Nghiên cứu chế tạo vật liệu bán dẫn pha tạp từ.PDF

DAI HOC QUÒC
GIÀ HA
NÓI
TRl/ÒNG
DAI HOC KHOA HOC
Tl/NHIÈN
Détài
NGHIÈN
cuti
CHE TAO VAT
LIÈU
BÀN
DAN
PHA TAP
TÌT
MA-SO:
QT.04-09
Chù
tri de
tài: PGS. TS.
Nguyén
Thi Thuc Hién
Càc càn
bò tham
già:
1.
ThS. Tran
Vlnh
Thàng
2.
CN. Ngò Xuàn Dai

3.
CN. Nguyén Anh
Tuàn
HA NOI - 2005
Bào cào
tóm tat
a. Tén de tài: Nghién
cùu
che tao vat
liéu
bàn
dùn
pha tap tu
Ma so: QT. 04 - 09
b.
Chù
tri
de tài: PGS. TS. Nguyén Thi Thuc Hién
e.
Càc càn bò tham
già:
l.Ths.
Tran Vinh
Thàng
2.
CN. Ngò Xuàn Dai
3.
CN. Nguyén Anh Tuàn
d.
Miic

tiéu
va
nói dung nghién
cùu
(theo dàng
ki)
• Che tao càc màng mòng ZnO va ZnO pha kim
loai
chuyén tièp
trén
càc
loai
de khàc nhau nhu Sì, thuy tinh.
• Che tao bót ZnO pha kim loai chuyén tièp.
• Nghién cùu càc qua trình tao
màu
cùng nhu càc
ti'nh
chat
vai
ly,
dac
bièt
là
tinh
chat
tu
cùa càc màng dà
che
tao.

e.
Càc
ké't qua dat
dugc
De tài dà tap trung nghién cùu vat lieo ZnO pha tap Co, day là chat bàn dàn pha
tu loàng
DMS ( diluted magnetic semiconductor) dang dugc thè giói tap trung nghién
cùu rat manh. Càc kèt qua dat dugc góm:
• Dà tao
dugc
càc màng
va
bót ZnO
bang
phuang phàp sol-gel .
• Dà tièn hành pha tap Co
va
Ga vào ZnO
va
nghién cùu càc
tinh
chat càu
trùc,
quang
va tu cùa
càc màng co pha tap.
•
Nàng
càp dugc he do phó truyén qua .
• Huóng dàn sinh vièn nghién cùu khoa hoc:

- Dà va dang huóng dàn 4 sinh vièn
làm
khoà
luàn
tot nghiép
ngành Khoa hoc
Vài
liéu va chuyén ngành Vat ly Chat
ràn.
-
2 Cao hoc (
mot
hoc vién dà bào ve
luan
vàn )
• Càc bào cào tai càc hòi nghi Khoa hoc:
1 bào cào tai hòi nghi
Vàt
ly Chàu
à.
Ha Nói 11/2004
1 bài bào
a
tap
chi
Khoa hoc, DHQGHN,2004,57
1 bào cào tai hòi thào Viét
Due,
5/2005
(1 bào cào

dàng
trong
"
Nhùng
vàn de
hién dai cùa Vat ly chat
ràn",
2004,
676)
f.
Tinh hình
kinh
phì
cùa
de
tài
Kinh phi
dugc
cà'p:
15
trièu
Dà
co dù chùng
tu
quyèt toàn vói Phòng tài vu
HàNòi ngày 5 thàng 10 nàm 2005
KHOA QUÀN LY CHÙ TRI DE TÀI
PGS.TS.*
Nguyén Thi Thuc Hién
CHÙ TRI

DE TÀI
GS.TS.^^lJv^
Jy-uù
Resumé
a. Name of project:
Preparation of semiconductor materials doped with magnetic impurities.
Code: QT. 04 - 09
b.
Leader of project: Assoc.
Prof.
Dr.
Nguyén
Thi Thuc Hien
e.
Participant members:
1.
MSc. Tran Vinh Thang
2.
BSc. Ngo Xuan Dai
3.
BSc. Nguyén Anh Tuan
d. Purpose and contents of investigation project
• Preparation of Co-doped ZnO
films
and powders by sol-gel method.
• Investigation of the technology as
well
as the physical properties of
produced films, especially magnetic and optical properties.
e. The main results

• Preparing ZnO films and powders by sol-gel method.
• Doping ZnO by Co, Ga
• Investigating structural, optical and magnetic properties.
• Adapting the
build
absorption apparatus.
• 4 publications bave been presented at
scientific
conferences as the
followings:
1 report in Proceedings of the
3'"^
National conferences on
Solid
state physics,
Thai Nguyén
11/2003
1 paper in Journal of Science, VNU Hanoi, November 2004
1 report in the Asian Conference on Physics, Hanoi
11/2004
1 report in Proceedings of the ninfth Vietnamese - German seminar on
Physics and Engineering, May 2005.
• Have been instructed several students in scientific reseachs:
4 (done and being done) university graduate theses on specialities of Materials
Science and Solid state Physics
2 Msc. thesies (One has been done)
Bào
cào chuyén mòn
De tài: Nghién cufu
che

tao vàt liéu bàn dàn pha tap
tir
Muc
lue
'
•
5
Ma dàu
6
Chucmg I: Tóng quan
ve
vat liéu ZnO 7
1.1
Mot so tinh chà't
vat ly 7
1.1.1 Càu trùc tinh thè 7
L1.2 Tinh
chat dién 8
1.1.3
Tfnh chat
quang 8
1.1.4
Tinh
chat
tu,
quang-
tu
9
1.1.4.1
Càu trùc vùng

nàng lugng
cùa ZnO pha ion kim loai chuyén tièp . 9
1.1.4.2
Tmh
chat
quang
va tu quang
cùa
ZnO
pha ion kim loai chuyén tièp 9
1.1.4.3
Tinh chat tu cùa ZnO pha
Co "
Chucmg II: Càc phucmg phàp
che
tao vat liéu 15
2.1.
Giói thieu chung 15
2.2.
Càc phuang phàp tao màng 15
2.2.1 Phuang phàp phun
tinh
dién 15
2.2.2 Phuang
phàpphùn
xa Katot (sputtering) 15
2.2.3 Phuang phàp sol-gel 16
2.3 Phuang phàp tao bòt 16
2.3.1 Tao bót
bang

phuang phàp sol-gel
16
2.3.2 Tao bót
bang
phucmg phàp dòng kèt
tua
Chucmg III: Càc kèt qua
va
thào luan 18
3.1.
Che
tao màng ZnO pha Co
va
nghién cùu càc
tinh chat
vat ly 18
3.1.1
Che
tao màng ZnO 18
3.1.2 Màng ZnO
pha
kim loai chuyén tièp Co 19
3.2 Càc tmh
chat
Vàt ly cùa bòt ZnO pha Co 28
3.3 Kèt luan
T,
Kèt luan
^^
Tài liéu tham khào

o^
Tóm tàt càc còng trình nghién cùu 35
Phu
lue
MODÀU
Hien
nay,
trén thè giói, càc hgp
chat
bàn dàn pha tu loàng DMS (diluted
magnetic semiconductors) thuòc nhóm
A"'B^
va
A"B^'
dang dugc quan tàm nghién
cùu manh me. Do là càc vat liéu ma càc bàn dàn khóng
co
tu
tinh
dugc pha tap
bang
càc kim loai chuyén tièp
co
nòng dò thàp
de
tao dugc
tinh
sàt
tu
nhàm

