tính chất quang của vật liệu CSS (Cu 2 SnS 3 )

Màng mỏng Cu2SnS3 được chế tạo với mục đích làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời, do đó tính chất quang là một yếu tố rất quan trọng quyết định đến khả năng ứng dụng của màng, cũng như chất lượng của pin mặt trời

Một màng mỏng có tính chất quang phù hợp để làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời là màng có có độ rộng khe năng lượng (Eg = 1,2 ÷ 2,4 eV) tương ứng với vùng bước sóng 500 ÷ 1000 nm, vùng mặt trời có cường độ bức xạ lớn nhất (600 ÷ 1000

Wm-2 ) (hình I.1)

Hình I 1 Phổ năng lượng mặt trời

Theo những nghiên cứu đã được công bố, màng mỏng Cu2SnS3 có khe năng lượng Eg =1,15eV khi được lắng đọng liên tiếp SnS2 và Cu2S trên đế thuỷ tinh bằng phương pháp phun nhiệt phân, sau đó được ủ trong 2h ở nhiệt độ 5500C [ ]11

Trang 13

Màng Cu2SnS3 lại có Eg = 1,75 eV (hình I.2) khi SnS2 cũng được lắng đọng lên đế thuỷ tinh bằng phương pháp phun nhiệt, sau đó Cu được bốc bay lên đế trong chân không và mẫu được ủ trong lưu huỳnh và ủ nhiệt ở 5500C trong 2h [ ]12 Khi được lắng đọng bằng phương pháp bốc hơi nhiệt, màng Cu2SnS3 có Eg = 1,65 ÷ 1,77 eV

[ ]17 Như vậy, màng Cu2SnS3 có khe năng lượng (Eg = 1,15 ÷ 1,77 eV) tương ứng với vùng bước sóng 700 ÷ 1000 nm, nằm trong vùng cường độ bức xạ lớn nhất của mặt trời (hình I.1), phù hợp để làm lớp hấp thụ năng lượng mặt trời Do đó, nó trở thành vật liệu phù hợp sử dụng làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời màng mỏng

Hình I.2 Phổ hấp thụ của màng CSS

Một tính chất rất quan trọng với những vật liệu khi được sử dụng làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời là vật liệu phải có hệ số hấp thụ quang α ≥ 10 cm 4 − 1 [19, 20] Theo những nghiên cứu đã công bố, vật liệu Cu SnS có hệ số hấp thụ quang tương

Trang 14

đối cao α ≈10 cm4 −1 [11,12], phù hợp với những công bố về vật liệu thích hợp làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời (có hệ số hấp thụ α ≥10 cm4 −1) Vật liệu Cu2SnS3 rất phù hợp để làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời

Vậy, màng mỏng Cu2SnS3 có độ rộng khe năng lượng Eg = 1,15 ÷ 1,77eV, hệ

số hấp thụ quang α ≈10 cm4 − 1 phù hợp với những vật liệu làm lớp hấp thụ cho pin mặt trời Màng mỏng Cu2SnS3 một loại màng mỏng tiềm năng trong việc sử dụng

làm lớp hấp thụ trong pin năng lượng mặt trời

I.1.3 Tính chất điện của vật liệu CSS (Cu 2 SnS 3 )

Các nghiên cứu đã được công bố, vật liệu Cu2SnS3 là vật liệu bán dẫn loại p,

có cấu trúc vùng cấm thẳng [16,17,19 Vật liệu Cu] 2SnS3 có độ dẫn điện

Đặc trưng quang điện của màng Cu2SnS3 được Titilayo A KuKu nghiên cứu thông qua khảo sát các đặc trưng quang một phần tử kiểu Schottky có cấu trúc In –

Cu2SnS3 [ ]17 Các tác giả này đã công bố, với vùng chỉnh lưu điển hình có diện tích khoảng 0,22cm2, thì phần tử này có thế hở mạch là 0,17 V và dòng ngắn mạch

là 0,3 mA Tuy nhiên, hiệu suất lại rất thấp chỉ đạt 0,11% Các tác giả cho rằng nguyên nhân là do sự tiếp xúc kém ở các điểm nối và hiệu suất sẽ tăng lên khi giải quyết được vấn đề này

Như vậy, Cu2SnS3 với những tính chất điện và tính chất quang phù hợp với tính chất quang điện của một lớp hấp thụ nên nó trở thành một vật liệu có tiềm năng ứng dụng cao trong pin mặt trời màng mỏng

