Chế tạo và nghiên cứu các tính chất của vật liệu zno pha tạp in, mn

Đại học Quốc gia Hà nội
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
%Hc

Tén

đề

tài

♦

: C h é t ạ o và n g h iê n cứ u c á c tín h c h ấ t

c ủ a vật liệu Z n O ph a tạ p In , M n .

Mã sỏ: QT- 07-20

Chủ trì để tài : TS. Ngó Thu Hương
(Khoa Vật lý)

OAI H O C Q U Ố C G IA HÀ NỘI
ỈRUNG TẨM THÔNG TIN THƯ VIỀN

Ĩ)T

Hà nội - 2007

I

1£±

Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

Đại học Quốc gia Hà nội
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
%Hí%ĩHỶỶ % #

Tên

đ ế t à i : C h ẽ t ạ o và n g h iê n cứu c á c tín h c h ấ t
củ a vật liệu Z n ( ) pha tạp In, M n .

Mã sỏ: QT- 07-20

Chủ trì đề tài : TS. Ngỏ Thu Hưưng
Các thành vién tham gia:
Học vién cao hoc Lé Thị Lưu
Sinh viên: Trịnh Minh Cánh

Hà nội - 2007


1. Báo c á o t ó m tắt

Tên đề tài : C h ế tạo v à n g h ié n cứ u c á c tín h c h ấ t c ủ a vậ t liệu Z n O p h a
tạp In, M n .
a.

(M ã sô' : Q T -0 7-20 ).

b. C h ú trì đề tài : TS. N g ỏ Thu Hương
c. C á c th à n h vién t h a m gia: học vicn ca o học Lê Thị Lưu, sinh viên
T rịnh M in h Cánh.
d. T h ờ i gian th ự c h iệ n từ tháng I năm 2 0 0 7 đến tháng 12 năm 2 007.
e. M ụ c tiêu và nội d u n g n g h iê n cứu: Muc ticu nehicn cứu của đề tài
là c h ế tạo v ật liệu Z n O ph a lạp In, M n và n g h iê n cứu các tính c hát câu Irúc
nano, tính c h ấ t q ua n g và tính c hất từ c ủ a loại vật liệu này.
f. C á c k ế t q u á đ ạ t đ ư ợ c : K ế t q u á c ú a đ ề tài b a o g ồ m : 0 2 bài b áo th a m
dự hội nghị V iệ t - Đ ứ c th á n g 3 n ă m 200 8 đ ã đ ư ợ c c h ấ p nh ận . 01 báo cáo tại
Hội nghị khoa học sinh viên khoa Vật lý nãm 2007. đ ã h ư ớ n g dẫn 01 k h ó a luận
lốt ngh iệp và 01 luận vãn c a o h ọc.
g. T in h hình kinh p hí c ứ a đ ề tài:
T ố n g kinh phí thự c chi: 2 0 .0 0 0 .0 0 0 đ ồ n s
T r o n g đó

- T ừ n g â n sá c h n h à nước: 2 0 .0 0 0 .0 0 0 đổriiỉ
K inh phí ĐHỌCi: 0
Vay tín ílụng: 0
Vôn tự có: 0
Chủ trì để tài
(Ký và ghi rõ họ tẻn)

Khoa q uàn lv
(Ký và ghi rõ ho tèn)

3


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

. Brief project report
a. Project title: (QT-07- 20)
b. Project co-ordinator: Dr. Ngo Thu Huong
c. Co-operator: M aster student: Le Thi Luu
Student: Trinh Minh Canh.

d. Duration: from 2007, Januarv to 2007, December)
e. Objectives and scientiíic contents: The main object of this proịect 1S
abrication the In. Mn doped ZnO materials and studying the nano-strueture,
iptical and magnetic properties ofihe.se malerials.
f. Results: 02 papers in Germany-Vietnam ese sem inar on March 2008
were accepted, 01 presentation at the seminar o f student 2007, 0J
student and 01 master studenl were presented.
g. Budget: 20.000.000 VND


lục lục

Trang
Lời mở đầu

6

Tổng quan về vật liệu

7

Các phương pháp thực nghiệm

12

Các kết quà và hiện luận

14

Kết luận

24

Tài liệu (ham kháo

25

5


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho

kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

. Lời mở đầu
Hiện nay khoa học kỹ thuật phái triển với tốc độ nhanh chóng, đặc biệl là
ong lĩnh vực điện tử học và công nghệ thông Ún. Sự phát triển nhanh chóng trong
nh vực này nhờ vào việc khai thác các tính chất liên quan đến điện tích và spin
iộn tử. Gần đây, các loại phân cực spin khác nhau đã được tạo ra trong các chát
án dẫn chứng tỏ các chức năng mới của vật liệu có thể thực hiện được bằng cách
iều khiển trạng thái spin. Do đó, xuất hiện một lĩnh vực mới trong vật lý đó là
pintronic, sử dụng trạng thái spin trong vật liệu bán dẫn, gắn liền với hai cóng
ghệ: công nghệ tạo vật liệu có kích thước nanomet và công nghệ tạo các vật liệu
ó được các tính chất như mong muốn để đưa vào ứng dụng.
Một loại vật loại được ứng dụng nghiên cứu rộng rãi và có nhiều kết quá lý
lú đó là vật liệu ZnO và các hợp phần của chúng pha tap các nguyên tố thuộc
hóm kim loại chuyển tiếp. Do đó, chúng tôi đã chọn hướng nghiên cứu và thực
iện đề tài với nội dung " C h ế ta o và n g h iên cứ u các tín h chất của vật liệu Z n ()
ha tạp ỉn , M n