su
dung
mot
càch kèt hgp giùa dién
tich
cùa dién
tu va
spin cùa chùng ( huóng spin tu hay
spintronics ) . Trong càc bàn dàn
dò,
ZnO dugc xem nhu mot
"hot
topics"
do dugc du
doàn
bang tinh
toàn ly thuyèt là
co tu tinh a
nhièt dò phòng. Ngoài ra,
nò co
nhiéu
tinh
chat qui bau
nhu dò róng vùng càm
lón
(ca 3,3 eV
ò
nhiét dò phòng),
nàng
lugng

lién
ké't exciton tu do lón (60 meV), dò
ben
vùng, dò
ón
dinh, nhiét dò nóng chày cao
Vi
vay ZnO hùa hen nhiéu trién vong
su
dung khóng nhùng trong
linh
vuc spin tu
(spintronics)
ma con
làm càc
linh
kién quang dién
tu
nhu
man
hình hién thi, bó
Ipc
song
àm, laser, diode phàt quang, dién cuc trong suót
Tuy bàn dàn pha
tu
loàng hùa hen nhiéu trién vong cho nhùng linh kién hién dai
trong tucmg lai, dac biét là thè he mày tmh
lucmg
tu, nhung hién nay cóng nghé

che
tao
cùng nhu viéc hiéu rò ca
che
sàt
tu
cùa vat liéu DMS
con
càn phài thào luan
va
nghién
cùu nhiéu.Trén thè giói, nhùng cóng trình nghién cùu
ve
DMS
con
thu dugc nhùng kèt
qua
con rat
khàc nhau.
Ve màt
còng nghé
che
tao vat liéu,do nhiét dò nóng chày cùa ZnO rat cao
va là
vàt liéu thàng hoa
rat de
bi tàch pha nén
nò thuòng
dugc che tao duói dang màng mòng
bang

càc phuang phàp nhu phùn xa Katot
[1],
epitaxy
bang
chùm phàn tu [2], phun
tinh
dién [3], sol-gel [4]
hoàc
duói dang bòt nhu thuy phàn
cuòng
che,
solgel,
dóng kèt
tua.
Phuang phàp epitaxy chùm phàn tu cho càc màng
co
pham chat rat cao,
co
thè
tao càc màng mòng c5 vài nguyén
tu
su dung trong càc càu trùc nanomét
nhtmg
nò dòi
hòi thièt bi
rat dàt
tién khóng thè
co
dugc ò Viét Nam.
Chinh vi

vay chùng tói dà tièn
hành tao màng, bòt ZnO
bang
phuang phàp tucmg dói rè tién nhu Sol-gel.
Muc tiéu cùa
de
tài là
che
tao dugc màng
va bót
ZnO pha tap
tu
coban sao cho
chùng tao nèn DMS co nhiét dò
Curie
cao han nhiét dò phòng,
co tu
dò khà lón
va
góp
phàn tìm hiéu thém
ve
ca
che tu tinh
cùa càc
màu che
tao dugc.
Kèt qua cùa
de
tài là dà tao dugc càc màng

va
bòt ZnO pha tap Co
va
dóng pha
tap Ga
va
nghién cùu càc
tinh chat
vat ly, dac biét là
tinh chat tu va
quang cùa chùng.
Vói kinh
phf de
tài dugc
ho
trg chùng tói dà nàng càp dugc he do phó truyén qua
nhu : ghép nói mày tinh,vièt thém phàn mém xù ly kèt qua do .
Ngoài ra, de tài dà góp phàn dào tao cu nhàn Vàt ly Chat
ràn va
Khoa hoc Vat
liéu cùng nhu càc sinh vièn nghién cùu khoa hoc
a
càc nàm duói, càc hoc vién cao hoc.
Mac dù kinh
phi co
han cho
mot de
tài thuc nghiém vói nhùng vàn
de rat
mói

nhung
co
thè làm tién
de
dat muc tiéu tièn tói tap hgp càn bó trién khai nhùng huóng
phàt trién cùa Khoa Vat ly
va lièn
kèt nghién cùu vói càc ca quan khàc.
Chucmg
I
TÓNG QUAN VE VÀT LIÈU ZnO
1.1. Mot so tinh chat vat ly cùa ZnO
1.1.1,
Càu
trùc tinh thè
Hgp
chat
bàn dàn ZnO
co
càu trùc tinh thè lue giàc wurtzite. Mói nguyén tu Zn lién
kèt vói 4 nguyén tu oxy nàm
ò
4 dinh
làn
can
tu
dién (hình 1.1).
Nguyén
tu Zn
Nguyén

tu Zn
Hình
1.1.
Càu trùc lue giàc witrzite cùa ZnO
»
o o
Hàng
so
mang trong càu trùc này là
a=
3,24265 A va
c=
5,1948 A
Ngoài càu trùc wurzite, trong nhùng diéu kién dac biét, tinh thè ZnO
con co
thè tón
tai a trang thài càu trùc lue phuang già kém
(ò
nhiét dò
rat
cao) hoàc càu trùc gióng
tinh thè Natri Clorua
NaCl
(a àp suàt
rat
cao).
Khi tao màng ZnO trén de, nèu truc
e
vuòng góc vói bé màt de
thi

màt trén
va
mat
duói cùa màng
co
the là màt
(oOOl)
hoac
(OOOI) tue
là mat cùa càc ion Zn hoàc oxy.
Lièn kèt cùa mang tinh the ZnO vùa là lièn kèt ion vùa là lién kèt dóng hóa tri.
1.1.2. Tinh chat dién
Khi
che
tao, ZnO
luòn co
dò dàn loai n vói càc donor là càc sai hòng tu nhién
gay
nèn bai nùt khuyèt oxy
va
nguyén tu kém dién kè. Tuy nhién, càc màng ZnO
khóng pha tap thuòng khóng
ben
vùng
va co
dò dàn khóng cao.
VI
vay, ZnO dugc làm
tàng dò dàn
va

dò
ón
dinh
bang
càch pha càc tap nhu Al, Ga, In. Nóng dò tap trong
ZnO
co
thè
lén
dé'n
10^"
cm"^
vi vày
vói dò ròng vùng càm lón (3,3
eV a
nhiét dò
phòng)
nò rat thich
hgp dùng làm càc dién cuc trong suót cho
man
hình hién thi, pin
mat tròi
va
trong tucmg lai sé thay thè cho màng ITO
(SnOjiIn)
truyén thóng
nhimg
già
thành khà dàt.
Gàn day

dà
co
mot
so
còng trình [5] còng bó ve viee tao dò dàn loai p cho ZnO
bang
càch dóng pha tap Ga
va
N. Tuy nhién viéc tao dugc bàn dàn ZnO loai p
con
là
mot
vàn
de
càn dàu tu nghién cùu nhiéu hcm nùa.
1.1.3.
Tinh
chat quang
ZnO
co
dò ròng
vìing
càm lón, chuyén mùc
-thàng va
dac biét là
co
nàng lugng
lién kèt exciton lón (60 meV) han hàn GaN ( 20 meV) là
mot
vat liéu cùng dang dugc

