sugiamuadong_muathuytinh
New Member
Download miễn phí Chế tạo màng dẫn điện trong suốt ZnO:Ti để nâng cao độ dẫn điện của màng
Bia gốm được chếtạo từbột ZnO và TiO2, trộn với các tỷlệkhác nhau, sau đó nghiền
trong 4h với nước cất, và được ép trong khuôn vuông cạnh 8.5cm với áp lực 400 kg/cm2. Mẫu ép được nung ởnhiệt độ1350ºC ủnhiệt trong 3 giờsẽthiêu kết lại và cho sản phẩm bia gốm
ZnO – TiO2(ZnO:Ti). Mẫu bia thu được có độnén chặt khá tốt khoảng 91% đạt yêu cầu để
chếtạo màng (độnén chặt của bia là tỷsốgiữa khối lượng riêng của bia với khối lượng riêng
của vât liệu khối).
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 12, SOÁ 12 - 2009Trang 59
CHẾ TẠO MÀNG DẪN ĐIỆN TRONG SUỐT ZnO:Ti ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ
DẪN ĐIỆN CỦA MÀNG
Hồ Văn Bình(1), Lê Vũ Tuấn Hùng(1), Nguyễn Thị Ngọc Nhiên(1), Huỳnh Thành Đạt(2),
Dương Ái Phương(1), Lê Văn Hiếu(1)
(1) Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM
(2) ĐHQG-HCM
TÓM TẮT: Màng ZnO:Ti được chế tạo trên đế thủy tinh từ các bia gốm ZnO pha tạp
với nồng độ Ti khác nhau và bằng phương pháp phún xạ magnetron DC. Kết quả thực nghiệm
cho thấy đây là các màng trong suốt dẫn điện với độ truyền qua khá cao. Với nồng độ pha tạp
Ti thích hợp (~1.5% Ti), ta có thể làm gia tăng độ dẫn điện của màng. Độ truyền qua của
màng và độ rộng vùng cấm Eg của màng có thể xác định bằng phương pháp đo truyền qua
UV-Vis, cấu trúc màng được xác định bằng nhiễu xạ tia X, độ dẫn điện của màng được xác
định bằng phương pháp 4 đầu dò, và độ mấp mô bề mặt của màng đuợc xác định bằng phương
pháp đo AFM.
Từ khóa: nồng độ, độ dẫn điện, bia.
1. GIỚI THIỆU:
Màng ZnO loại n được xem là loại màng oxide dẫn điện trong suốt (TCO) và thường được
dùng để thay thế màng ITO. Nó có độ rộng vùng cấm lớn khoảng 3.3 eV, điện trở của màng
khá thấp khoảng 10-6Ωm, hệ số hấp thụ của màng trong vùng khả kiến khoảng 5x103 cm-1 [1].
Tuy vậy, màng ZnO pha tạp vẫn còn là lĩnh vực nghiên cứu mới mẻ và còn đang tiếp tục phát
triển. Các màng pha tạp thường tập trung vào các nguyên tố pha tạp nhóm IIIA như là Al, Ga,
In, và các nguyên tố nhóm IA như Li, Ni.
Trong báo cáo này chúng tui chú trọng vào nguyên tố pha tạp Ti. Do khi pha tạp Ti vào
màng ZnO, ion Ti4+ sẽ thay thế cho ion Zn2+ dẫn đến làm gia tăng nồng độ hạt tải tự do trong
màng và tính chất dẫn điện của màng được cải thiện nhiều hơn. Ngoài ra, màng ZnO:Ti được
tạo trên đế thuỷ tinh có nhiều ứng dụng trong tế bào quang điện, chất lân quang xanh, các loại
cảm biến khí, màng hình hiển thị phẳng…
2. THỰC NGHIỆM:
Bia gốm được chế tạo từ bột ZnO và TiO2, trộn với các tỷ lệ khác nhau, sau đó nghiền
trong 4h với nước cất, và được ép trong khuôn vuông cạnh 8.5cm với áp lực 400 kg/cm2. Mẫu
ép được nung ở nhiệt độ 1350ºC ủ nhiệt trong 3 giờ sẽ thiêu kết lại và cho sản phẩm bia gốm
ZnO – TiO2 (ZnO:Ti). Mẫu bia thu được có độ nén chặt khá tốt khoảng 91% đạt yêu cầu để
chế tạo màng (độ nén chặt của bia là tỷ số giữa khối lượng riêng của bia với khối lượng riêng
của vât liệu khối).
Đế thuỷ tinh được xử lý bằng axit HF 10% để loại bỏ các chất bẩn, sau đó được rửa qua
với axeton và nước cất, sấy khô với không khí. Xử lí bề mặt đế bằng plasma phóng điện khí.
Chúng tui tạo các màng ZnO:Ti trên đế thủy tinh bằng phương pháp phún xạ magnetron
d.c từ bia gốm ZnO:Ti, với cùng các thông số chế tạo tối ưu. Tính chất quang của màng được
khảo sát bằng phương pháp đo UV-VIS, cấu trúc màng được xác định bằng nhiễu xạ X-Ray,
Science & Technology Development, Vol 12, No.12 - 2009
Trang 60
độ mấp mô bề mặt (RMS) xác định bằng phương pháp AFM, độ dẫn điện của màng được xác
định bằng phương pháp bốn đầu dò, bề dày của màng được đo bằng phương pháp stylus.
3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN:
3.1 Khảo sát tính chất quang của màng:
Các màng ZnO:Ti được chế tạo với các thông số như nhau. Áp suất làm việc P=10-3 torr;
dòng phún xạ: I= 0.2A; khoảng cách giữa bia và đế: h = 5cm; khí Ar = 100%, thời gian phún
xạ t=21phút; hiệu điện thế U= 310-350 V, nhiệt độ đế TS =170ºC.