T Ổ N G Q U A N V Ể V Ậ T LIỆU
Vật liệu bán dẫn Z nO thuộc nhóm A nB VI, có vùng cấm rộng (cõ 3,3
;V), chuyển mức thẳng, có tính áp điện mạnh. Là bán dẫn loại n, với các
lonor là các sai hỏng tư nhiên. Độ dẫn của ZnO có thể tăng lén do pha lạp
:hất donor như (AI, In ...).
■ĩ. Câu trúc tinh thể của ZnO
Tinh thể Z nO có ihể tổn tại dưới ba dạng cấu trúc: Cấu trúc lục giác Wurlzile

1 điều

kiện thường, cấu trúc lập phương giả kẽm ở nhiệt độ cao và cấu trúc lập

íhương đơn giản kiểu NaCl xuất hiện ở áp suất cao.

Ĩ Ỹ —T ^?

o Oxv
•

Kẽm

'Ó :

O-

H ình 1.1: Cấu trúc tinh iliê kiến Wuri:ite cùa ZnO

ở điều kiện thường, ZnO tồn tại rất bền vững và ổn định với các thông số
nạng là a=3,2498 Ả và c=5,2066 Ả. được xếp lồng vào nhau và lệch theo trục c
nột đoạn khoảng 3/5 chiều cao. Đặc biệt, với cấu trúc Wurtzite. mang Z nO có xuất
> liện các mặt phân cực. tạo bởi các mặt diện tích dương cúa mang ion Z n 2+ và mật
iiện tích âm của m ạng ion 0 : sáp xép xen kẽ nhau. Các trục phán cưc cơ han xốp
heo phương Ị0001 Ị.

'Sâu trúc tin h th ê k iế n lâp p h ư ơ n g g ió k ẽ m
1

Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

H ìn h 1.2 :

c 'tiu i r í i c linli ilic k i c n l ợ p p l i i í i ỉ n ” ','/
Đây là một trạng thái cáu trúc giá bền của Z nO xuất hiện ớ nhiệt độ cao,
dạng tinh thê ZnO được hình thành trên cơ sớ mạng lập phương tâm mặt của cation
Zn: ' trong đó các anion (J: năm ơ 4

VỊ

trí hỏc tứ diện lại các tọa độ (1/4, 1/4. 1/4),

(3/4. 3/4. 1/4). (3/4. 1/4. 3/4). (1/4. 3/4. 3/4).
Cấu trúc m ạ n g lưới k ié u N a C l:
Cấu trúc này xuâì hiện ớ áp suất thu ý lĩnh cao khoáng 9.7 Gpa .

()

/.II

Hmh

u

: C t i i i I I ÍU I I I Ợ I I Ị Ì h ũ >1

k ir u N a C I


2. Tính chất của vật liệu Z nO pha tap:
Mặc dù việc tổng hợp và điều khiên linh chãi lù cùa t á c chái hán dần III.rsennide đạt được nhiéu tiên hộ đáng kê. xoriíi các nhiệl (tỏ Curic dược CỎI12 hô
ần còn thấp đẽ ứng dụng vào các linh kiện spinimnic dựa trên họ vặi liệu nàv.
liện nay, các chất vùng cấm rộng là hứa hẹn nhất đõ đạl dược nhiệt độ Curie cao
I ]. Các vậi liêu như GaN và Z nO chứa 5% Mn và có nồng độ lỗ trống cao 3 .5 .102"
in ; dược dự đoán cổ T( cao hơn nhiệt độ phòng. Mội sô vật liệu khác cũng được
ỏng bổ có tính sắt từ lại hoặc trên nhiệt độ phòng nhu: (Cd.M n)G e: P, (Zn.Mn)
ìe: p. ZnSnAs: , (Zn.Co)() [2-5]. Nhưng do ánh hườn tỉ cùa cõng nghệ chê tạo, điéu
;iện nhiệt đô, môi trường nung... mà một sổ vật liệu cũng có tính sát từ dưới nhiệt
lộ phòng, một sô' kêt quá được công hố như: màng Zn,,ir,MnM(l70 . (Zn,Mn)P.
Zn.Mn)Sn |6 - 9].
Bán dẫn hợp cliál vùng cấm lộng là vát liệu rái Iricn vọng đô’ dụt dược nhiệt
:lộ Curie cao [ I ]. Khi sử (lụng lý Ihuyết lruònII Inuiii hình \ ã mô hình sắt tù Zcncr.
Dietl và các cộng sự dã đánh giá nhiệt độ Curio đói vcVi các vịn liệu hán dẫn khác
nhau. Theo mõ hình của Zcncr. độ dài licn kết ngăn tron” các vật liệu bán bần
vùng câm rộng như Z nO gãv ra liên kết mạnh giữa lồ tròng vù các anion và spin
dinh xứ trên các cation từ khi pha kim loại chuyên nép vào mang chú hán dẫn. Có
thê sứ dụng phép gần đúng trường trung hình nếu giá thiết các lỗ tro ne trong Irạnu
(hái mớ rõnii hoặc (lịnh xứ yếu là trung sian cho tirơne lác khoáng tá c h dùi giữa
các spin định xứ. Khi đỏ. nhiệt độ Curie được xác định hứi sự cạnh tranh giữa
tương tác sát từ và tươna tác phan sát từ. Trong mõ hình cùa Dictl. CŨI12 đã tính đến