quan tàm nhiéu.
Chfnh vi
thè, ZnO là
mot
vat liéu hùa hen
su
dung làm càc linh kién
quang dién tu, dac biét là càc linh kién phàt quang vùng buóc
song
ngàn.
Phó quang huynh quang cùa ZnO
a
nhiét dò phòng thuòng
co
nhùng dai sau:
Dai phàt xa
a
vùng
tu
ngoai
gàn
bò hàp thu,
co dinh
nàm
a
khoàng
380nm
ùng
vói càc tài hgp exciton [61. Tùy theo phuang phàp
che

tao,
chat
lugng cùa màu,
nò co
thè là exciton tu do hoàc exciton lién kèt, exciton trong trang thài plasma hoàc
chóng chap nhiéu loai tài hgp.
Dai phó
tu
390nm dé'n 410 nm luòn tón tai vói mgi loai màu. Dai tài hgp tap
chat
này bièn màt khi nhiét dò lón hcm 77 K
va
vi
tri
dinh phó khóng dói theo nhiét dò
va
bàn
chat
cùa
nò
là tài hgp càp donor - acceptor
[7].
Vùng xanh
Dinh phó huynh quang quanh buóc
song
500nm
co
dac diém là
rat
róng,

tu.
Cho dé'n
nay, co nhiéu quan diém khàc nhau
ve
dinh tài hgp này.
Co
tàc già cho ràng tài hgp này
lién quan tói tap hydrò hoac sai hòng do Zn nàm dién kè,
co
tàc già lai cho ràng bàn
chat là do tài hgp gàn vói oxy dién kè [8,9,10] Tuy nhién, nhiéu còng trình nghièng
ve già thuyèt
dò
là tài hgp lièn quan dé'n sai hòng tu nhién do nùt khuyèt oxy
[11].
Cho
dé'n nay, nguón góc cùa dinh này vàn
con
dugc thào luan.
Vùng da cam
Bàn
chat
cùa dai phó tai 620 nm này là do trong mang tinh thè ZnO tón tai càc
nùt khuyèt cùa Zn hay càc ion O
a
vi tri dién kè tao thành cap donor
-
acceptor
[12].
Né'u trong ZnO tón tai tap

chat
là càc kim loai kiém (Li, Na)
thi
dai này se
tàch thành vàng
va
cam.
Vùng dò
Dinh
chinh
a 663 nm, ngoài ra
con
càc
lap
lai phonon cùa
nò.
Bàn
chat
cùa dai
này là do
Fe-^"*"
hoac
Li"^
co
trong càc hóa
chat
ban dàu dugc
su
dung
de

tao màu.
1.1.4. Tinh chat
tir,
quang-tur
1.1.4.1 Càu trùc vùng nàng lugng cùa
ZnO
pha ion kim loai chuyén tiép
Khi pha tap kim loai chuyén tièp, do
co
su thay thè càc ion này vào vi
tri
cùa ion
kim loai nén trong mang tinh thè
nén
trong vùng càm hình thành nhiéu mùc tap
chat.
Dói vói ZnO
co
càu trùc
lue
giàc
xép
chat, khi pha tap, ion
Co^""
sé thay thè vào
vi
tri
cùa
Zn^"^
trong mang nén. Cac ion này dugc bao quanh bòi 4 ion oxy tao nén càu

trùc truòng
tu
dién. Nguyén tó Co là kim loai chuyén tièp
co lóp
3d chua dién
day.
Theo ly thuyèt truòng tinh thè lóp 3d sé bi rà suy bièn bòi 5 va tàch thành 2 mùc khàc
nhau:
mot
suy bié'n bòi 3 (ds)
va mot
suy bièn bòi 2 (dy). Mùc suy bièn bòi 3
co
3 dói
xùng là xy, yz, zx. Mùc suy bié'n bòi 2
co
2 dói xùng là
3z^-
r^
va x^- yl
Hàm
song
cùa
trang
thài
ds dugc tao bòi càc anion
O^",
co
thè lai hoà vói trang thài p trong
dai

hoa tri
cùa vàt liéu nén tao nén trang thài lién kèt
(t^) va
phàn lién kèt
(t^*).
Hàm
song
cùa trang
thài
suy bièn bòi 2(dy) nàm trong vùng càm do dò su lai hoà vói trang thài p là
rat
yèu,
tón tai duói dang khóng lién ké't (e)
va
vàn nàm trong vùng càm (hình 1.2).
E
3de
d(xy),d(yz),
d(z
3dY
d(3z^-r0,d(x^.y0
Vùng hoà tri
Hình
1,2.
Sa
do cà'u trùc vùng nàng lugng khi kim logi chuyén tiép
thay the vi tri kim logi nén trong tinh the
1.1.4.2.
Tinh chóì quang va tu quang cùa ZnO pha ion kim logi chuyén tièp
Càc

tinh chat
quang hoc cùa ion kim loai chuyén tièp xuàt hién khi
co
su chuyén
dòi cùa càc dién
tu
giùa càc trang thài. Chùng ta coi càc tap
chat
trong vat liéu nén tra
quang hoc nhu tàm
tich
cuc quang hoc,
bue
xa dién tu
co
thè tucmg tàc vói càc tàm
thóng qua
qua
trình
luòng
cuc dién hoàc
luòng
cuc
tu.
Do co su tucmg tàc này, càc tàm
sé chuyén
tu
trang thài ban dàu
(kich thich)
sang trang thài

cuòi
(ca bàn) kèm theo
qua
trình
bue
xa photon.
Ion Co
"^,
khi nàm trong mang tinh thè ZnO
sé chiù
tàc dung cùa truòng tinh thè
tu
dién. Do tucmg tàc Coulomb, tucmg tàc truòng tinh thè
va
tuang tàc spin -
qui
dao
ma
càc mùc nàng lugng cùa ion
Co^^(3d^)
tàch thành càc mùc nhu sa do hình 1.3.
''Ti
'T,
^A,
^E
^\^A
^E
/-^
^X^i
^A,

2
2
2
/
/
/
f
\ •
\
\
1
/
/
/
^^-^
^/
'•^
E,/2
El/2
El/2
Ev2
El/2
El/2
E1/2
E3/2
^1/2
E1/2
E.,,,
E,2
A^I/2

HìnhL3.
Cac mùc nàng lugng cùa
Co^^
trong tritàng dó'i xùng tic
dién
Trong vat liéu DMS,
tinh chat tu
(dién tu 3d) cùa càc ion tap nhu Mn,
Fé,
Co,
co
thè dugc diéu khién
bang
tu truòng va
vi
chùng
co
tucmg tàc manh vói dién tu hoà tri
(dién tu sp) cùa bàn dàn chù, nén
co
the làm thay dói dò dàn cùa bàn dàn. Su sàp xèp
càc spin cùa ion kim loai chuyén tièp
bang tu
truòng ngoài se ành huang tói càc chuyén
dòi dién tu hay khà nàng phàt quang cùa bàn dàn,
co
thè goi dò là hién tugng
tu
-
quang.

