Nghiên cứu chế tạo vật liệu bán dẫn pha tạp từ

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
2.1. Giói thieu chung
2.2. Càc phuang phàp tao màng
2.2.1 Phuang phàp phun tinh dién
2.2.2 Phuang phàpphùn xa Katot (sputtering)
2.2.3 Phuang phàp sol-gel
2.3 Phuang phàp tao bòt
2.3.1 Tao bót bang phuang phàp sol-gel
2.3.2 Tao bót bang phucmg phàp dòng kèt tua

15
15
15
15
15
16
16
16

Chucmg III: Càc kèt qua va thào luan
3.1. Che tao màng ZnO pha Co va nghién cùu càc tinh chat vat ly
3.1.1 Che tao màng ZnO
3.1.2 Màng ZnO pha kim loai chuyén tièp Co
3.2 Càc tmh chat Vàt ly cùa bòt ZnO pha Co

18

18
18
19
28

3.3 Kèt luan

T,

Kèt luan

^^

Tài liéu tham khào

o^

Tóm tàt càc còng trình nghién cùu
Phu lue

35


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

3dY

3de

d(3z^-r0,d(x^.y0

d(xy),d(yz), d(z

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.

^E

/
/

2

E,/2

/ f

\\•
\

''Ti

El/2
El/2

^\^A

2

Ev2

El/2

^E 2

'T,

/
/
/

El/2

^^-^

E3/2

1

/ - ^

E1/2

^1/2

^X^i

^/

E1/2

E.,,,

^A,

^A,

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

3/2

<

-1/2
\\

-3/2

1/2

+1/2
-1/2

^S1/2

^r

y r^^

^r ^r

oM'

1'

u "

a

^r

yr

•

+1/2
-1/2

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)

prò 0

•Q

(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 KorringaKohn-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 IIVI. 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(NO3).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

^r
Cho vào eoe hòa tan
khuày déu ò nhiét dò
70° dén 80° trong 120
phùt

^
w

Ethylenglicol

Isopropanol

4r
Làm già 24h
^r

Sol trong suót, dóng
nhàt
^
^

Nhùng phù
ìr

Sày khó a 100 °c

ì

Làp lai so làn
= so lóp càn
che' tao

r

Ù nhiét 500 °c vói de thùy
tinh,'650°cvóideSi3h
trong khóng khi
1r

MàngZnO:Co

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]
160140-

a

120Q.
U^

•a
e

•§
O

1008060-

' b

4020-

01

10

1

20

1

30

1

,

.

40

,

50

1

1

60

1

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]

250

C/5

Cu
O

200

150

e
U

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)

X(F)

-^ Ti(P)

%(F)

^

^
^

'Ai(G)

400

^

500

1,88 eV
2,02 eV
2,18 eV

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

550

600

BLTÓC .song (nm)

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