Cấu trúc ZnO

.Cấu trúc tinh thể của ZnO.

Hầu hết các hợp chất bán dẫn hai cấu tử II-VI kết tinh ở dạng lập phương zinc- blende (B3) hoặc sáu phương wurtzite (B4) với mỗi anion được bao quanh bởi 4 cation tại các đỉnh của tứ diện và ngược lại. Ở nhiệt độ phòng, wurtzite là dạng ổn định nhiệt động, trong khi đó dạng zinc-blende chỉ có được khi kết tinh trên đế có cấu trúc lập phương, và dạng rocksalt (NaCl-B1) chỉ tồn tại ở áp suất cao. ZnO wurtzite dạng sáu phương có cấu trúc xếp chặt như sau:

Trong cấu trúc wurtzite, các ion O2- và Zn2+ thay phiên xếp chồng lên nhau theo mạng lục giác xếp chặt, trong đó mỗi anion được bao quanh bởi 4 cation và ngược lại. Các ion Zn2+ chiếm phân nửa số vị trí tứ diện trong mạng này. Số phối trí 4 này đặc trưng cho liên kết cộng hoá trị sp3, tuy nhiên ZnO có bản chất liên kết chính là liên kết ion (62%) [17,19]. Hằng số mạng a = 3,246 A0 và tỷ lệ trục c/a=1,602. Các nút khuyết ôxy trong mạng là nguyên nhân làm cho ZnO mang tính bán dẫn loại n.

Độ dẫn điện của màng ZnO nhiều khi không đủ cao để đáp ứng trong một số thiết bị. Để tăng thêm tính dẫn điện của màng ZnO ta phải tìm cách pha tạp. Chất pha tạp thường là các nguyên tố nhóm III trong bảng hệ thống tuần hoàn như Al, Ga… Việc lựa chọn chất pha tạp phụ thuộc vào phương pháp tạo màng, điều kiện tạo màng và mục đích sử dụng. Khi pha tạp nhôm (Al) vào mạng ZnO, nồng độ hạt tải electron tăng lên và vật liệu dẫn điện tốt hơn.

Trong các thiết bị sử dụng vật liệu ZnO, cấu trúc tinh thể màng là một đặc tính quan trọng. Ví dụ, màng ZnO cần phải định hướng chủ yếu theo trục c vuông góc với bề mặt đế trong các bộ chuyển đổi sóng dọc (longitudinal bulk wave transducers) và bộ lọc sóng âm bề mặt (SAW filters). Sự định hướng tinh thể theo một phương mong muốn phụ thuộc vào điều kiện chế tạo và bản chất của vật liệu làm đế. Với những điều kiện chế tạo thích hợp, màng ZnO thường có định hướng theo trục c ngay cả khi màng được tráng phủ trên đế thuỷ tinh. Điều đó được lí giải vì sắp xếp theo phương này tạo cho màng có độ xít chặt cao nhất.Theo Ohyama, nhiệt độ sôi của dung môi ảnh hưởng lớn đến định hướng tinh thể màng. Dung môi có nhiệt độ sôi cao (2-methoxyethanol) cho phép sự hồi phục cấu trúc trước khi hình thành màng, do đó màng có thể định hướng tinh thể tốt chủ yếu theo trục c.