Trang 15

I.2.Các phương pháp chế tạo màng mỏng

Để chế tạo vật liệu dạng màng mỏng có nhiều phương pháp khác nhau và được chia thành hai nhóm chính: các phương pháp vật lý và các phương pháp hoá học Nhóm các phương pháp vật lý bao gồm: Phương pháp bay hơi nhiệt, phương pháp phún xạ (phún xạ chùm điện tử, phún xạ chùm ion),… Nhóm các phương pháp hoá học bao gồm: Phương pháp lắng đọng pha hơi, phương pháp điện hoá, phương pháp sol-gel, phương pháp phun nhiệt phân,… Phần này sẽ giới thiệu một

số phương pháp thông dụng chế tạo màng mỏng

I.2.1 Phương pháp sol-gel

Phương pháp sol-gel đã được nghiên cứu, phát triển và sử dụng trong vài chục năm gần đây Đây là một phương pháp hóa học được sử dụng rộng rãi để chế tạo các loại vật liệu ở cả dạng bột, khối, màng với các cấu trúc khác nhau như hạt nano, sợi nano, nano wire, nano rode,…được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như quang học, vật liệu bảo vệ, cửa sổ cách điện, lớp phủ điện tử, vật liệu siêu dẫn nhiệt

độ cao, và các chất xúc tác,…

Nguyên lý của phương pháp sol-gel là dựa vào quá trình thủy phân và ngưng

tụ của các tiền chất trong các dung môi phù hợp Quá trình thủy phân là phản ứng của các chất ban đầu với dung môi tạo thành dung dịch keo (sol) Quá trình ngưng

tụ là quá trình từ dung dịch keo (sol) được xử lý hoặc để một thời gian cho già hoá thành dạng rắn hoặc bán rắn (gel) Phương pháp sol-gel có thể đi từ thủy phân các muối, thủy phân các phức chất hoặc đi từ thủy phân các alkoxide kim loại

Màng mỏng có thể được chế tạo từ phương pháp sol-gel kết hợp với một số các phương pháp khác như: nhúng phủ, quay phủ…

Ưu điểm của phương pháp là dễ chế tạo, có thể tổng hợp được rất nhiều các loại hợp chất phức tạp khác nhau với chất lượng tốt giá thành thấp Tuy nhiên do khả năng thủy phân của các hợp chất của các nguyên tố khác là khác nhau nên cần phải có các biện pháp để khắc phục hiện tượng này

Trang 16

Sơ đồ nguyên lý của hệ bay hơi nhiệt mô tả như hình I.3

Phương pháp bay hơi nhiệt dựa trên nguyên tắc làm nóng chảy hoặc thăng hoa các nguyên tử chất rắn và lắng đọng các nguyên tử hóa hơi trên bề mặt đế rắn

Bộ phận chính của các thiết bị bay hơi nhiệt là một chuông chân không được hút chân không cao (cỡ 10-5 ÷ 10-6 Torr) nhờ các bơm chân không Trong hệ bay hơi nhiệt, vật liệu sử dụng làm nguồn nhiệt thường có điện trở suất lớn và chịu được nhiệt độ cao trên 1000oC như vonfram (W), môlipđen (Mo), Tantan (Ta) đồng thời

có chức năng làm dụng cụ chứa vật liệu bay hơi Để tránh phản ứng giữa vật liệu bay hơi với các vật liệu sử dụng làm nguồn nhiệt người ta thường phủ Al2O3,

B2O3 lên bề mặt vật liệu làm nguồn nhiệt Nguồn nhiệt chính là nơi để chứa các vật liệu bay hơi và thường có dạng giỏ, thuyền, sợi

Hình I.3 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp bay hơi nhiệt

Trang 17

Ưu điểm phương pháp bay hơi nhiệt là có thể đạt tốc độ lắng đọng cao, có thể lắng đọng lên đế có nhiều hình dạng: phẳng, cong, tròn…Vật liệu nguồn có thể

ở nhiều dạng: thanh, bột, dây…và phương pháp này rẻ hơn nhiều so với các phương pháp tạo màng khác Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp bay hơi nhiệt là lắng đọng hợp kim và hợp chất kém, phát xạ nhiệt cao trong suốt quá trình lắng đọng và tổn hao vật liệu bốc bay lớn

