Quang phổ Laser - Màng mỏng ZnO pha tạp nguyên tố đất hiếm chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron

Màng mỏng ZnO pha tạp nguyên tố
đất hiếm chế tạo bằng phương pháp
phún xạ magnetron
Phùng Văn Hưng
Đào Vân Thuý


Giới thiệu màng ZnO pha tạp
Nguyên tố pha tạp Tính chất Phương pháp chế tạo
-
Nhóm III: B, Al,
Ga hay In
-
Nhóm IV: Si,
Ge, Ti, Zr hay Hf
-
Halogen: F
-
Trong suốt,
độ truyền qua
cao
-
Điện trở suất
thấp, dẫn điện
tốt
-
Phún xạ magnetron
-
Lắng đọng pha hơi hoá
học hữu cơ kim loại

(MOCVD)
-
Lắng đọng bằng laser
xung (PLD)

Các ứng dụng
•
Màng mỏng ZnO pha tạp Al hoặc In được sử dụng như điện
cực trong suốt cho màn hình dẹt, như là màn hình điện phát
quang (EL) và diod phát quang hữu cơ
•
Màng ZnO pha tạp Al, Ga hay B với một bề mặt thô ráp dùng
làm điện cực trong suốt cho pin mặt trời α-Si và CuInSe
2

Người ta cho rằng màng mỏng ZnO pha tạp Al hoặc Ga là
tốt nhất cho màng trong suốt dẫn điện

Hướng nghiên cứu mới, pha tạp nguyên tố đất hiếm (Sc,
Y…) vào ZnO để tạo màng trong suốt dẫn điện

Thí nghiệm
•
Dùng phương pháp phún xạ magnetron DC
–
Bia (đường kính 150mm): hỗn hợp bột ZnO và Sc
2
O
3
(hoặc

Y
2
O
3
), nung ở nhiệt độ 1050
0
C trong môi trường Ar+H
2
–
Phún xạ trong môi trường Ar ở áp suất 0.4 đến 1.4Pa
–
Thời gian rửa bia: 30 đến 120 phút
–
Nguồn DC 50W
–
Đế thuỷ tinh kính thước 20x110mm đặt song song với bia
–
Khoảng cách bia đế: 45mm
–
Tốc độ lắng đọng khoảng 5-28 nm/phút
–
Tỉ lệ Sc
2
O
3
:từ 0-10wt%
–
Nhiệt độ đế: từ nhiệt độ phòng đến 350
0
C

Thí nghiệm
•
Khảo sát các tính chất màng:
–
Độ dày màng được đo bằng phương pháp Stylus.
–
Điện trở suất và độ linh động Hall được đo ở nhiệt độ phòng
bằng phương pháp Van der Pauw
–
Thành phần cấu tạo của màng được đo bằng phổ tán xạ năng
lượng tia X (EDS).
–
Cấu trúc tinh thể được khảo sát bằng phổ nhiễu xạ tia X
–
Phổ truyền qua được khảo sát trong vùng bước sóng từ 300
đến 800nm.

Kết quả
•
Hiệu ứng pha tạp của đất hiếm trên ZnO:
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc
của điện trở suất, nồng độ hạt
mang điện, độ linh động Hall
theo tỉ lệ của Sc
2
O
3
của màng ở
nhiệt độ đế 200

0
C, áp suất 0.8Pa
- ρ: Điện trở suất.
- n: Nồng độ hạt mang điện.
- µ: Độ linh động Hall
 Điện trở suất nhỏ nhất
4.2x10
-4
Ωcm, với nồng độ Sc
2
O
3

là 2 wt%

Kết quả
•
Hiệu ứng pha tạp của đất hiếm trên ZnO:
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc
của điện trở suất, nồng độ hạt
mang điện, độ linh động Hall
theo tỉ lệ của Y
2
O
3
của màng ở
nhiệt độ đế 200
0
C, áp suất 0.8Pa
- ρ: Điện trở suất.

- n: Nồng độ hạt mang điện.
- µ: Độ linh động Hall
 Điện trở suất nhỏ nhất
7.9x10
-4
Ωcm, với nồng độ Sc
2
O
3

là 4 wt%

Kết quả
•
Hiệu ứng pha tạp của đất hiếm trên ZnO:
Đồ thị biểu diễn phổ truyền
qua của màng ZnO:Sc được tạo
ra ở 200
0
C với hàm lương Sc
2
O
3

khác nhau (a: 0%, b:1%, c: 3%)
và độ dày từ 340 đến 370nm
Sự dịch chuyển xanh của bờ
hấp thụ khi tăng hàm lượng
Sc
2

O
3
chủ yếu là do hiệu ứng
Burstein-Moss, gây ra bởi sự
tăng lên của nồng độ hạt mang
điện.
 Sc là một chất pha tạp tốt cho việc chế tạo màng mỏng
trong suốt dẫn điện ZnO