Nghiên cứu tính chất quang điện của màng TiN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ
BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG

MÔN : CÁC PP THỰC NGHIỆM CHUYÊN NGÀNH
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN CỦA MÀNG TiN

GVHD : TS Lê Trấn
HVTH : Phạm Văn Thịnh


NỘI DUNG
I. GIỚI THIỆU MÀNG TiN
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT CỦA MÀNG
III. ỨNG DỤNG TỪ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA MÀNG TiN
1. Màng phản xạ trong hệ màng đa lớp
2. Màng TiN trên dụng cụ cắt gọt


Địa chỉ bạn đã tải:

/>
Nơi bạn có thể thảo luận:
/>
Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí:
/>Dự án dịch học liệu mở:
/>Liên hệ với người quản lí trang web:
Yahoo:
Gmail:

I. GIỚI THIỆU MÀNG TiN
Một số tính chất của màng TiN :

•
•
•
•

Màng TiN là vật liệu có màu của kim lọai vàng, độ cứng cao (21 - 24 GPa)
0
Chịu nhiệt cao (nhiệt nóng chảy là 2950 C)
0
Chống ăn mòn cao, oxy hóa chậm (bắt đầu oxy hóa ở 800 C) và có điện trở suất khá
nhỏ (20 - 30µΩ.cm)
Độ phản xạ cao trong vùng hồng ngoại, chiết suất thấp và hệ số tắt cao


Cấu trúc tinh thể của TiN:
Có cấu trúc của muối ăn (NaCl) :

•
•

Ti lấp đầy những vị trí trong mạng lập
phương tâm mặt (fcc)
N lấp đầy vị trí bát diện


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH

CHẤT CỦA MÀNG
1. Xác định thông số quang học

•

1.1. Phương pháp phổ truyền qua

- Xác định được các thông số quang học của màng mỏng (độ dày, chiết suất, hệ số hấp thụ,
hệ số tắt…) tiến hành xác định phổ truyền qua của màng. Từ các thông số của phổ
truyền qua thu được và bằng pp tính toán ta sẽ xác định được các thông số quang học
của màng.
- Sử dụng máy quang phổ truyền qua Hewlett Packard


1.2. Phương pháp Ellipsometry

rp
rs

= tan Ψei∆


Chiết suất n, hệ số tắt k của TiN thay đổi theo bước
sóng.


2. Phương pháp xác định cấu trúc màng

•

2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X

Công
Sherrer:

thức

0.9λ
b=
∆(2θ ) cos θ


2.2. Phương pháp Stylus


2.3. Phép đo hiệu ứng Hall
r
r r
FL = q.(VD × B )
Ở trạng thái cân
bằng:

q E y = q µ E x Bz

⇒ E y = µ E x Bz

Ta có : RHall =

Ey
Bz . jx

⇒ RHall

µ.Ex .Bz µ
µ
1
=
= =
=
σ .Ex .Bz σ q.n.µ q.n


2.4. Phương pháp sử dụng phần mềm
khớp phổ Scout

•
•

Mục đích: Xđ độ dày, chiết suất, độ rộng vùng cấm, điện trở suất, nồng độ hạt tải và độ
linh động.
Nguyên tắc: - Khai báo các dữ liệu

- Xđ loại phổ cần khớp, vẽ phổ lý thuyết của nó dựa trên các thsố đã khai báo
- Chọn các thsố muốn khớp sao cho phổ lí thuyết trùng với phổ thực nghiệm nhất.
- Thay đổi dần các thsố để kết quả khớp là tốt nhất. Từ đó ta xđ được các thsố của màng.


II. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TÍNH
CHẤT CỦA MÀNG
3. Xác định điện trở suất

•

3.1. Phương pháp đo điện trở vuông

ρ = RW.d


3.2. Phương pháp đo bốn mũi dò

ρ = Rs .d
Với :

π U
Rs =
. .G
ln 2 I
G : Số hiệu chỉnh (tùy thuộc
vào hình dạng và kích thước
của mẫu)


III. ỨNG DỤNG
•
•
•
•
•
•

TiN được ứng dụng trong những lĩnh vực sau:
Màng phản xạ hồng ngoại trong hệ màng đa lớp.
Màng cứng phủ trên những dụng cụ cắt gọt, khoan, cưa, nghiền…
Màng chống ăn mòn.
Hàng rào khuyếch tán trong vi mạch và công nghệ IC
Trang trí trên kim loại, oxit kim loại


1. Màng phản xạ trong hệ
màng đa lớp
1.1. Giới thiệu
1.2. Thực nghiệm và kết quả

•
•

1.2.1.Tính chất điện
1.2.2.Tính chất quang

1.3. Kết luận


1.1. Giới thiệu
Màng gương nóng truyền qua:

•
•

Màng có độ truyền qua cao ở vùng khả kiến (bước sóng: 380nm ≤ λ ≤ 760nm) và phản
xạ cao ở vùng hồng ngoại ( λ ≥ 760nm).