Phún xạ là hiện tượng bứt nguyên tử, phân tử ra khỏi vật liệu nguồn dưới sự

bắn phá của các ion Hình I.4 là sơ đồ nguyên lý của quá trình phún xạ và sơ đồ

nguyên lý một hệ phún xạ

Hình I.4 Sơ đồ nguyên lý của quá trình phún xạ và nguyên lý một hệ phún xạ

Khi có điện trường cường độ lớn tạo ra giữa hai điện cực cùng với áp suất thích hợp thì trong khoảng không gian giữa hai điện cực xuất hiện Plasma hay còn gọi là hiện tượng phóng điện trong khí kém Các ion dương tạo ra trong quá trình phóng điện sẽ được gia tốc bởi điện trường và bắn phá vào điện cực âm Nếu năng lượng của các ion đủ lớn và động năng nó truyền cho các nguyên tử vật liệu âm cực lớn hơn một giới hạn hay còn gọi là công thoát (đặc trưng cho mỗi vật liệu) thì sẽ có nguyên tử hay phân tử vật liệu thoát ra khỏi bề mặt âm cực Quá trình này được gọi

là hiện tượng phún xạ (Sputterring) Dựa trên cơ sở của hiện tượng này người ta có

Trang 18

thể chế tạo màng mỏng bằng cách thay thế âm cực bằng vật liệu tạo màng và màng mỏng được hình thành trên đế gần Anode hoặc trên Anode

Ưu điểm của phương pháp là việc thực hiện không quá khó, độ bám dính của màng trên đế rất cao do các nguyên tử đến lắng đọng trên màng có động năng khá cao nên màng tạo ra có độ mấp mô bề mặt thấp, có độ dày chính xác hơn nhiều so với phương pháp bay hơi nhiệt trong chân không Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp là do các chất có hiệu suất phún xạ khác nhau nên việc khống chế

thành phần với bia tổ hợp trở nên phức tạp

Phun phủ nhiệt phân được Chamberlin và Skarman sử dụng đầu tiên vào năm

1966 để chế tạo màng CdS cho pin mặt trời Đó là phương pháp không đòi hỏi kỹ

thuật phức tạp, dễ thực hiện

Hình I.5 giới thiệu sơ đồ một hệ phun nhiệt phân được sử dụng trong công trình này để chế tạo màng mỏng CSS Hỗn hợp dung dịch phun màng được đẩy từ bình chứa qua đầu phun dạng sương mù tới bề mặt đế dưới tác dụng của áp lực khí

Đế được gia nhiệt ở nhiệt độ thích hợp và tại đây dưới tác dụng của nhiệt độ các chất sẽ phản ứng hình thành màng mỏng có thành phần mong muốn trên đế

Hình I.5 Sơ đồ nguyên lý hệ phun nhiệt phân

Trang 19

Cấu tạo của hệ phun nhiệt phân

Đầu phun: là bộ phận quan trọng nhất trong hệ phun nhiệt phân Kích thước đầu phun phải đủ nhỏ để đạt được yêu cầu đối với đầu phun là dung dịch khi được phun phải tạo được một không gian hình nón với các hạt dạng sương mù có kích thước rất nhỏ Để tránh nhiễm bẩn dung dịch phun và phá hủy đầu phun do phản ứng hóa học xảy ra giữa các hợp chất trong dung dịch phun và đầu phun, đầu phun cần được làm bằng vật liệu trơ về mặt hóa học Hệ phun nhiệt phân sử dụng trong công trình này chúng tôi sử dụng đầu phun thủy tinh với đường kính 0,5 mm

Van điều chỉnh lưu lượng khí: van điều chỉnh lưu lượng khí là bộ phận rất quan trọng để điều chỉnh tốc độ khí ra và làm thay đổi tốc độ phun Khí được sử dụng trong phương pháp cũng phải đạt được những yêu cầu nhất định Trước hết, khí phải là khí trơ về mặt hoá học với các chất tạo màng Mặt khác, khí phải có độ sạch cao để có thể tạo ra màng có chất lượng cao Một số loại khí đáp ứng được khả năng này là: Ar, N2 Khi xét đến tính kinh tế và khả năng ứng dụng trong sản xuất hàng loạt ở qui mô công nghiệp ta chọn khí N2 Khí có độ sạch khá cao (99%)

và giá thành tương đối rẻ, phổ biến trên thị trường Các bộ phận điều chỉnh tốc độ dòng khí và các đồng hồ chỉ thị áp suất của khí được lắp đặt trên bình khí rất tiện lợi cho việc sử dụng