lính di hướng cùa tương tác trao đổi thực hiên qua các hat lái điện và mỏi liên quan
của nó với liên kết spin quỹ đạo tronu vật

liệu chú. T, tylè với

mặt độ kim loại

chuyến tiếp và mặt độ lỗ trông..
Đoi

với

c á c k im loại c h u v ó n l i c p V .

i v . N i . C'i> u ậ t tư sãt tu i r o n g Z n ( )

được dự đoán xay ra mà không cán bổ xung thẽin các hạt lai điện. Tính sát từ trớ
nên yếu hơn đối với Z nO khi pha kim loại chuyến tiếp 3d và không pha tạp hạt tái.
Các tác giá [ 10-12] cũnu dã tìm ra trạng thái sãt lù là trạng iliái cơ bán cùa V, Cr,
Fo. Ni. Co tm ne ZnO. N hư vậy. (Z n .M n ) 0 pha acccptor và Z nO pha các kim loại
chuyên liếp có lính sát từ.
Ntihiẽn cứu lý tliuvẽt sần dãy 113] đã khao sát cáu IIúc điên lu và tù tính
của màn" m ong ZnO pha Mn khi sử dung các tính toán Ihco nguyên lý thứ nhâì.

9


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai

tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

vêl qu á nhận được cho thấy licn kết tù giữa các ion Mn là phán sát từ phù hợp với
ác tính toán cúa ị 10]. Vì nguyên tứ Mn và Zn có cùng hóa trị nên khôniỉ có các lỗ
rông lự do tham gia vào quá trình tương tác sát lừ khi im iy ẽ n lử Mn thav thô cho
Iiuivcn iư Xn. Cac t;u t!ia dà kól luan rãiìiĩ: đe nhạn iluiíc lính săl lừ Irong hộ
inM n O thì cán giái quyêt các vấn đé vê đổng pha tạp và khuyết lật. Tại nòng độ
vln cao. các nguyên lử Mn tụ đám xung quanh () trong m àng móng ZnMnO. Kết
•Iuá này phù hợp với kết quả thực nghiệm cua 114]. và I ] 5 1 không quan sát thày
.ương tác sắt (ừ trong hệ Z nO pha tạp Mn.
Ngdài ra tính chát quang cùa loại vật liệu này cũng có khá nhiều lý thú. Các
mức chuyến mức thắng, các quá Irì 11h hấp thụ. lái hợp hức xạ cũng dược nghiên
cứu khá nhiéu.
Các ứng dụng của vật liêu bán dản Zn().
Vậl liệu ZnO đã có rái nhiéu ứng cluiiii IIOIILI khini học. cong imhệ và dời
sona:
- Bọl Z n O dược ứng ilụiia nhiêu Ironti cong nuhệ gom. chó tạo các loại linh
kiện háo vệ ch o các m ạch điện tránh lác động cùa các XU11<: đột biến. Bột ZnO với
pha tạp lliícli hợp được sứ dung là cliál quang dần trong coníi nghệ chụp ánh diện.
Thời gian gán đày, bột ZnO . đặc hiệl là ớ dạng hạt kích thước n;inó. được nBhién
cứu rất mạnh mõ cho các ứng dụng quang diện tứ Iihir chõ lạo laser ngẫu nhiên loại laser mới hoại dòng ớ vùng tứ ngoại, chế lạo vặt liệu phái quang hiệu su át cao
irong vùng tử ngoại và khá kiến.
- Màim mótm Z nO câu trúc \Vurl/ile \ói dò clịnh hướim cao. Hục c vuông
góc với đê có đặc tính áp điện mạnh, được đùn" imnsỉ các lliiôl hj sóniỉ âm hồ mặt.

sóng âm khối, thiết bị quanti âm học. các hệ Ihunu VI LO' điện.
- Màng mòn si Z n() pha tạp Llial đonor nhu' AI. Cia. in.... \'àn giữ dirơc dọ

Iroiiíi SUÔI và có độ cl;in diện cao itans được su (lụnt! lìirn ilicn cực trong suốt với độ
011 định lối hơn màng ITO Iiong các ihiól bị hiõn iliị và pin niặl Iròi.