200 400 600 800 1000 1200
-20
0
20
40
60
80
100
3%Ti
2.5%Ti
2%Ti
1.5%Ti
1%Ti
ZnO
D
o
tru
ye
n
qu
a(
%
)
Buoc song(nm)
Hình 1. Phổ truyền qua của các màng ZnO:Ti với nồng độ pha tạp 1% wt TiO2, 1.5% wt TiO2, 2% wt
TiO2, 2.5% wt TiO2, 3% wt TiO2.
Từ hình 1, ta nhận thấy độ truyền qua của các màng khá cao gần 90% trong vùng khả kiến
và hồng ngoại gần. Các màng được chế tạo đều trong suốt.
Chúng tui đã dùng phương pháp đo bề dày Stylus để xác định bề dày của các màng, đồng
thời dùng phương pháp Swanepole để xác định chiết suất cũng như bề dày của chúng như trình
bày trong bảng 1.
Bảng 1. Độ dày, chiết suất và độ rộng vùng cấm của các màng ZnO:Ti
Mẫu
ZnO
0%Ti
ZnO:Ti
1%Ti
ZnO:Ti
1.5%Ti
ZnO:Ti
2%Ti
ZnO:Ti
2.5%
ZnO:Ti
3%Ti
Độ dày màng
d(nm)
700 750 740 700 720 600
Chiết suất
màng (n)
1.79 1.81 1.89 1.85 1.87 1.78
Năng lượng
vùng cấm
Eg(eV)
3.34 3.33 3.30 3.31 3.34 3.40
Từ bảng 1, Ta nhận thấy độ rộng vùng cấm của màng ZnO:Ti (1.5%) là nhỏ nhất, hiện
tượng này các nhà khoa học gọi là dịch chuyển đỏ. Theo tác giả Jeng-Lin Chung [8], do sự
khác biệt về cấu hình điện tử giữa Ti [Ar]3d24s2 và Zn [Ar]3d104s2, nguyên tử Ti thay thế Zn
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 12, SOÁ 12 - 2009
trong mạng tinh thể, làm cho các điện tử liên kết yếu với nguyên tử, làm gia tăng mật độ
electron tự do, dẫn đến vùng năng lượng bị pha tạp và mở rộng ra, tiến tới bờ vùng dẫn.
3.2 Khảo sát cấu trúc màng ZnO:Ti:
Chúng tui tiến hành chụp nhiễu xạ tia X các mẫu đã tạo ra ở trên, kết quả được trình bày
dưới đây:
Hình 2. Phổ nhiễu xạ tia X của màng ZnO và các màng ZnO:Ti, phún xạ cùng điều kiện ở trên.
Qua hình phổ nhiễu xạ tia X trên hình 2, ta nhận thấy cấu trúc tất cả các màng đều định
hướng theo mặt mạng (002) và có cấu trúc hexagonal wurtzite và không xuất hiện đỉnh phổ
của TiO2 hay Zn2TiO4 . Điều này chứng tỏ nguyên tử Ti đã được thay thế hoàn toàn nguyên tử
Zn trong mạng nguyên tử. Tuy vậy nếu nồng độ Ti trong màng quá cao, có thể làm giảm cấu
trúc của màng. Kết quả thu được cũng phù hợp với các kết quả nghiên cứu của tác giả J.J.Lu
[17].
Ta có thể nhận thấy sự thay đổi cấu trúc màng một cách trực quan hơn qua phép đo độ
mấp mô bề mặt AFM như trong hình 3 và hình 4 sau đây
Hình 3. Ảnh AFM của màng ZnO - độ mấp mô bề mặt khoảng 9.7 nm.
Trang 61
Science & Technology Development, Vol 12, No.12 - 2009
Trang 62
Hình 4. Ảnh AFM của màng ZnO: Ti (3%) - độ mấp mô bề mặt khoảng 4.5 nm
Từ các hình 3 và hình 4, ta nhận thấy độ mấp mô bề mặt cũng như kích thước hạt của
màng pha tạp (3%) giảm rõ rệt khi so với màng ZnO không pha tạp. Điều này cũng khá phù
hợp với kết quả chụp nhiễu xạ tia X đã trình bày ở trên.
3.3 Khảo sát độ dẫn điện của màng hợp chất ZnO:Ti :
Với các màng ZnO và ZnO:Ti chế tạo ở trên, chúng tui khảo sát điện trở suất của chúng
bằng phương pháp 4 đầu dò, kết quả thu được như trong bảng 2 dưới đây:
Bảng 2: Bảng số liệu điện trở suất và độ dày các màng
Mẫu
ZnO
0%Ti
ZnO:Ti
1%
ZnO:Ti
1.5%
ZnO:Ti
2%
ZnO:Ti
2.5%
ZnO:Ti
3%
Độ dày (nm)
700
750
740
700
720
600
Điện trở suất
Ωcmx10-3
10.04
8.03
3.15
5.88
7.3
30.35
Từ kết quả bảng 2, ta nhận thấy điện trở suất của màng ZnO:Ti nhỏ nhất khi nồng độ pha
tạp Ti là 1.5%, do nguyên tử Ti thay thế vị trí nguyên tử Zn trong cấu trúc mạng làm gia tăng
số điện tử tự do và do đó độ dẫn điện của màng được cải thiện. Tuy nhiên với nồng độ pha tạp
Ti cao hơn 1.5% thì điện trở suất của màng lại có khuynh hướng gia tăng (độ dẫn điện ...