Bộ phận gia nhiệt: một bộ phận quan trọng khác của một hệ phun nhiệt phân là bộ phận gia nhiệt cho đế Do quá trình lắng đọng màng mỏng thường thực hiện ở nhiệt độ cao nên bề mặt đế chính là nơi có nhiệt độ phù hợp để phản ứng của các chất trong dung dịch pha ban đầu xảy ra Đồng thời nhiệt độ bề mặt đế làm bay hơi dung môi trong dung dịch phun Nhiệt độ đế dược giữ ổn định nhờ thiết bị điều khiển nhiệt độ Temperature Controller

Bộ gá mẫu: mẫu được giữ áp sát trên mặt lò nung phương pháp hút chân không Phương pháp này bảo đảm giá trị và độ đồng đều của nhiệt độ trên mẫu do mẫu tiếp xúc tốt với lò nung

Trang 20

Bình chứa dung dịch phun: bình chứa là nơi tiếp xúc trực tiếp với dung dịch phun màng Bởi vậy để đảm bảo độ sạch của dung dịch phun màng cũng như không làm hư hại bình phun người ta thường chọn vật liệu không bị oxi hóa làm bình phun như inox, thủy tinh Bình chứa trong công trình này được làm bằng thủy tinh

Một số ưu điểm của phương pháp:

- Đây là phương pháp cho phép dễ dàng pha tạp mọi nguyên tố với tỉ lệ mong muốn bằng cách pha thêm chất cần pha tạp (oxit hay muối của các chất đó) vào dung dịch phun

- Không giống như các phương pháp công nghệ lắng đọng màng mỏng khác, phun phủ nhiệt phân không đòi hỏi các điều kiện công nghệ quá khắt khe (độ chân không, vật liệu đế,…) Đây chính là ưu điểm tuyệt vời để phương pháp phun phủ nhiệt phân được ứng dụng trong sản xuất hàng loạt ở quy mô công nghiệp

- Tốc độ lắng đọng và chiều dày của màng có thể dễ dàng điều khiển bằng cách thay đổi các thông số của quá trình lắng đọng

- Quá trình lắng đọng được thực hiện ở khoảng nhiệt độ trung bình từ 200 ÷

600oC Kỹ thuật phun phủ nhiệt phân cho phép lắng đọng các màng mỏng mà không yêu cầu quá nghiêm ngặt về nguyên liệu ban đầu (tinh khiết hoặc pha tạp, muối hữu

cơ hoặc vô cơ,…)

- Không giống như các phương pháp phún xạ từ trường bằng sóng điện từ (Radio Frequency Magnetron Sputtering - RFMS), phun phủ nhiệt phân không gây

ra hiện tượng nung nóng cục bộ, điều mà có thể gây ra các ảnh hưởng xấu đối với màng mỏng lắng đọng Hơn thế nữa, phương pháp này không bị hạn chế về vật liệu làm đế, định hướng cấu trúc của đế hay đặc trưng bề mặt của đế

- Bằng cách thay đổi thành phần của dung dịch phun phủ trong quá trình lắng đọng, kỹ thuật này có thể được sử dụng để chế tạo màng có cấu trúc đa lớp

- Phương pháp này có thể tạo được màng có độ đồng đều cao trên một diện tích rộng Do đó có thể ứng dụng vào sản xuất công nghiệp

Trang 21

- Thiết bị của hệ phun đơn giản và giá thành tương đối thấp nên dễ chế tạo, điều khiển và bảo dưỡng Giá thành sản phẩm thấp, phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam

Phương pháp phun phủ nhiệt phân đã được sử dụng đặc biệt hiệu quả trong việc chế tạo màng mỏng các oxit đơn, oxit hỗn hợp, các loại spinel của các kim loại, chalcogenides hai nguyên nhóm I-VI, II-VI, III-V, IV-VI, V-VI, VIII-VI, chalcogenides ba nguyên tố I-III-VI, II-II-VI, II-IV-VI, V-II-VI, hợp chất adamantine của đồng như Cu2ZnSnS4/Se4, Cu2CdSnS4 /Se4, CuGaZnSnS4 /Se4,

Cu2InSnS4/Se4, CuIn5S4/Se4…Gần đây phương pháp này còn được sử dụng chế tạo màng các oxit siêu dẫn

I.3 Các phương pháp khảo sát tính chất của vật liệu

Trong đồ án này, chúng tôi sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) để khảo sát thành phần pha, cấu trúc của vật liệu, phổ tán sắc năng lượng tia X (EDAX) để xác định thành phần các nguyên tố trong vật liệu, hiển vi điện tử quét (SEM) để khảo sát hình thái học bề mặt, phổ truyền qua UV-VIS để khảo sát tính chất quang, phương pháp Van Der Pauw và phổ trở kháng phức (CIS) khảo sát tính chất điện của vật liệu