- Mànti dần điện Z n O có độ phan xa lia hổng ngoai lối. dược ứng dụne làm
cứa sổ liét kiệm năna lượng ớ những nơi cán đỏ phan xạ tia hónti ngoai cao và độ
phát nhiệt Ihấp. Màng 7,n() pha lap bằne các kim loai quý như Pt. Pd được dùng đe
c á m i i Ik i i ĩ k h í d i á v .


-

Hạt ZnO kích thước nano có hiệu ứng kích Ihước lượng tử và hiệu suấi

lát quang mạnh, được ứng dụng tạo màn hình hiến ihị khố lớn.
Các chuyển tiếp dị thế ZnO đế làm các linh kiện quang điện tứ chất lượng
10 hoạt động ở vùng tử ngoại và pin mặt trời...

Nghiên cứu và khai thác các đặc tính quý báu cứa Z nO hứa hen có được
liều ứng dụng trong tương lai


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

C Á C P H Ư Ơ N G P H Á P TH Ự C NÍỈHIỆM

.1.

C ông nghệ chẻ tạo mẫu.
Trong để tài này, chúng tỏi đã thực hiện ché tạo hai loại vặt liệu: đo la vậi

'U màng (ZnO pha tạp In. Mn) và vật liệu khối (ZnO pha tạp Mn). Vật liệu màng
rợc chế tạo bằng phương pháp bốc bay nhiệt trong mỏi trường khí m ang Ar. vậl
:u khối được ch ế tạo bàng phương pháp gổm thông thường với phán ứng ciiii pha
n.
- Phương pháp bốc bay nhiẽt:
Các mẫu m àng Z nO pha lạp ln. Mn dược chê lạo với quá irình bóc bay ihco
í đồ hình 2.1. N guồn vật liệu bốc bay là lán lượi giũa hỗn hợp bộl Z nO với các
cyt ln20 3 và M n ơ 2 theo đơn phối liệu :
Z n l.xInxO (X = 0,00; 0.02; 0.04: 0,06 và 0.08)
Z n l, M n sO (X = 0.00; 0.03; 0.Ơ6; 0,09; 0.12 và 0,15)

H ìn h 2.1. Q m ninh che tạo nụniiỊ biiny plnỉơHịỊ p h á p bóc bay

[ệ mẫu được bốc bay trong lò nhiệt (hình 2.2) và theo giản đổ hình 2.3

Nhiệt độ r o

H ìn h 2.3: Gián (tố Iiluệi I lia

Hình 2.2 Hình linli lir hốt huy

Í/IIÚ Irìnli b(H b a \ .

12

- Phương pháp phản ứng pha rán:
Các m ẫu khối Z n l.xM n xO đã được chế tạo bằng phuơng pháp phán ứng pha
n, quá trình c h ế tạo mẫu có thể được biểu diễn bàng sơ đồ hình 2.4

H ình 2.4.

Qui trình c h ế tạo mẫu bằng phuong pháp phản ứng pha rắn.

Các nguyên liệu được tính theo đơn phối liệu và được nghiền trôn 8 giờ sau
ó đuợc ép và sấy khô. Quá trình nung sơ bộ được đưa ra trên hình 2.5:
Nhiệt dợ ("C)

H ìn h 2.5.

Giản dó quá trình n u n g sơ bó.

ỉau nung sơ bộ, các mẩu được ủ tại các nhiệt độ 400, 550, 650 và 800

"c.

Mầu

iược cắt theo các kích thước phù hợp để đo các thông số.
2.2. Các phép đo:
Các phép đo cấu trúc được thưc hiện trên m áy đo X-ray D5005, ánh SEM
được đo trên máy Jeol-JSM 5410 LV. phép do phố huỳnh quang được thực hiện
trên máy FL3-22 Jobin Yvon-Spex tại Trung tám khoa hoc Vãi liệu. Phép đo các
tính chất từ được thực hiện trên m áy PPMS 6000 tại Viên Khoa hoc Việt nam.

13


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

K ẾT Q U Ả V À T H Ả O LUẬN
3.1. Kết quả với hệ mẫu m àng Zn() pha tạp In
Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu ZnO pha tạp In được đưa ra trên hình
1. Nhìn chung, các đỉnh phổ đều thuộc phố có cấu irúc lục giác của ZnO. Khi
ng hàm lượng In đáng kể (6%, 8%), ngoài các đính chính của ZnO còn xuất hiên
ột số đỉnh củ a hợp phần có chứa In. Hằng số mạng của các mẫu được đưa ra là
ín hơn so với Z n O chứng tó In đã đi vào phân mạng.

20
H ìn h 3 .1 : P h n X - R a y c ủ a c á c m ẩ u mànt> Z i i i . J n iO

Hình 3.2 là phu EDS của mầu ZnlWI,l»,u (>. nhìn \ìu> pho la thấy có Iiiại t\'íd
:ác nguyên tố In, Zn và o . Kêl quá nàv cho thây In đã xuâl hiện và di vào phân
nạng.