Nàng lugng cùa trang thài cùa nguyén tu
co
thè tàch thành nhiéu mùc khi
co
màt cùa
tu
taròng,
kèt
qua
phó phàt quang nhan dugc tra
lèn rat
phùc tap, nhu là su
bue
xa cùa chuyén
tièp luòng cuc giùa trang thài
kich
thich p
va
trang thài ban dàu s. Càc mùc nàng lugng cùa
càc trang thài p
va
s khi
co
ành
huòng
cùa tu truòng
va
su chuyén mùc giùa chùng dugc biéu
dién
trèn

hình 1.4.
10
Trang thài ca bàn
^^^(j
=1/2) tàch thành 2 mùc Zeeman ùng vói
Mj=
±1/2,
trong khi dò trang thài p tàch thành 2 trang thài theo su kèt càp cùa spin trong quy dao
dò
là:
%f2Q
= 3/2)
và^Pj^CJ
=1/2). Trong
tu
truòng
%^(j
= 3/2) tàch thành 4 mùc khàc
nhau vói
Mj =
± 3/2, ± 1/2,
con ^Pj^sCi
=1/2) tàch thành 2 mùc khàc nhau ±1/2. Chuyén
tièp giùa càc mùc
nàng
lugng này dugc phàn chia thành 2 dang. Chuyén mùc a tucmg
ùng vói già tri
AMj
=
±1,

phàt quang cùa chuyén tièp này là do su dào cùa
mómen
spin
theo ehiéu song song vói
tu
truòng hoac truc giao vói
tu
truòng. Chuyén mùc n ùng vói
chuyén mùc
AMj
= 0, chùng
co bue
xa phàn cuc
nguge
song song vói tu truòng. Chùng
ta thày ràng eà hai loai
co
10 chuyén tièp: 6 chuyén tièp a
va
4 chuyén tièp
TI.
Nhu vày eó 2 ành
huong
cùa
tu
truòng dé'n phàt xa: su tàch mùc cùa phó theo hiéu
ùng Zeeman
va
su dào theo chiéu
tu

truòng .
3/2
1/2
^S
1/2
<
\
\
o
M
^
r
'
1
^
r
'
y
^
r
y
r^
^
r
^
r
+3/2
+1/2
-1/2
-3/2

+1/2
-1/2
+1/2
-1/2
u
a
"•a
Hìnhl.4.
Càc mùc nàng lucmg va càc chuyén mùc giùa trang thài
p
va
s
1.1.4.3.
Tinh chat
tu ciìa
ZnO pha Co
Tmóc hét
chùng ta xét ca che sàt
tu
trong
càc
ban dàn pha
tir
loàng (DMS) nói chung.
Trono càc chat sàt
tir,
tuong
tàc trao doi
co
tàc dung dinh huóng càc mó men

tir
cùa càc
11
nguyén tu song song vói nhau. Tuang tàc trao dói quyèt dinh già tri cùa nhiét dò tràt tu
tu.
Tuang tàc trao dói phu thuòc vào mói truòng khóng gian giùa càc nguyén
tu,
chi tón tai
trén
mot
khoàng càch ngàn
va
giàm nhanh theo khoàng càch. Trong càc vat liéu sàt
tu
co
ba kièu tucmg tàc trao dói
[13]:
*Tucmg
tàc trao dói truc tièp (direct exchange interaction) xày ra khi càc hàm
song
cùa càc dién tu cùa 2 nguyén
tu
làn can phù nhau (hình 1.5 a)
*Tucmg
tàc trao dói gian tièp (indirect exchange interaction) giùa 2 ion tu khóng
eó su phù nhau cùa càc hàm
song,
dugc thuc hien thóng qua su phàn cuc cùa dién tu
dàn (hình L5b).
*Tucmg

tàc siéu trao dói (Superexchange interaction) giùa 2 ion
tu
khóng eó su
phù nhau truc tièp cùa càc hàm
song,
dugc thuc hién thóng qua su phù nhau vói hàm
song
dién tu cùa ion khóng
tu
trung gian (hình
1.5c).
(a)
•Q
prò
0
(b)
(e)
Hinhl.5.
Càc kiéu tuang tàc trao doi trong vàt liéu sàt
tu:
(a) - truc tiép, (b) -
gian
tiép,
(e) -
siéu trao doi.
Dói vói càc bàn dàn pha
tu
loàng (DMS) dugc tao nén
bang
càch pha vào vàt liéu

bàn dàn khóng tu càc tap
chat
là càc nguyén tó kim loai chuyén tièp dà
co mot
so già
thuyèt dua ra cho
tinh
sàt
tu.
Càc mó hình này già thièt
mot
càch don gian càc DMS là
càc hgp kim xuàt phàt
tu
bàn dàn khóng
tu tinh
góc
va
càc kim loai chuyén tièp dugc
pha vào nàm
mot
càch ngàu nhién khi thay thè cho
mot
trong càc thành phàn cùa mang.
12
Trong ly thuyèt này eó nhùng già thuyèt khàc nhau
ve
su tuang tàc cùa càc hat tài tu
do.
Dietl va

Ohno [14] dua ra mó hình DMS vói tap
tu
là Mn.
Dira
vào ly thuyèt
truòng trung bình, càc tàc già trong [14] cho ràng
tinh
sàt
tu
xày ra qua càc tucmg tàc
giùa càc mó men
tu
dinh xù cùa càc nguyén
tu
tap kim loai chuyén tièp dugc trung gian
bòi càc
lo
tróng tu do trong vat liéu
tue
là eó lién kèt trao dói manh giùa càc hat tài
trong vùng p
va
càc dién tu trong lóp 3d cùa càc ion
tu.
Tucmg tàc giùa 2 he này se dàn
tói trang thài ca bàn vói tuang quan sàt
tu
tàm xa nèu su trao dói sàt
tu
dugc trung gian

bòi hat tài dù manh
de
thàng dugc tuang tàc phàn sàt
tu
tàm ngàn.
Trong truòng hgp dinh xù manh càc tàc già cho ràng
mot
trong nhùng nguyén
nhàn tao
tinh sài tu
là do càc polaron
tu
lién kèt (Round magnetic polaron BMP).
De
tàng nàng lugng Coulomb càc BMP thuòng dugc tao ra xung quanh càc cap gàn nhau
cùa càc acceptor bi ion hoà. Khi
mot lo
tróng dinh xù giùa 2 ion
tu
thóng qua tuang tàc
kép Zener se
gay
ra
mot
hén kèt sàt
tu
manh làm thàng thè tuang tàc phàn sàt
tu
siéu
trao dói

ben
trong. Càc tàc già trén cho ràng trong bàn dàn loai
II-VI,
càc BMP khóng
dugc tao nèn xung quanh càc tap ion
tu,
vi
du Mn, nén trong bàn dàn nhóm
Il-VI co
su
giàm
tinh
sàt
tu
do sièu trao dòi.
Tuy nhién chi khi nóng dò hat tài nhó
ihì
già tri trung bình cùa nhiét dò tràt tu tu
tinh
tu mó hình Zener
va
mó hình RKKY
(Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida)
là gióng
nhau, khóng phu thuòc vào su sàp xèp vi mó cùa spin. Né'u nóng dò hat tài lón
thi
mó
hình Zener khóng
dùng
nùa

ma
phài dùng mó hình RKKY. Mó hình RKKY cung càp
su phu thuòc cùa nàng lugng tucmg tàc cùa càc cap spin rièng le nhu là hàm cùa khoàng
càch cùa
chùng.
Chinh diéu này tao khà nàng dành già nàng lugng cùa he dói vói
mot
phàn bó cho truóc cùa càc spin dinh xù. Su giàm dò lón cùa tuang tàc trao dói dugc
trung gian bòi hat lai vói khoàng càch r giùa hai spin Mn dugc mó tà bòi hàm RKKY.
Trong truòng hgp khi thòi gian xuyén ngàm trung bình cùa hat tài giùa càc càp
Mn
dai han-mot
càch dàng ké so vói dò sàu gièng thè lièn quan tói ion tu
thi
mó hình
Zener cùng khóng dùng dugc. Trong truòng hgp này mó
hlnh
trao dói kép
(doublé
exchange)
là thich hgp de mò tà tuang tàc trao dói dugc càc hat tài làm trung
gian.
13
Gàn
day,
Katayama-Kohn-yoshida va Sato
[15]
dà
su
dung phuang phàp Korringa-