Nhiễu xạ tia X (XRD) là phương pháp được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc, thành phần pha của vật liệu [3,5,6 ]

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp dựa trên cơ sở hiện tượng nhiễu xạ của tia X trên mạng tinh thể (hình I.6) với phương trình cơ bản Vulf-Bragg:

n λ = 2dsin θ (I.1) Trong đó: n - Bậc nhiễu xạ (số nguyên)

λ - Bước sóng của tia X

d - Khoảng cách giữa hai mặt tinh thể

θ - Góc nhiễu xạ

Trang 22

Hình I.6 Nhiễu xạ tia X trên tinh thể

Với mỗi nguồn tia X có λ xác định, khi thay đổi góc tới θ , mỗi vật liệu có một

bộ giá trị d đặc trưng riêng So sánh giá trị d với thư viện chuẩn sẽ xác định được cấu trúc mạng tinh thể của chất cần nghiên cứu

Thêm vào đó người ta có thể sử dụng phổ XRD để xác định kích thước của hạt tinh thể thông qua phương trình Scherrer :

θ

λ

cos

W K

Trên hình I.6 là sơ đồ phương pháp nhiễu xạ tia X, thiết bị đo phổ nhiễu xạ tia

X gồm có: ống phát tia X đứng yên, giá đặt mẫu quay với vận tốc góc (θ), detector

Trang 23

quay với vận tốc góc gấp đôi so với vận tốc quay của mẫu (2θ) Chùm tia X hội tụ được chiếu lên mẫu cần nghiên cứu, detector sẽ thu chùm nhiễu xạ phát ra từ mẫu,

từ đó vẽ lên phổ nhiễu xạ tia X

Hình I.7 Sơ đồ phương pháp nhiễu xạ tia X

Phương pháp EDAX là phương pháp được xây dựng dựa trên nguyên lý đếm các tia X đặc trưng phát ra từ mẫu Một sơ đồ khối cơ bản của một thiết bị EDAX được trình bày ở hình I.8

Hình I.8 Sơ đồ hệ thống EDAX

Trang 24

Các tia X được gia tốc với điện thế cỡ 15 keV (SEM), bắn vào mẫu và mẫu phát

ra các bức xạ hãm và các tia X đặc trưng Các tia X này qua của sổ Berilium đến các detector Hiện nay các detetector bán dẫn Si pha tạp Li được sử dụng phổ biến

và chúng được chế tạo sao cho vùng cấm nằm trong khoảng quan tâm và có độ dày vùng pha tạp đủ lớn (2- 3 mm) để có thể thu được toàn bộ tia X đặc trưng của vật liệu Toàn bộ hệ detector được đặt trong hệ Nitơ lỏng để tránh các nhiễu do nhiệt sinh ra Khi có một photon tia X đi vào phần chuyển tiếp p–n của diode bán dẫn nó tương tác quang điện sinh ra các cặp điện tử - lỗ trống Quan hệ giữa năng lượng tia

X (Ex) và số cặp điện tử - lỗ trống nhận được mô tả bằng công thức sau:

x n

E n E

Trong đó n là số cặp điện tử lỗ trống sinh ra, Ex là năng lượng của photon tia

X En là năng lượng để sinh một cặp điện tử lỗ trống ở bán dẫn Giá trị của En~ 3,8

eV với các detector bán dẫn Si pha tạp Li Các tín hiệu điện này được đưa từ detector đến các bộ tiền khuếch đại Các xung tín hiệu này tiếp tục được khuếch đại bằng bộ khuếch đại chính Sau đó tín hiệu được đưa vào bộ xử lý tín hiệu, phân tích

số liệu để cho hiển thị các píc chuẩn tỷ lệ với độ lớn năng lượng của tia X tới

Trang 25

đây α1 là vạch có cường độ tương đối mạnh nhất trong các vạch cùng loại Các vạch khác nhau của cùng một nguyên tố thì có một tỷ lệ cường độ nhất định

Việc xác định định tính một nguyên tố có mặt trong mẫu hay không sử dụng một vài vạch phổ đặc trưng của nguyên tố bằng cách so sánh với các dữ liệu chuẩn

có sẵn trong máy Thông thường hay sử dụng vạch Kα1, K α2, Kβ1 …

Ví dụ: Nguyên tố N có pic Kα1 chuẩn là 0,3924 keV

Về phân tích định lượng rõ ràng cường độ của một píc tia X đặc trưng thì mang thông số của số lượng nguyên tử của nguyên tố có trong mẫu đo Qua cường

