(Luận văn dài 60 trang)

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5

LỜI CẢM ƠN 7

GIỚI THIỆU 8

CHƯƠNG 1 -TỔNG QUAN 9

1.1.Những đặc trưng cơ bản ZnO 9

1.1.1 Cấu trúc tinh thể màng mỏng ZnO 9

1.1.2 Tính chất hóa lý của ZnO 10

1.1.3 Sự sai hỏng trong tinh thể ZnO:Al 11

1.1.3.1 Sự sai hỏng điểm trong cấu trúc 11

1.1.3.2 Sự sai hỏng điện tử ,sự tạo thành vật liệu bán dẫn 12

1.1.4 Tính chất dẫn điện của màng ZnO 14

1.1.4.1 Sự dẫn điện của màng mỏng 14

1.1.4.2 Ảnh hưởng của quá trình ủ nhiệt lên độ dẫn điện của màng ZnO:Al 14

1.1.5 Pha tạp trong ZnO 15

1.1.6 ZnO pha tạp Al 15

1.1.7 Các phương pháp tạo màng ZnO:Al 16

1.1.7.1 Phương pháp bốc bay chân không 18

1.1.7.2. Phương pháp phún xạ 19

1.1.7.3 Phương pháp Sol-Gel 20

CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM 21

2.1 Mục đích của đề tài 21

2.2 Phương pháp solgel 22

2.2.1 Kỹ thuật phủ nhúng 25

2.2.2 Kỹ thuật phủ quay mẫu spin 26

2.2.3 Phương trình động học của chất lỏng trong quá trình phủ quay 27

2.3 Tiến trình thực nghiệm 29

2.3.1 Quy trình chế tạo màng ZnO:Al bằng phương pháp Sol-gel 30

2.3.2 Chuẩn bị đế tráng màng 31

2.3.3 Chuẩn bị dung dịch 32

2.3.4 Phủ màng 34

2.3.5 Xử lý nhiệt cho màng 35

2.3.5.1 Xử lý nhiệt sơ bộ - tiền ủ nhiệt 35

2.3.5.2 Nung và ủ nhiệt 36

2.3 .6 Khảo sát độ dày màng 38

2.4 Phân tích cấu trúc và đánh giá các tính chất màng ZnO:Al 40

2.4.1 Phân tích cấu trúc màng 40

2.4.2 Ảnh hiển vi điện tử quét SEM 41

2.4.3 Đánh giá tính chất quang 42

2.4.4 Đánh giá tính chất điện 43

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45

3.1 Kết quả phân tích cấu trúc màng 45

3.2 Kết quả chụp kính hiển vi điện tử quét SEM 47

3.3 Độ truyền qua của màng trong ánh sáng tử ngoại-khả kiến 51

3.4 Kết quả đánh giá độ dẫn điện 53

CHƯƠNG 4- KẾT LUẬN 56

4.1 Những công việc thực hiện 56

4.2 Kết quả đạt được 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 : Lượng hóa chất tạo Sol khi chưa pha tạp Al 32

Bảng 2.2 : Lượng pha tạp Al(NO3)3 33

Bảng 3.1 :Khảo sát sự ảnh hưởng nồng độ pha tạp đến độ dẫn điện 53

Bảng 3.2 : Ảnh hưởng của môi trường ủ nhiệt đến độ dẫn điện 54

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu trúc ô mạng tinh thể ZnO dạng Wurtzite 9

Hình 1.2: Sai hỏng điểm trong cấu trúc tinh thể 11

Hình 1.3 : Sự thay đổi độ rộng vùng cấm ZnO khi pha tạp Al 13

Hình 1.4 : Các phương pháp chế tạo màng mỏng 16

Hình 1.5 : Phương pháp bốc bay chân không 18

Hình 1.6 : Phương pháp phún xạ magnetron thẳng 19

Hình 1.7 :Một số kỹ thuật tạo màng từ dung dịch ( phun,nhúng,quay ) 20

Ưu điểm: 20

Hình 2.1: Ảnh hưởng của xúc tác đến cấu trúc của các hạt sol trong dung dịch (a, môi trường acid, b, môi trường bazơ) 23