H ìn li Ầ.2: P h o L D S v u a mứu Ziìn, J n n )(J

14

Ảnh SEM của các mầu với các thành phần In bàng 0,02; 0,04; 0.06 và 0.08
rợc đưa ra ở hình 3.3. Ta thấy chúng có cấu trúc dạng đĩa lục giác rất rõ ràng,
lột sô' đĩa khá mỏng và trong suốt. Ngoài ra một sô' đĩa 12 cạnh cũng được tạo
ành. Độ dày cùa các đĩa này khá mỏng cỡ vài chục nano mét.

c) X = 0 0 6

il/x-OOX

H ìn h 3 .3 . Á n h S E M c ủ a c á c m ẫ u Z i i i . J n , 0

Phổ huỳnh quang của các
nẫu được đo lại nhiệt độ phòng với
>ước sóng kích thích 335 nm và chí
a trên hình 3.4. Kết quả cho thấy
:ác mẫu đều bức xạ mạnh ớ vùng
ính sáng xanh. Ta tháy đính huỳnh
-]uang dịch chuyển về phía vùng có
năng lượng lớn.

H ìn h 3 . 4 : P h ó h u ỳn h c/itani! CIUI In;

/ : lu 0

15


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho

kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

3.2.

Kết quả vói hệ mẫu ZnO pha tạp Mn

3.2.1. H ệ m ẫu m àng Z nO pha tạp Mn:
Hình 3.5 là ảnh SEM của mẫu ZnO. Cấu trúc ống được xuất hiện. Phần đầu
í\ gần với đ ế có kích thirớc nhỏ. phần trôn của ống loe ra và thấy rõ chúng có
h thước của lục giác có một lỗ nhỏ « tâm của ống. Như vậy sự tạo thành các ống
đầu xuất hiện tù' giọl hưi vật liệu ban dầu. Quá trình bốc bay kco dài thì kích
rớc của ống càng phát triển nên có sự khác nhau về kích thước của ống.

ỉ / ì n h 3 .5 : C ấ u trú c ỐIIỊỊ l ú a m ầ u Z n O

Dưới đây là ánh SEM của các mầu da lao itược từ nguồn hơp phần Z n 1
M nxO (với x= 0.06: 0.09; 0.1 2: 0.15) urơng ứng.

16


Hình 3.6: Ảnh SEM cùa mẫu 6% Mn
Hình 3.6 là ánh SEM cúa mẫu 6% Mn. Câu trúc dây nano mánh với kích
róc cỡ 100 - 150 nm đã đươc tao ra. Tuy nhicn. ớ đầu môi số dây có cấu trúc nhu
iêc lá.

Hình 3.7: Ánh SEM rùa mẫu 9c/c Mn

Đối với thành phần mẫu pha tạp 9% Mn. cấu li úc khá là đặc hiệt và được
hí ra ớ hình 3.7. Cấu trúc dạng thanh có hai đầu khác nhau. Một đầu moc lên ó'
iữ a c á c khối hình thoi, đầu còn lại mọc ra các dây nano thẳng. Kích thước cúa các
nanh khá lớn và có dạng kiêu tetraport.

UAI H Ọ C Q U Ố C G IA HÀ NÔI
RUNG JẬ M ĨH Ô N G tin thư v iệ n


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

H ìiili

A n h SEM n iu

IIÌÍỈII

! 2 l/( M u

Đối với m ẫu 12% M n (hình 3.8), ta thấy các thanh có xu hướng mọc theo
: phương song song với nhau. Tại mộl sô' VỊ trí, có cấu trúc nhu xép thành bè.
ih lãng iưực. Khi quan sál kỹ tại đầu các llianh hoặc các dãy lu vản iliáv dụnsì

1 trúc lục giác với kích thước và mật độ khá đểu nhau tại các vị trí trên đế. Điều
chứng tỏ quy trình công nghệ mà chúng tỏi lạo mẫu là khá ổn định và có lính
I lại cao.

Hìnli 3.9. Anh SEM vua mau J 5 ‘/( M ii

Khi thành phán Mu lấl lớn (lẽn liên
lliì câu llúc dạng các t h à y lục
ác xuất hiện râì đều đặn và được (lưa ra trong hình 3.9.
Khi thành phân M n nho ho'11 12% ihì sư lạo thành câu trúc dãy là khá dồ
ing. Kích thước và kiêu cùa cấu trúc phu thuộc nhiều vào nồna độ cùa Ihành phấn
in pha tạp. Cấu trúc đâv có ớ hơp phần ỗr/f Mn. Kin nóng dỏ nồng dỏ của ilùmh
lần Mn tãng lên. cấu trúc thanh càng thế hiên I'õ, Đầu Ihanh có thiết tlión liiL
ác.