độ của các vạch phổ ta có thể xác định một cách chính xác về phần trăm các nguyên

tử của các nguyên tố tồn tại trong mẫu đo

Khi bề mặt phân tích cần chia thành nhiều điểm ảnh, phép đo EDAX tiến hành phân tích thành phần nguyên tố trên từng điểm ảnh sẽ cho bản đồ phân bố nguyên tố trên bề mặt mẫu cần quan sát Dựa trên kết quả phân tích trên bản đồ phân bố nguyên tố ta có thể xác định độ đồng đều của mẫu cần phân tích

I.3.3 Phương pháp hiển vi điện tử quét

Phương pháp này cho phép nghiên cứu hình thái học bề mặt và thành phần của mẫu nghiên cứu thông qua hai loại ảnh là ảnh địa hình và ảnh thành phần Với độ phóng đại cao và tạo ảnh rõ nét cho phép xác định kích thước hạt và hình dạng bề mặt của mẫu nghiên cứu Cơ sở của phương pháp là thu tín hiệu phát ra từ bề mặt mẫu khi quét một chùm tia điện tử hẹp có bước sóng khoảng vài angstrom (Å) lên

bề mặt mẫu nghiên cứu và chuyển thành tín hiệu điện hiển thị trên màn hình Khi chùm điện tử đập vào bề mặt mẫu, chúng bị tán xạ đàn hồi hoặc không đàn hồi bởi các nguyên tử trong mẫu làm phát xạ các loại điện tử và sóng điện từ

Các tín hiệu điện tử tán xạ chủ yếu được sử dụng để tạo ảnh về hình thái học

bề mặt của mẫu nghiên cứu Tín hiệu tia X lại được sử dụng rất hiệu quả trong phân tích định tính và định lượng Bên cạnh đó, còn có hiện tượng huỳnh quang đối với một số chất có tính phát quang khi được chiếu bởi chùm điện tử, cũng được sử dụng trong phân tích chẳng hạn như phân tích nguyên tố

Trang 26

2 Huỳnh quang catot Hình I.9 Các tín hiệu điện tử và sóng

điện từ phát xạ từ mẫu do tán xạ đàn hồi

Trang 27

và xấp xỉ 3 nm với nguồn phát xạ trường khi yêu cầu cường độ lớn Mẫu nghiên cứu được quét bởi tia điện tử, từ bề mặt mẫu sẽ phát ra các tín hiệu phát xạ, các tín hiệu điện tử phát xạ này được thu nhận và khuếch đại để tạo thành tín hiệu video

Độ phân giải của ảnh không thể nhỏ hơn đường kính của chùm tia điện tử quét, để nhận được tia điện tử có đường kính nhỏ nhất tại bề mặt mẫu thì thấu kính hội tụ cuối cùng phải có quang sai thấp, điều này đạt được nếu khẩu độ thấu kính được điều chỉnh tới kích thước tối ưu (thông thường đường kính ~ 150 µm) Với độ phân giải cao cùng với độ sâu tiêu tụ lớn SEM rất thích hợp để nghiên cứu địa hình bề

mặt

Phương pháp phổ truyền qua được dùng để xác định hệ số truyền qua và phản xạ của mẫu Phương pháp sử dụng một nguồn sáng bước sóng thay đổi từ vùng tử ngoại đến vùng ánh sáng nhìn thấy (200 – 800 nm) Đo cường độ của ánh sáng trước khi đến và sau khi qua mẫu chúng ta có thể xác định được các hệ số truyền qua và phản xạ

Cơ sở vật lý của phương pháp dựa trên định luật Beer – Lambert

( 1 R ) 2 e d T

Trang 28

2

1 (1 R) ln

E - Năng lượng của vùng cấm

Do đó, bằng cách vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của ( h )α ν vào hν theo 2

biểu thức I.7 chúng ta có thể xác định được độ rộng của vùng cấm Eg [ ]4

Hình I.11 Sơ đồ một hệ đo phổ truyền qua

Phương pháp phổ trở kháng phức (CIS) là một công cụ mới rất hiệu quả trong việc nghiên cứu tính chất điện vật lý của vật liệu và các hệ phân biên Nó có thể được sử dụng để nghiên cứu động học của phân biên hay hành vi của các điện tích linh động trong khối hoặc vùng tiếp giáp của các loại vật liệu rắn hoặc lỏng Từ các