Kohn-Rostoker (KKR) vói gàn dùng thè kèt hgp (CPA- Coherent potential appoximation)
(KKR-CPA) [15]
de tinh
càu truc dién
tu
cùa DMS dua trén càc hgp chat nhóm
HI-V va
II-
VI.
Tu
kèt
qua tinh
toàn dua trén tuong tàc trao dói kép, càc tàc già dà
de
xuàt mot nguyén
tàc don giàn
de
giài thich càc trang thài
tu
tmh trong càc DMS nói chung. Kèt
qua
cho thày
trang thài thuy tinh spin (Spin
glass)
cùa (Zn,Mn)0 là ón dinh cao boi tuang tàc siéu trao dòi
phàn sàt
tu.
Khi phàn
tich
màt dò trang thài (DOS) dà

tinh
dugc, càc tàc già thày ràng dò ón
dinh cùa trang thài sàt
tu
tuang ùng
tòt
vói màt dò càc trang thài 3d
a
mùc Femi.
Tinh
toàn
vói DMS sàt
tu
dua trén hgp
chat
II-VI eó càu trùc già kèm nhu
ZnS,
ZnSe,
ZnTe pha Cr, V
thi
trang thài sàt
tu
eó thè tón tai
ma
khóng càn pha tap loai n hay p vi
nrong
tàc trao dói kép
sàt tu tròi
hoTi va
thàng tuong tàc siéu trao dói phàn sàt

tu.
Khi càc hgp chat này pha Mn,
Fé,
Co,
hay Ni
thi
luòn
co
trang thài thuy tinh spm (spin glass). Tinh toàn cho thày ZnO pha Mn
luón
eó trang thài spin glass
con
ZnO pha V, Cr,
Fé,
Co, Ni
co
trang thài sàt
tu.
Chuong II
CÀC
PHUONG
PHÀP CHE TAO VÀT LIÈU
2.1.
Giói thiéu chung
Hién nay trén thè' giói dang phàt trién
rat
nhiéu phucmg phàp
che
tao màng
mòng,

tu
nhùng ky thuat hién dai nhu epitaxy chùm phàn tu (MBE),
làng
dgng xung
laser (PLD), phùn xa Katot (sputtering), làng dong boi hóa hoc (CVD) dé'n càc ky thuat
tuong dói don giàn nhu phun dung dich trén
de
nóng, làng dong hóa hoc, Sol-gel
De
che tao bòt bàn dàn
va
pha tap, cùng eó mot
so
phucmg phàp nhu sol-gel, dóng kèt
tua
Mói phuong phàp déu
co
càc uu diém
va
nhugc diém rièng tùy thuòc vào muc dfch
nghién cùu, ùng dung cùng nhu loai vat liéu. Trong chucmg này se trình
bay
chi tièt
hon
ve
phuang phàp sol-gel dà dugc
de
tài su dung
de che
tao màng va bót ZnO pha tap

va
khóng pha tap dùng cho muc
dich
nghién cùu, ùng dung phù hgp vói hoàn cành
va
diéu kién cùa Viét Nam.
2.2.
Càc phuong phàp tao màng
2.2.1 Phuong phàp phun
tinh
dién
Phuong phàp này dugc thuc hien duói tàc dung cùa dién truòng. Dién truòng
tu
nguón cao thè (khoàng 20 kV) làm cho dung dich eó chùa tién
chat
cùa vat liéu càn tao
bi bàn xuóng
de
nóng duói dang suong mù
va
ngay sau dò làng dgng trén
de
va tao
thành màng.
Phuong phàp này
co im
diém là don giàn,
de
thuc hien, chi phi rè, màng thu
dugc eó dò dóng déu cao, dién phù ròng.

Vói ZnO, khi su dung phucmg phàp này eó thè dùng muói kèm acetat hòa tan
trong dung mói là rugu isopropanol
va
nuóc càt. Màng dugc tao trèn
de ki'nh
vói nhiét
dò
de
nàm trong khoàng 300 -
400^^C.
2.2.2 Phuang phàp phùn xa Katot (sputtering)
Day là phuang phàp tao màng mòng tuong dói hién dai. Màng dugc tao trong
buóng chàn khòng cao (co
10"^
Torr). Co
so
cùa phuang phàp này dua trén hiéu ùng bàn
phà cùa càc hat tài
co
nàng lugng cao vói càc nguyén tu cùa
chat ràn
càn tao màng làm
bia (bia dugc nói vói Katot) làm bat càc nguyén tu bia huóng tói
de (de
dugc nói vói
anot) rói làng dgng tao thành màng. Càc nguyén tu dùng de bàn phà bia thuòng là
khi
tra argon vói bia là góm dugc tao
tu
bòt ZnO nung thèu kèt.

Che dò
tao màng này tièt
kiém dugc nàng lugng, càc hat tói
de
eó nàng lugng cao do dò màng
co chat
lugng tot,
dò chàc dac
va tinh
dinh huóng cao. Tuy nhién già thành cùa san pham tao
bang
phuong phàp này tuong dói cao.
15
2.2.3 Phuang phàp Sol-gel
Phuong phàp Sol-gel dà
co tu
hcm 30 nàm nay, tuy nhién hién nay nò vàn dang
dugc chù y àp dung ròng rài
vi
nhùng uu thè rièng nhu cho phép tao dugc eà màu khói,
màu màng
va
bót vói quy trình khòng phùc tap
va
tièt kiém nàng lugng.
Bàri chat
cùa phuong phàp Sol-gel là
dira
trén phàn ùng thùy phàn
va ngimg

tu
cùa càc tién
chat
(precursor)
bang
càch diéu chinh toc dò cùa hai phàn ùng trén
de
dat
dugc vàt liéu mong muón.
Tu
dung dich (sol) bao góm càc
chat
dua vào phàn ùng dugc
hòa tan vói nhau qua phàn ùng thùy
phàn va
ngung tu ta thu dugc gel. Sau dò gel xóp
này dugc dua xù ly
de
tao ra càc
chat
ràn.
Dua vào vàt liéu ban dàu
de
su dung cho qua trình tóng hgp nguòi ta eó thè chia
phuong phàp Sol-gel thành 3 dang chinh:
+ Sol-gel di tu thùy phàn muói trong dung dich nuóc
+ Sol-gel di
tu
thùy phàn phùc
chat