18


3.2.2. Hệ mẫu khối Z n() pha lạp Mn:
Kết quả phổ nhiễu xạ lia X của hè mầu được cho trong hình 3.10.

H ìn h 3.10: Giản d ồ nhiễu xạ lia X a i a hự mẫn Z n hsM n xO (x=(),00 - 0.15)

Từ giản đổ nhiễu xạ ta thấy các đính nhiẻu xạ tương đối sắc nét chứng to hộ
ỉu là đơn pha. Và khi so sánh với các đính nhiễu xa của ZnO nguyên chất ta thấy
c đỉnh của hệ pha tạp không sai khác nhiều, hầu như trùng khít lẽn nhau nôn la
thể kết luận hệ mẫu có cấu trúc lục giác wrulrize giống như ZnO. Ta thấy hãng
mạng của các mẫu với các nồng độ pha tạp Mn khác nhau không sai khác nhau
mấy. Và khi so sánh kết quá hằng số mạng của Z nO trên với kết quá ZnO
;uyẽn chất a=b=3,250 A" và c=5,207 A" ó' nhiệt độ phòng ta thấy pha lap M n thì

c hằng số mạng tăng lên iheo nồng độ pha tạp.
Đế kháo sát ánh hưởng cua nhiệi dộ u lòn lính chất cấu trúc chúng lui dã
:’n hành khảo sát mẫu Z r v ,|M n „ iH0 ở các nhiệt đô ú T.in= 400 - 8()()"c. Kốt quá
ih nhiểu xạ được cho dưới hình 3.11.
Hình ảnh nhiễu xa cho thấy khi nhiệt độ ú tăng lên thì cường độ nhiều xạ
ing tăng lên và các đinh nhiễu xạ cũng sắc nét hơn.

19


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

2 0 (đ ó)

H ình 3.11 Gúin

.vợ l i u X n i t i 111(111 7.11.. „ , M i i ..... p
T„„=4UU"C. 5 5 ơ 'c , ()50"c, m r c

(la I i l i i r n

ờ c ú i n h i ệ t i h ' ít

Đối với mẫu có cùng nông dó pha lạp khi ú 0' nhiệt dỏ khác nhau Ihì (.tinh

iễu xạ khá rõ nét, ngoài các đính nhiều xạ chính ta Ihấy có một số đính nhiễu xạ
5 hơn xuất hiện nhưng không rõ IIÍ’1. chứng ló mẫu khá (tơn pha.

>i hệ m ả u n u n g sơ b ộ ỏ 200

"c.

Kích ihước hạl khá đồng đều cỏ dạng hình chữ nhật. Kích ihước hại ti unu
ih của các mẫu khoáng 0.2

m và có xu hướng tăng lên khi nồng độ pha tạp Mn

Ig. Nhưng riêng trường hợp nồng đô pha tạp Mn 3% thì lai có hiên tươna các hat
t dính với nhau tạo thành đám và các hạl có kích thước nhó nhất (hình 3.12).

20


H ìn h 3.12. Ánli SEM (■//(/ t á c IIUỈIIIIIIIIÌỊ sơ bộ ớ 200" c
x = 0.0 2(a ì. 0.0 4 (hi. 0.06 (, I. 01)9 (d). 0 , 1 2 ( 0 . 0 . 1 5 (!)

i hệ mâu nung 650 "C:

r ‘v l Ẽ

V

" il

Ì X

’

i T
n

- '*•"

5-

Í - - 'V

1

V # 'í

‘ í .

'

" t *

v'■ »* ':- - MA

li

c

•

•

“

•' .\Vỷ - ''

.* ' 4 - j
* •»/

'

jm í.
, ‘ì & i i x

■ iĩ

*v $ ' ' * •
*Y
*

? ’ V

* f
■

M

'

'V

k
A/ìnli J . / 3 . /4/ỉ/í Ố’£'M

(Hí/

C(h nniit mtny sơ họ t i(ì5 ơ 'C /(UI. 2ib). 3 ( 0 . 4 (d), 5 ( a . <)iị)

Qua ảnh SEM cúa hệ mầu khi u o nhiêl tlò 650"c trong I2h lu iliấ\ các Iiiẫu
kích thước hạt dổiiii đều hon \;'| \ An co ilạni; khối chữ nhai. Khi so \Ó| các máu


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

nung sơ bộ ớ 200"c la thấy kích thước hạt lo hơn. các hạt sít lại gần nhau hon và
xuất hiện m ột số hạt lo hơn nhiều so với các hạt còn lại điều này phù hợp với lý
thuyết.
Kết quả đo tính chái từ.
Đường trê cúa mẫu 6% Mn ú lại các nhiệt độ khác nhau đưưc đưa ra tiên
hình 3.14.

H ( Oeì

H ì n h 3 . 1 4 . Đ iíờiií’ COIIIỊ t ừ t r ẻ M ( I I ) a i a n u h i Zii„Vj M n uol, 0 với nliiệi