Trang 29

giá trị trở kháng được xác định bằng phương pháp CIS chúng ta có thể khảo sát sự

vận chuyển khối, tốc độ phản ứng hóa học, các tính chất điện môi, các sai hỏng vi

cấu trúc, ảnh hưởng của thành phần đến độ dẫn của vật liệu…

Bản chất của phương pháp phổ trở kháng phức dựa trên việc nhận dạng các đường

cong trở kháng khi biểu diễn chúng dưới dạng phức

Khi đặt một tín hiệu xoay chiều v(t)=V0 sin(ωt) với tần số góc

f = ω/2π lên hai cực của mẫu nghiên cứu sẽ xuất hiện đo dòng điện

i(t) = I0.sin(ωt + φ) Trong đó φ là góc lệch pha điện áp và dòng điện

(φ = 0 nếu mạch là thuần trở ) Trở kháng được xác định bằng biểu thức sau:

lượng này được biểu diễn thông qua biểu thức dưới đây:

/Z/ 2 = (ReZ)2 + (ImZ)2 (I.10)

φ = Arctag(ImZ/ReZ) (I.11) ReZ = /Z/cosφ (I.12) ImZ = /Z/ sinφ (I.13)

Hình I.12 Vecter Fresnel trong mặt phẳng phức

Trang 30

Nếu góc lệch pha φ giữa điện áp và dòng điện thay đổi thì đầu mút véc tơ Fresnel của trở kháng véc tơ /Z/ sẽ di chuyển trên mặt phẳng M (Hình I.12)

Nói chung, bất kỳ một chất điện môi nào cũng có thể được biểu diễn bằng một mạch điện tương đương (hình I.13a)

Hình I.13 Mạch điện tương đương của chất điện môi là phổ tương ứng

Trở kháng tổng cộng của mạch này được biểu diễn bằng phương trình sau: Z(ω)=[r+ R/(1+(ωt)2)]–i [Rωt /(1+(ωt)2)] = Z’ – iZ’’ (I.14)

Từ phương trình (I.9) có thể thiết lập mối quan hệ giữa các thành phần Z’’ và Z’ của trở kháng:

[(Z’ –r) –R/2]2 + (Z’’)2 = (R/2)2 (I.15) Đây là phương trình của bán cung với tâm tại (r+R/2) trên trục thực và bán kính bằng R/2 Bán cung này cắt trục thực tại r khi ω → ∞ (hình I.3.7b)

Biên độ cực đại của Z” = ImZ = R/2 dẫn đến ωoRC=1

Biết tần số đặc trưng ω0 tại đỉnh của bán cung cho phép tính toán được điện dung C:

C= 1/ω0R = 1/ 2ωfoR (I.16) Trong phương pháp phổ trở kháng phức, ngoài điện trở R và điện dung C người ta thường thêm vào mạch tương đương các thành phần trở kháng khác nữa để

mô tả hệ vật liệu chất điện phân rắn / điện cực kim loại, đó là hằng số pha hay còn gọi là phần tử giả điện dung

Trong hệ chất điện phân rắn / điện cực kim loại, các phản ứng điện cực theo cơ chế khuếch tán thường xảy ra ở vùng tần số thấp, chúng được mô tả bằng trở kháng của quá trình khuếch tán Zdiff, trở kháng này được xác định theo định luật Fick II:

Trang 31

2

t) c(x, )

, (

x

D t

t x c

Phần tử hằng số pha (CPE) là một thành phần hết sức quan trọng thường được

sử dụng trong quá trình mô phỏng các đặc trưng Z’’ =f(Z’) Đại lượng này được biểu diễn bằng công thức: ZCPE= k(jω)-α (I.18)

Trong đó k và α là các thông số phụ thuộc vào tần số, với α nằm trong khoảng 0 ≤ α ≤ 1 Khi α = 1 hằng số pha đóng vai trò như một tụ điện còn khi

α =0 thì nó đóng vai trò như một điện trở thuần Nếu α ≠ 0 và 1 thì hằng số pha thể hiện tính không đồng nhất của hệ vật liệu – điện cực

Đối với các chất điện phân rắn, phổ trở kháng phức ở vùng tần số cao liên quan đến sự dẫn khối của vật liệu Nếu vật liệu có cấu trúc hoàn hảo, phổ CIS vùng tần số cao là một nửa đường tròn