+ Sol-gel di
tu
thùy phàn alkoxide.
Trong ba càch trén, phucmg phàp thùy phàn alkoxide cho
chat
lugng
san
pham
tòt nhàt tuy nhién già thành cùa nguyén vat liéu
rat
cao.
Phucmg phàp thùy phàn muói cùng thuòng dugc chgn
vi
càc muói dugc su dung
là
rat
rè so vói càc phuang phàp khàc. Tuy nhién, phucmg phàp này khó diéu chinh
de
hat tinh thè eó
kich
thuóc nano.
Khi tao màng
bang
phucmg phàp Sol-gel thuòng dùng 3 càch: nhùng
de
vào
dung dich sol (dip-coating)
va
kéo lèn vói càc toc dò kéo phù hgp hoac giò dung dich
trén

de va
quay li tàm (spin-coating)
va
thào (draining) hoac phun (spraying).
Phuang phàp Sol-gel
co
càc uu diém sau:
+ Dugc thuc hien ò nhiét ò nhiét dò thàp, giàm dugc su bay hai cùa càc thành phàn do
dò tièt kiém nàng lugng nhiét, giàm ó nhiém mói truòng
vi chat
dóc.
+
Co
thè tròn làn ò quy mò nguyén
tu.
Khóng tón nàng lugng nghién
tròn.
-H
Cho
san
pham
co
dò tinh khièt, dóng nhàt cao, bé mat rièng lón, boat
tinh
cao,
co
thè
bao phù 2 mat cùa càc vàt
co
hình dang bat ky.

+ Diéu khién dugc hàu hèt càc giai doan tóng hgp san pham.
+ Hóa
chat co
thè su dung nhiéu làn, tao ra
it chat
thài.
Nhugc diém cùa phuong phàp này là già thành
con
tuang dói cao
va
khó tao dugc màng
day.
2.3 Phuong phàp tao bòt
2.3.1 Tao bòt
bang
phuong phàp sol-gel
Ve
nguyén tàc,
che
tao vat liéu dang bòt
bang
phuang phàp sol-gel cùng gióng nhu càc
quy trình
che
tao màng trong phàn 2.2. Chi tièt cùa
qua
trình
che
tao dugc trình bay
trong [ 29 ].

16
2.3.2 Tao bòt
bang
phuong phàp dóng kèt tua
Bàn
chat
cùa phuong phàp này là kèt
tua
dóng thòi càc ion
co
trong thành phàn cùa oxit
phùc hgp
tu
dung dich : Hidro oxide
va
cacbonate kèt
tua
thu dugc dem rùa, nung, sày
sé thu dugc vàt liéu mong muón. Phuang phàp này
co
uu diém là khi càc diéu kién tao
vàt liéu dugc khóng
che tòt thi san phàm
eó dò dóng nhàt, dò tinh khièt hoà hoc cao, bé
màt riéng lón, tón
it
nàng lugng. Tuy nhién diéu này rat khó thuc hién vi trong qua trình
rùa kèt tua sé kéo theo
mot
so càch chon

loc
ion làm san pham kèt
tua co
thành phàn
khàc so vói ban dàu.
17
Chuong III
CÀC KÈT
QUA VA
THÀO LUAN
3.1.
Che tao màng ZnO pha Co
va
nghién cùu càc tinh chat vàt ly
Bàn dàn pha loàng
tu
dang dugc quan tàm
rat
manh nhò eó thè kèt hgp giùa bàn
dàn khòng
co tu tinh va tu tinh
cùa càc ion kim loai chuyén tièp khi dugc pha vào bàn
dàn chù.
Day
là
mot
huóng manh trong
linh
vuc spintronics.
Trong phàn này sé trình

bay
càc kèt
qua
tao màng ZnO pha Cobàng phuang
phàp Sol-gel.
3.1.1 Che tao màng ZnO
Tai khoa Vat ly truòng Dai hoc Khoa hoc Tu nhién, phuong phàp Sol-gel dugc
su
ddng
làn dàu lién vào dàu nàm 2001 tai phòng
thi
nghiém Vàt ly bàn dàn cùa Khoa .
Cóng trình tao màng ZnO dàu tién dugc dua bào cào tai hòi nghi vàt ly chat ràn toàn
quóc làn thù 3,
8-2001
tai Nha Trang.
Trén hình
3.1
là giàn
dò
nhiéu xa tia X cùa càc màng ZnO
che
tao dugc [16].
Nhìn giàn
dò,
de
thày ràng chi xuàt hién dinh nhiéu xa (002). Diéu dò chùng tò
càc hat tinh the
co
dinh huóng sao cho truc

e
vuòng góc vói bé mat
1800
1200 -
U
HìnhS.l.
Gian
do
nhiéu
xg
lia Xcùa
màng ZnO che tao
bang phuang
phàp Sol-gel [là]
3.1.2 Màng ZnO pha kim loai chuyén tièp Co
Chùng tói
che
tao màng ZnO pha tap Co
bang
phuang phàp Sol-Gel theo huóng
thuy phàn muói
va
tao màng
bang
phuang phàp nhùng phù trén
de
thuy tinh,
Silic.
Màng ZnO khòng pha tap dugc
che

tao vói tién
chat
ban dàu là muói
Zn(CH3COOH)2.2H20
cùng càc dung mói ethylenglicol, isopropanol, xùc tàc
triethylamine [17,18].
De
tao màng ZnO pha Co, chùng tói cho thém muói Co(NO-
3).6H20.
Nóng dò Co trong ZnO dugc
tinh
theo ti le
so
nguyén
tu
Zn:Co. Khi dò sol tao
ra trong suót
va co
màu hóng dac trung cùa Co. So
dò che
tao màng ZnO pha tap dugc
mó tà
ohình
3.2.
Trong
qua
trình thuc nghiém tàt cà càc hoà
chat su
dung cùa hàng Prolabo cùa
Phàp

co
dò tinh khièt 99,9%. Mày khuày
tu
dùng trong thuc nghiém là
san
phàm cùa
Anh
co
dàu so sành nhiét dùng
de
dàt nhiét dò cùa dung dich khuày nhu y muón. Sol
dugc pha
mot
ngày truóc khi tao màng.
De
thuy tinh
va
Si dugc rùa sach
bang
nuóc càt,
sày khó, sau dò
de
dugc nhùng vào lo sol
va
dugc rùt ra
bang
thièt bi
nhùng
do bó món
Vàt Ly Dai