clộ li k h á c n h a n

Từ đường cong từ trề la ihìíy lừ độ của mẫu ỏ' từ trường cực dại là 15000 Oe
vẫn chưa đạt đến trạng lliái bão lioìi từ nén d uíníí tói chua xác dinh cu thô được từ
độ bão hòa của mầu, m à chi thấy được Ms cua mầu này tâng theo nhiél đỏ II. Từ đó
có thể khẳng định tính chãi lừ cùa mẫu lãng mạnh khi nhiệt độ ủ tãng. Chứnỉi lỏ
khi được U ở nhiệt độ cao thì tương lác lừ của mầu càng manh. Vì vậy có thể kết
luận m ẫ u c ó là th u ậ n lừ h o ã c s iò u th u ận ÙI'
Từ đưừng con í! lù nliiộl la nhận thấy các điếm sau:
Tất cá các m ẫu ở các nồim độ pha tạp Mn khác nhau đều là vậl liệu có lính chất lừ.
pTính chất sắt từ càng thê’ hiện mạnh khi nồng độ pha tạp Mn tăng, điều này thế
hiện ớ đường c o n g lừ nhiệt c ó XII hướng d ố c hon khi lã ng nồng đ ộ Mn.
Từ độ của mầu tăng tuyên lính theo nồng độ pha lạp và ctạl cực đại khi nồng dỏ pha
tạp x=0.15.

-ì


T (K)

H ì n h 3 .1 5 : Đuùny

C O I ÌI Ị

lữIihiẹi n ia hớ mẫn Zn!^Miì^O (\=0 ,()ố- 0.15 )
ti' Iihìệl d ó li 6 5Ư‘C.

chuyển pha T c (nhiệt độ chuyến pha từ sắt tù' sang thuận từ) của hệ mẫu. đây là một
trong những thông số quan trọng khi khảo sál tính chất lừ của vật liệu. Các nhiêl
độ này được xác định và dại giá trị tù 77 tiến 102 K.

►


Ket-noi.com
Ket-noi.com kho
kho tai
tai lieu
lieu mien
mien phi
phi

Kết iuận:
ã c hế tạo thành công hệ mẫu Zri|.vInvO và hộ mẫu Z n,.sM n vO ờ dạng khối và
ỉng màng.
Với hệ pha tạp In:
Tạo được các màng Z nO pha lạp In cỏ cấu trúc dĩa lục giác, đĩa 12 cạnh
íi kích thước từ 1-3 //m và th iề u dày cỡ vài chục Iiano mél. Phổ huỳnh quang của
ệ c h o thấy
. Với hệ pha tạp Mn:
- Đ ã c h ế tạo dược màng có cấu trúc nhiều dạng: dạng ống. dang dây. dạng
ing lược, dạng c h à y ... Hấu hét chúng ưu liên dựng ỏng có đầu ià hình lục giác.
- X R D chí ra các mẫu là đơn pha và có cấu trúc kiểu lục giác wrutrize.
- Kết quả đường cong tù trễ của mầu pha tạp 6% Mn đươc ú ớ nhiệt độ 400OO^C cho thấy từ độ bão hoà M s. lừ đô du M,. lực kháníi tù H( tăng theo nhiệt đõ
. Chứng tỏ. khi được ú ớ lìhiệl độ cao thì lương lác lừ lioiiii mẩu cànu mạnh, lính
ắt từ của mẫu tăng.
- Các phép đo đường cong từ nhiệt M(T) của hệ mầu Z n ,.,M n vO với các
lổng đỏ pha tạp khác nhau (x=0.06; 0.09: 0.12: 0.15) ứ cùng nhiộl J ộ ú 6 5 0 K
rong từ trường đổng nhất 500G cho thấy:
Tất cả các mẫu ó' các nỏnu đô pha lạp Mn khác nhau đều ià vật liệu sắi lù

'ếu hoặc thuận từ. Từ tính cùa mầu tăng mạnh tlieo nổng độ pha tạp Mn.
Nhiệt độ chuyến pha T c đều dưới nhiệt độ phòng (77 - 102K) và cũng tăng
uyên lính theo nổng độ pha tạp Mn.

24


5. Tài liệu tham kháo
11 1. B.

L a sle v-H u nte r.

D.

Hunicr.

A .K .P rađ han, J. / .h a n g
z iiM iiO

M a x im

N o gin o v.

cl i l u t e f e n o n n i ị Ị i i c í ù '

J.B .D a d so n ,

R.R.

Rak hitnov.

I'C IriiriuiiỊiiclic r c s o n a iitc stiiclicx ÍI1

and L).J.Scllmycr

s c n i i i d i k I ik líir.s,

Jo u rn u l

ot

A p p lie d

P h v s ic s

99,

08M 116(2006).

[21. N.H.Hong, J.Sakai. Awatef Hassini. Mu^ncric prapcriics <>f \'-tỉopcd ZnO lliin fllm,
Journal o f A p plied P h v s ic s 9 7 . IO D 3 I2 (2 0 0 5 ).
| 3 |.

.1.

C ìlá /V .

sc a lic riiiịi

n.

( 'h ik o i t l/ c .

in

M ii: Z n ( )

Y .D u m o n i,

cliliiic

I .K /c p k ii.

nhiỊỉiu-iic

lỉcsniK ini

< ) . c (011 > ch o \'.

\c m ic t> iu liifirr s.