Mục đích: Tiết kiệm điện năng tiêu thụ từ lò sưởi (vùng khí hậu lạnh) và từ máy lạnh
(vùng khí hậu nóng) là vấn đề đang được quan tâm nhiều hiện nay


Ba hướng tạo màng gương nóng truyền qua:
•
•
•

Màng dẫn điện như: Bạc, vàng và đồng..(màng kim loại thường không bền về nhiệt, cơ
và hóa học)
Màng bán dẫn có độ phản xạ cao ở vùng hồng ngọai như: MgO, ZnO, NiO, SiO..(Màng
bán dẫn phản xạ cao ở vùng bước sóng λ> 2000nm)
Màng đa lớp điện môi- kim loại -điện môi : SiO 2/Al/SiO2, Al2O3/Mo/Al2O3,
TiO2/Ag/TiO2, Al2O3/Cu/Al2O3…


Màng đa lớp TiO2/TiN/TiO2
•
•
•

Màng đa lớp có khả năng khắc phục được nhược điểm của màng bán dẫn pha tạp là có
vùng bước sóng phản xạ rộng λ> 760 nm nhưng bền hơn màng kim loại về cơ, nhiệt và
hóa học.
TiO2 có chiết suất cao nên khử phản xạ tốt và nó là màng có độ bền cơ học cao
TiN có độ bền cơ học, hóa học lẫn nhiệt học rất cao


1.2. Thực nghiệm và kết quả

Phương pháp phún xạ phản ứng Magnetron DC

•
•
•
•

-4
Hệ chân không có áp suất tới hạn 10 torr
Bia Titanium, độ tinh khiết 99.6%, kích thước bia 100x100x6(mm).
Khí làm việc Argon (99.99%) và khí hoạt tính Nitơ (99.99%),tỉ lệ khí N 2 so với Ar thay đổi
từ 5% từ 15%.
Hệ Magnatron có kích thước 119x119x51(mm), từ trường do nam châm vĩnh cửu Ferit
(350 Gauss)


Phún xạ phản ứng Magnetron DC:


Lý do chọn pp Phún xạ
•
•
•

Cần chế tạo màng TiN có chiết suất thấp, hệ số tắt k lớn ↔ màng có điện trở suất
thấp hay độ phản xạ cao ở vùng hồng ngọai. Do đó, màng TiN phải có cấu trúc đặc,
tức là mật độ khối lớn → cần phải tạo màng theo cơ chế nhiệt động học và động học.
Giảm điện trở suất của màng chủ yếu áp dụng cơ chế động học → tăng cường mật
độ ion năng lượng cao đến màng → sử dụng hệ magnetron gần cân bằng
Chỉ sử dụng một loại bia nguyên liệu là TiN (Ngay cả khi tạo màng đa lớp

TiO2/TiN/TiO2)


Hệ magnetron cân bằng

Hệ magnetron không cân bằng

r
B (hướng vô)
Điện trường

Từ trường
khép kín

Các e chịu tác dụng
của từ trường ngang

Từ trường
không khép kín

Các e ít chịu tác dụng
của từ trường ngang

Đế ít bị e
va đập

e chủ yếu chuyển
động gần bia

Đế bị nhiều e

va đập mạnh

e theo điện trường
đến đế với v lớn

Đế ít bị
đốt nóng

Thích hợp tạo màng cho
các loại đế không chịu
được T0 cao: nhựa, giấy,…

Đế bị
đốt nóng

Thích hợp tạo các
màng yêu cầu T0 cao


1.2. Thực nghiệm và kết quả
• Quá trình tạo màng với áp suất 3.10-3 torr đến 6.10-3 torr,
• Thế phún xạ thay đổi từ 350 V đến 650 V,
 Bề dày màng được xác định bằng phương pháp Stylus.
 Điện trở mặt của màng được xác định bằng phương pháp bốn mũi dò.
 Cấu trúc tinh thể và kích thước hạt của màng xác định từ phổ nhiễu xạ tia X. Chiết
suất n và hệ số tắt k xác định bằng pp Ellipsometry