Cuong
tu
che
tao vói
toc
dò
co
the thay dòi dugc. Dò
day
màng phu thuóc
vào toc dò rùt
de'.
Trong càc
thi
nghiém ò day,
toc
dò rùt
de
dugc chon là 3cm /phùt.
De
tao màng
co
dò
day
lón chùng tói su dung phuong phàp chóng lap nhiéu lóp.
Càc màng tao dugc de ón dinh trong thòi gian 24h sau dò sày khó
ò lOO'^C
trong 30
phùt truóc khi chóng lóp tièp theo. Sau khi chóng dù
so

lóp càn thièt màng dugc dem di
ù hoàn thién.
Chùng tói tao càc màng ZnO khóng pha tap
va
ZnO pha Co vói nóng dò tu lat%
dé'n
25at%
[17,18]
Càc màng trén
de
thuy tinh dugc ù nhiét
500"C
thòi gian 3h trong khòng
khi.
Càc màng trén
de
Si dugc ù nhiét
650"C
thòi gian 3h cùng trong mói truòng khóng
khi.
Màu dugc ù nhiét trong
lo
hình óng
ho
2 dàu, nhàn hiéu Carbolite,
co
tai bó món
Vàt Ly Dai Cuong. Day là
lo
ù nhiét hién dai

co ti'nh
nàng lap trình nhu y muón,
co thè
khóng
che
nhiét dò ù ón dinh hoac tàng nhiét trong tùng giai doan.
Tàt cà càc màng tao ra nhìn
bang
màt thuòng déu trong suót va
co
màu xanh dac
trung cùa Coban.
Dò
là do chuyén mùc
d-d'
cùa càc ion Co. Lugng tap chat Co trong
màu càn2 nhiéu
thi
màu ành sàng xanh cùa màu
càn^
dàm.
19
Q(N03)2.6H20
Zn(CH3COOH)2.2H20
XÙC
tàc
triethylamine
^
w
^r

Cho vào
eoe
hòa tan
khuày déu ò
nhiét
dò
70°
dén
80° trong 120
phùt
Ethylenglicol
Isopropanol
4
r
Làm già 24h
^
r
Sol trong suót, dóng
nhàt
^
^
Nhùng phù
ì
r
Sày khó
a
100
°c
ì
r

Ù nhiét 500
°c
vói de thùy
tinh,'650°cvóideSi3h
trong khóng khi
1
r
MàngZnO:Co
Làp
lai so làn
=
so lóp càn
che'
tao
Hinh3.2. Sa do
chétgo
màng ZnO.Co
bang
phuang phàp nhùng phù
sol-
gel
20
• Ket qua phàn tich càu trùc
Càu truc cùa màng ZnO pha tap Co vói càc nóng dò khàc nhau dugc khào sàt qua
giàn
dò
nhiéu xa tia X
.Trén
hình 3.3
va

hình 3.4 là ké't
qua
thu dugc theo [17]
Q.
U^
•a
e
•§
O
160-
140-
120-
100-
80-
60-
40-
20-
0-
1
a
' b
1 1 1 1
, . ,
1 1 1
0
20
30 40 50 60 7(
20 (dò)
Hình3.3.
Pho nhiéu

xg
tia
Xcùa
màng ZnO.Co de'thuy tinh
ù à
nhiét dò 500"C vài càc
nong dò khàc
nhau:
a-2%,
b-5%,
C'10%.[17]
C/5
Cu
O
e
U
250
200
150
100
20
30 40
26
(dò)
Hinh3.4.
Pho nhiéu
xg
tia
Xcùa
màng

ZnO:
Co
5%
déSi ù
à650"C[I7J
Theo giàn do ta thày tàt cà càc màng déu
co
càc
dinh
nhiéu xa dac trung cho càu
trùc lue giàc Wurtzite cùa ZnO ò càc vi tri góc 20 =
31.7^
34.4
^,
36.2^
tuang ùng vói
21
càc chi
sÓ
Miller
(h,k,l)
là (100), (002), (101). Qua giàn
dó
cùng khòng thà'y pha la nào,
chùng tò Co dà thay thè Zn trong càu trùc lue giàc Wurtzite.
Dói vói màng ZnO pha tap Co vói nóng dò 5%
va
10% cuòng dò tuong dói cùa
dinh 002 lón hon so vói càc dinh khàc chùng tò màng
co

dinh huóng uu tién theo truc e
theo huóng vuòng góc vói de. Ta cùng thày nóng dò Co pha tap càng cao thi cuòng dò
dinh nhiéu xa càng yèu. Su giàm cuòng dò dinh nhiéu xa tia X khi nóng dò Co tàng là
do khi pha càc kim loai chuyén tièp vào ZnO
thi
su ké't tinh cùa ZnO bi giàm do giói
han cùa dò hoà tan
va
càc hoà tri khàc nhau
co
thè cùa càc kim loai 3d. Ngoài ra
chat
lugng màng
con phti
thuóc vào
tinh chat de
va nhiét dò nung ù màng. Trén hình 3.4
chùng ta thày dói vói màng ZnO:Co 5% hai lóp phù trén
de
Si dugc nung ù
o
nhiét dò
cao hon thi màng kèt tinh
tòt
hon, càc tinh thè eó dinh huóng uu tièn theo truc C rò rét.
Tuy nhién viéc nàng cao nhiét dò nung ù dói vói càc màng phù trén
de
thùy tinh là khó
khan vi
nèu nhiét dò ù cao hon sé làm bièn dang

de.
Theo càc tàc già ò [19]
thi
khi pha tap Co
co thè
vào mang ZnO vói ion
Co^"*"
hoàc
Co-^"^.
Nèu ion
Co^^"^
vào ZnO thi su ké't tinh cùa ZnO sé bi ành huòng do su tao nén sai hòng vi
trang thài hóa tri cao hcm. Nèu chi
co
Co^"*"
dugc pha vào ZnO va nò thay thè
Zn^"^,
su
sàp xèp nguyén tu bé màt
ben
trong tinh thè ò mot chò nào dó se bi co lai do duòng
kinh ion
Co^""
(0.58 A") nhò hon duòng
kinh
ion
Zn^""
(0.60 A"). Vi truc a cùa mang tinh
thè song song vói màt trong tinh thè nén trong truòng hgp này hàng
so

mang a
sé
bi nhò
di kéo theo su tàng lèn cùa hàng
so
mang e
va
e tàng tuyèn
tinh
vói nòng dò Co. Nèu
co
cà
Co^""
va
Co^""
vào ZnO ò vi tri dién kè hoac thay thè
Zn^""
thi
hàng so mang a sé lón
hon
va
hàng
so
mang
e
sé nhò di do
co
càc thay dòi trong mang tinh thè [19]. Tuy
nhién cùng
co

nhùng cóng trình cho thày khi nóng dò Co tàng, hàng
so
mang e hàu nhu
khóng thay dói.
Càc kèt qua
tinh
hàng
so
mang a
va e
[17, 20] cho thày vói càc màng phù trén
de
thùy
tinh a cùng diéu kién che tao, khi pha Co vào ZnO hàng so mang
e
giàm di dóng thòi
hàng
so
mang a cùng giàm di.
Con
càc màng trèn
de
Si
thi hàng
so mang
e
tàng lèn
con
hàng
so

mang a lai giàm di. Màt khàc càc màng trén
de
Si
co
dò kèt tinh
va
dinh huóng
tòt
han. Nhu vay
co
thè kèt luàn ràng ion Co dà vào mang cùa ZnO
GJ
Si chù yèu là
22
Co^"*"
va 0
vi
tri
thay thè
Zn^"^
trong mang nén.
Con
dói vói càc màng Zn:Co phù trén
de
thùy tinh
thi
ion Co dà vào mang ZnO ngoài ion
Co^"*"
con
eó cà ion