R d H h in

Supci lattices

and

Microstructures, article in prcss.
[4j. J.H.Li, D .Z .S h e n . J .Y .Z h a n g , D.X.XIiuo. B.S.Li. Y .M .L u , Y .C .L iu , X .W .F a n . T h e
e jfe c l <>] M ir * clopiiiịỊ OII s in ic tn r c a n d p h o to lttm iite s c e n c e o f Z n O n a n o Ịĩlm s

s y n t h e s ii c d h y s o ì - Ị ị d m e th o d . Journ;tl o f L u m i n e s c e n c e 12 2 -1 2 3 ( 2 0 0 7 ) 3 5 2 - 3 5 4 .
|5 | . W ci Xu. Y i n g x u c 7.hou, X invi 7.liang. D o n g lia n a Chen. Y a n in g X ie , Tao Liu.
VVcnsheng Y a n . S h iq ia n c W ei. I .n m l s i n ic iu r c o / M u ÍII (liliiic m tiiỊiietic
scm iciiin litc lo r /

i i M i i O , S o l i i l S ta te C o m m u n i a i l i o n s

141 ( 2 0 0 7 ) 3 7 4 - 3 7 7 .

|6]. s. Lee, T.VV.Kang. D . Y . K i i n , C o r r c la iio u (’l n n tiỊiic /if p r o p c r tic s \\ iili
I i ii c n is ln ic liir iil p r n p c r t i e s f o r c o liin iin n -sh IU Iitrcd ị Z n htM n ) ( ) / A L O I ( 0 0 0 1 ) tliin
[ilm s, Journal o f Cryslal G m \v th 2 8 4 ( 2 0 0 5 ) 6 -1 4 .

[7]. E. Chikoidze, Y.Dumont. H.J. von Bardcleben. J.Crleize. O.Gorochov, EIỊcc! OXỴÌỊCII u i m e a l i m ! (III tl i c M i r * p m p c r i i c s ĨII ' / i i M n O / i l n i s . . ! M M M 3 1 6 ( 2 0 0 7 ) c l S I

clN4.
18 1.

s. K.

M andul. T .K .N a tli.

M it I(I.s in u I I I I t il. Iiiti^ n c iit

i i i i i l I i p i i i , i l I> II'I> C I I Ú \ d Ị

Z n O :M n (0.01 < V s 0 .2 5 ) c p ih n i ii l ililnicil Hhiỉiiiritc scinìt niulttctÌMỊ ịilnis. T h in
Solicl Hilnis 5 1 5 ( 2 0 0 6 ) 2 5 3 5 - 2 5 4 1 .
[9]. K .M a su k o , A . A s h i d a . T .Y o s h im u r a , N.Fujimura, Picpcníiiitm a n d the maỉỊiiclic

p m p c r t v <>f Z n M n O th in fil m s
s ìiìíị Ic

c r x s h il s u b s tn ilc . J M M M 3 1 0

( 2 0 0 7 ) c 7 11 - e 7 1 3
I ] 0 1. N . H .H o n g . .I.Sakui. V .B rizc. O h s r r v a iio n Iif Ic rro n u iíỊiìc tisn i (II m o m tc n ip e r a tiir e in
[li].

z ii O iliiii Ịĩlm s . J.Phys. C on d e n s. Maltci 19 ( 2 0 0 7 ) 0 3 6 2 1 9 .
N . V . T u v c n . T .D .C a n h . N .T .H u o n g . T T . Ọ H o a . N .D .P h u o n a ,

P r c p in u tìn n

nf

Irơ n s p u r c ii l (111(1 t (in/liu l i v c
Z n O h y n i t l i o IrcProceetlin g ot the Inlernational C o n lc r e n c e «11 Eniỉinccriiií! P h v sic s. H anoi, O clob e r
9 - 12. 2 0 0 6 .
112]. A .K . Prailhan. D .H unter. K ./.h a n g ct. al. M d ỉỉiic iic (incl s p c c ir n s a i p ic c ln in ic ic r is tic s
o f Z n M n O s y s ic in . A p p lie d Su rtace S c ic n c c 2 5 2 ( 2 0 0 5 ) 1628 - 1633.
[ 13]. A. 1. S av c h u k . V. I. F f d i v . S.A. Savchuk. A . I V n o n c ( ì n n v i l i Iiiu l c h a r in rơ riia iitin <>f
/ . ii M ii O iliin /ỉln is, S u p c i l a t l n .C N a n d M i c r o s t i u c l u r c s 3 8 ( 2 0 0 5 ) 4 2 1 -4 2 7 .
114|. H. S c h m id l. M. D ia c o n u . 11. 1 lo e h m u lh ct. al. HVi/Ẳ' /('iT tn iiitx iie iisin in le.M urcíl 7.11, .
I Ĩ M ) (> tliin [ilnis. SupcrliitlĨCCN a i u l M i c i o s i i u c l u i c s V ) ( 2 0 0 6 ) 3 3 4 - 3 3 0 .
115)

C'ho M o ỉ b r . A . M - S h i i c r .

/ iiM iiO

S u p c r la llic c s a n d

\. lĩakin d

\1k T o s liu c lu iv s

iil. M a u n c i i í
V) (2 0 0 6 ) 3S I

I>itip<’i i y i n v c s l i ạ a li a i is (III
- 3X 6 .