Hình 2.2 :Thời gian hình thành Sol-Gel 23

Hình 2.3 : Phương pháp Sol-gel và một số sản phẩm 24

Hình 2.4 : Kỹ thuật phủ nhúng 25

Hình 2.5 : Kỹ thuật phủ quay 26

Hình 2.6 : Sơ đồ chế tạo màng ZnO:Al bằng phương pháp Sol-Gel 30

Hình 2.7 : Máy rửa siêu âm Jinwoo JAC Ultrasonic 1505. 31

Hình 2.8 : Lò sấy chân không SPT-2000 32

Hình 2.9 . Thiết bị khuấy từ tạo dung dịch 33

Hình 2.10 . Các dung dịch sol sau khi điều chế 34

Hình 2.11 :Thiết bị tạo màng bằng kỹ thuật phủ quay 34

Hình 2.12 : Lò nung ElektroLM 112.10 35

Hình 2.13: Hệ thống nung mẫu trong môi trường chân không được chế tạo trong quá trình thực hiện đề tài 36

Hình 2.14 : Các mẫu màng trước khi ủ nhiệt trong chân không ( x-1-6) và các mẫu sau khi ủ nhiệt trong chân không (x-2-6) 38

Hình 2.15 :Độ dày màng sau 6 lần tráng phủ 39

Hình 2.16 : Thiết bị đo độ dày màng DEKTAK 6M 40

Hình 2.17 : Máy phân tích nhiễu xạ tia X Kristallofex 41

Hình 2.20 :Thiết bị đo 4 mũi dò 44

Hình 3.1 : Phổ XRD màng ZnO trên đế thủy tinh không pha tạp Al trước ủ nhiệt chân không (0-1-6) 45

Hình 3.2 :Phổ XRD màng ZnO 6 lớp pha tạp 2% Al trước khi ủ nhiệt trong chân không 46

Hình 3.3 :Phổ XRD màng ZnO 6 lớp pha tạp 2% Al sau khi ủ nhiệt trong chân không 46

Hình 3.4 : Ảnh SEM mẫu 0-1-6 (X 50000) 48

Hình 3.5 : Ảnh SEM mẫu 2-1-6 ( X 50000) 48

Hình 3.6 : Ảnh SEM mẫu 2-1-6 ( X 80000) 49

Hình 3.7 :Ảnh SEM mẫu 2-2-6 (X 60.000) 49

Hình 3.8 :Ảnh SEM mẫu 2-2-6 (X 100000) 50

Hình 3.9 :Phổ truyền qua của các màng ZnO pha tạp Al từ 0 đến 6% sau khi ủ nhiệt lần 1 trong không khí 51

Hình 3.10 :Phổ truyền qua của các màng ZnO pha tạp Al từ 0 đến 6% sau khi ủ nhiệt lần 2 trong chân không 52

Hình 3.11 :Thay đổi điện trở của màng ZnO theo hàm lượng pha tạp Al của các mẫu khi ủ nhiệt trong không khí 53

Hình 3.12: Thay đổi điện trở màng ZnO theo hàm lượng pha tạp Al của các mẫu sau khi ủ nhiệt trong chân không 55

GIỚI THIỆU

Với những lợi thế về độ rộng vùng cấm (Eg>3eV hay cao hơn) bằng cách pha tạp thích hợp một cách có kiểm soát Zno:Al có thể đạt được màng có độ dẫn điện và trong suốt cao bằng cách tạo sự suy biến cao trong vật liệu .Đó là lợi điểm của Zno đối với một số vật liệu oxide kim loại khác hay các màng kim loại rất mỏng có thể đạt được độ trong suốt một phần với độ giảm khả năng dẫn điện ở mức chấp nhận được, nhưng khó có thể đạt được độ trong suốt cao đồng thời dẫn điện mạnh.

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về các màng pha tạp oxide kẽm, idium, cadmium, thiếc các hợp kim chúng có độ truyền qua và dẫn điện tốt gần bằng kim loại .Các nhà nghiên cứu đã chú ý oxide kẽm pha tạp nhôm (Alumium-doped Zinc oxide –Zno:Al) có độ truyền qua và độ dẫn cao , và được đem ứng dụng rộng rãi trong quang điện tử như diode phát quang bước song ngắn ( short wavelength light emitting diode –LEDs ) hay lazers diod es ( LDs), cảm biến khí , lớp phủ chống tia UV , điện cực trong suốt dẫn điện