Co^"".
Qua viéc phàn tich phó nhiéu xa tia X
co
thè kèt luàn ràng càc màng tao ra déu
co
càu trùc
lue
giàc Wurtzite, viéc pha tap Co vào mang tinh thè ZnO khóng làm thay dói càu
trùc lue giàc
ma
chi làm hàng
so
mang thay dói chùt it.
• Ket qua phàn tich phó hàp thu
va
truyén qua
Khi ion
Co^"*"
thay thè
Zn^"*^
trong tinh thè ZnO, nò dugc dàt trong truòng tinh thè
tu
dién. Nhu
dà
trình
bay
ò chucmg II, càc mùc nàng lugng cùa
Co^''(3d^)
trong ZnO do
tuong tàc Coulomb, tuong tàc truòng tinh thè

va
tucmg tàc spin- quy dao ma eó su tàch
mùc.
Co
thè quan sàt thày càc chuyén mùc này khi do phó truyén qua cùa càc màu pha
tap Co, dó chinh là càc chuyén mùc
d-d*
cùa ion
Co^""
trong truòng
tu
dién. Phó truyén
qua cùa càc màng ZnO pha Co dugc dua ra trèn càc hình 3.5 [18,21].
Quan sàt phó truyén qua cùa càc màng ZnO pha Co trèn
de
thuy tinh ò hình 3.5
ta thày
co
3 dinh hàp thu trong vùng nhìn thày tai càc buóc
song:
570 nm (2,18 eV), 620 nm ( 2,0 eV), 660 nm (1,88 eV).
Càc dinh hàp thu này tuong ùng vói càc chuyén mùc d-d* cùa
Co^''[22]:
%(F) -> ^E(G) ^
1,88
eV
X(F) -^ Ti(P) ^
2,02
eV
%(F) ^ 'Ai(G) ^

2,18
eV
400 500 600
biròc song (luii)
Hinh3,5.
Pho truyén qua cùa màng 6 lap ZnO pha Co trén de thùy tinh
a'5%,
b-màng
ZnO khóng pha top [17,21]
23
Kèt qua này cùng dà dugc càc tàc già trong [23, 24] thóng bào.
De
khàng dinh
su hàp thu do chuyén mùc d-d* trong ion
Co^"*",
dó thi phó truyén qua cùa ZnO khòng
pha Co cùng dugc dua ra trén hình 3.5,
Co thè
thày
rat
rò là phó truyén qua cùa màng
ZnO khòng pha tap khòng thày xuàt hién dinh hàp thu nào.
Ngoài ra trèn dó thi hình 3.5
co
thè thày su dich bò hàp thu
ve
phia
song
dai,
cuòng dò

càc dinh hàp thu tàng khi nóng dò Co tàng lén dó'i vói càc màng
co
cùng dò
day
[18,19,20].
Chuyén mùc d-d* cùng
co
thè nhan bièt
bang
màt thuòng qua màu xanh
Coban cùa màng.
Theo
tinh
toàn ly thuyèt su dich bò hàp thu
ve phia song dai
là do tucmg
tàc trao dói s - d
va
p - d giùa càc dién
tu
ò vùng dàn
va
càc dién
tu
d dinh xù cùa ion
Co^^
thay chò
Zn^^[23].
• Ké't qua phàn
tich

phó quang huynh quang
Do
co
nàng lugng lién kèt lón (60 meV) nèn tài hgp huynh quang exciton trong
ZnO luón nhàn dugc khi do phó huynh quang ò nhiét dò phòng. Tuy nhién khi pha tap
Co vào ZnO, cuòng dò dinh tài hgp exciton giàm di
va
su giàm này tàng khi nóng dò
Co tàng. Vói càc màu dà
che
tao, khi do phó huynh quang cùa màng ZnO:Co tai nhiét
dò phòng, cuòng dò càc dinh tài hgp exciton giàm manh tói mùc chùng tói khòng phàt
hien thày trén dó thi. Su giàm này cùa cuòng dò dinh exciton
co
thè dugc giài thich trén
co
so
su tàng tan xa hat tài khi tàng su màt tràt tu do pha tap. Su tàng mat dò sai hòng
lién quan dé'n
Co^"*"
khi nóng dò Co tàng cùng
co
thè dóng góp vào viéc giàm cuòng dò
exciton. Phó quang huynh quang cùa màng ò nhiét dò thàp va su phu thuòc cuòng dò
dinh vào nhiét dò dugc thuc hien trong [17,20].
Phó huynh quang cùa màng ZnO pha Co 10% vói buóc
song kich
thich 335 nm do
tai nhiét dò 150 K (hình 3.6) cho thày 6 dinh ùng vói càc buóc
song

371 nm, 377 nm,
382 nm, 388 nm, 392 nm, 414 nm. Tu càc phó do dugc
co
the thày vi
tri
càc dinh a càc
màng pha tap Co
co
su dich chùt
it ve phia
buóc
song dai
so vói càc màng khóng pha
tap.
Diéu này
co
thè giài thich do trén phó huynh quang
co
su dich bò hàp thu
ve phia
song dai
cùa càc màng pha tap Co nèn dò róng
vìing
càm cùa càc màng này giàm so vói
càc màng khòng pha tap.
24
50000
40000
30000
«o-

'^,
20000
I
U
10000
—l—
350
400 450 500
BLTÓC
.song
(nm)
550
600
Hình 3.6. Pho huynh quang cùa màng ZnO pha Co 10% tai nhiét dó
a-14K,
b-50K,c-150K.[17]
Phó huynh quang cùa màu
ZnO:Co
10% tai càc nhiét dò khàc nhau dugc chi ra
trong [20]. Qua dó thi chùng ta thày su phu thuóc cuòng dò dinh vào nhiét dò cùa màng
ZnO pha tap Co cùng khàc vói màng ZnO khóng pha tap. Dói vói ZnO khóng pha tap
cuòng dò càc dinh huynh quang déu giàm khi nhièt dò tàng. Trong truòng hgp ZnO:Co
khi nhiét dò tàng
tu
14 K dé'n 70 K cuòng dò càc dinh déu tàng,
tu
70 K dé'n nhiét dò
phòng cuòng dò càc dinh lai giàm nhanh.
Tu
200 K dé'n nhiét dò phòng cuòng dò dinh

giàm
chàm.
Ngoài ra trén dó thi ta cùng thày
co
su dich dinh
ve phia
buóc
song dai
khi
nhiét dò tàng. Diéu dó
co
thè ly giài là do dò ròng vùng càm giàm khi nhiét dò tàng.
Phó huynh quang gàn bò hàp thu co bàn cùa màu ZnO pha Co dugc gàn vói tài
hgp exiton trong ZnO.
Co
nhiéu co
che
khàc nhau lién quan dé'n huynh quang exiton
cùa ZnO pha Co.
De
eó thè xàc dinh dugc co
che
nào phù hgp vói kèt qua thuc nghiém
càn bó xung càc phép do khàc nhu do phó huynh quang khi
co
tu truòng, do huynh
quang phàn giài thòi gian,
kich
thich
bang

ành sàng phàn cuc Buóc dàu, chùng tói
cho ràng co
che
tài hgp huynh quang exiton này lién quan dé'n hiéu ùng tuong tàc spin
tap thè vói spin cùa exciton
tue
là polaron tu exciton lién kèt (excitonic magnetic
polaron EMP) [25]. Trong co
che
này exciton dugc tao ra khi
kich thi'ch
quang tuang
tàc vói spin cùa càc ion
tu
Co qua hiéu
ù"ng
tuong tàc sàt tu.
25