Trong công trình này, phổ trở kháng phức của các mẫu được khảo sát trên thiết

bị Impedance Analyzer HP4192A trong dải tần số từ 5Hz đến 13MHz Thiết bị này được ghép nối với máy tính để điều khiển và thu thập dữ liệu Chương trình này cho phép hiển thị tức thời các số liệu thực nghiệm dưới dạng đồ thị phổ trở kháng phức Z’’ = f(Z’) và ghi dữ liệu thành file để mô phỏng

Phương pháp mô phỏng

Các giá trị thu được khi đo bằng máy HP4192 sẽ được lưu dưới dạng file số liệu Đường thực nghiệm Z’’ = f(Z’) được mô phỏng bằng phần mềm Zview Đây là phần mềm chuyên dụng dùng để mô phỏng phổ trở kháng phức Chương trình gồm hai cửa sổ: một cửa sổ hiển thị các đường cong thực nghiệm và mô phỏng, một cửa

sổ hiển thị mạch tương đương và giá trị các phần tử của mạch Để mô phỏng, đường cong thực nghiệm được hiển thị trên cửa sổ thứ nhất của chương trình Mạch tương đương với hệ điện cực / mẫu nghiên cứu / điện cực được thiết kế trên cửa sổ thứ hai

Trang 32

Khi các thông số mạch thay đổi, Zview sẽ tự động tính toán và hiển thị đường mô phỏng đặc trưng cho mạch điện đó

Mục đích của việc mô phỏng là để tìm ra giá trị của các phần tử trong mạch tương đương mô tả hệ vật liệu Sau mỗi lần thay đổi giá trị của các phần tử đó, Chương trình Zview sẽ tính toán và hiển thị đồng thời đường mô phỏng và đường thực nghiệm trên cùng cửa sổ thứ nhất Khi đường mô phỏng trùng khít với đường thực nghiệm, các giá trị R và C tương ứng được ghi lại Như vậy, mỗi phổ CIS thực nghiệm sau khi mô phỏng sẽ cho giá trị các đại lượng đặc trưng cho tính chất điện của vật liệu, như điện trở, hằng số điện môi…của mẫu vật liệu ở một nhiệt độ xác định

Xác định độ dẫn điện của màng

Độ dẫn điện của màng được tính theo công thức:

cm) / 1 (

=

S

a R

Trong đó : σ - Độ dẫn điện của màng

R - Điện trở

a - Khoảng cách giữa hai điện cực của mẫu đo

S - Tiết diện ngang của màng

Như vậy, muốn tính được độ dẫn của vật liệu, trước hết phải xác định tiết diện ngang và điện trở của mẫu Điện trở của mẫu xác định bằng cách mô phỏng phổ trở kháng phức

Phương pháp Van der Pauw là phương pháp nghiên cứu hiệu ứng Hall trong

một chất bán dẫn có dòng điện một chiều I chạy qua dọc theo trục x, đồng thời được

đặt dưới một từ trường B→ vuông góc hướng theo trục z (hình I.14)

Trang 33

Hình I.14 Giải thích hiệu ứng Hall trong vật liệu bán dẫn

Trong chất bán dẫn có hai loại hạt tải là electron và lỗ trống, dưới tác dụng của điện trường ngoài chúng sẽ chuyển động ngược chiều nhau Đồng thời dưới tác dụng của từ trường B−>, các hạt tải này sẽ chịu tác dụng của lực Lorentz làm chúng chuyển dời và tích tụ tại các cạnh của bản, tạo ra một điện trường giữa hai cạnh của bản (hình I.14b) Điện trường này sinh ra một lực điện trường ngược chiều với lực Lorentz tác động lên hạt tải (hình I.14b) Lúc này các hạt tải sẽ chịu tác động của hai lực ngược chiều nhau: lực Lorentz và lực điện trường mới xuất hiện Một trạng thái cân bằng được xác lập khi hai lực có độ lớn bằng nhau lúc này hạt tải không bị

lệch nữa chỉ có dòng điện hướng theo trục x như ban đầu (hình I.14b) Khi đó sẽ

xuất hiện một hiệu điện thế xác định giữa hai mặt bên của bản gọi là hiệu điện thế Hall Hình I.14 mô tả các quá trình xảy ra của điện tử Đối với các lỗ trống quá trình tương tự

Hiệu điện thế Hall VH được xác định theo công thức sau:

(I.20)

Trong đó:

VH - Hiệu điện thế Hall

k - Hằng số Hall

Định dạng
Số trang	67
Dung lượng	1,34 MB