ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG HỮU PHÚC CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN CỦA MÀNG TRONG SUỐT DẪN ĐIỆN LOẠI P DỰA TRÊN NỀN VẬT LIỆU SnO2 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ TP Hồ Chí Minh - Năm 2017 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG HỮU PHÚC CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN CỦA MÀNG TRONG SUỐT DẪN ĐIỆN LOẠI P DỰA TRÊN NỀN VẬT LIỆU SnO2 Ngành: Quang Học Mã số ngành: 64440109 Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Đại Hưng Phản biện 2: TS Nguyễn Thị Ngọc Thủy Phản biện 3: PGS.TS Trần Hoàng Hải Phản biện độc lập 1: PGS.TS Vũ Thị Bích Phản biện độc lập 2: TS Nguyễn Thị Ngọc Thủy NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Lê Văn Hiếu TS Lê Trấn TP Hồ Chí Minh – Năm 2017 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Vật lý kỹ thuật, ban giám hiệu trường Đại học Khoa học tự nhiên Tp Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Văn Hiếu, Thầy quan tâm sâu sát, hướng dẫn động viên tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn TS Lê Trấn, người tận tình hướng dẫn định hướng cho tơi thực cơng trình nghiên cứu Thầy người bảo cho tơi tính nghiêm túc trung thực nghiên cứu khoa học Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô môn vật lý ứng dụng, môn vật liệu nano màng mỏng, phòng vật liệu kỹ thuật cao tận tình giúp đỡ, hỗ trợ cho tơi trang thiết bị đo đạc trình thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn em sinh viên học viên cao học hỗ trợ cho thời gian thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô hội động chấm luận án tiến sĩ, nhận xét đóng góp ý kiến q báu để luận án hoàn thiện Con xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ gia đình ln đồng hành suốt thời gian làm luận án mong cho thành công lĩnh vực khoa học sống LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án công trình nghiên cứu riêng tơi cộng làm việc hướng dẫn Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình mà tơi khơng tham gia Nghiên cứu sinh Đặng Hữu Phúc DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tổng hợp cơng trình nghiên cứu màng SnO2 loại p tác giả nước Bảng 1.2: Sự thay đổi điện trở cảm biến khí loại n p mơi trường khí khử oxy hóa 22 Bảng 1.3: Hằng số mạng kích thước hạt SnO2 lắng đọng điều kiện khác công trình [25] 41 Bảng 3.1: Kết đo Hall màng SnO2 lắng đọng trực nhiệt độ 59 Bảng 4.1: Kết đo Hall màng GTO làm từ bia chứa 15% wt Ga2O3 lắng đọng theo nhiệt độ đế 70 Bảng 4.2: Kết đo Hall màng GTO với 15% Ga2O3 lắng đọng nhiệt độ 400 oC sau ủ lên 500 oC, 550 oC 600 oC môi trường Ar 71 Bảng 4.3: Kết đo Hall màng SnO2 lắng đọng nhiệt độ 400 oC sau ủ lên 500 oC, 550 oC 600 oC môi trường Ar 72 Bảng 4.4: Kết đo Hall màng GTO lắng đọng 400 oC sau ủ lên 550 oC ủ 1, môi trường khí Ar 73 Bảng 4.5: Kết đo Hall màng GTO khí lắng đọng nhiệt độ tới hạn từ bia GTO chứa % wt Ga2O3 khác sau ủ lên 550 oC Ar 73 Bảng 4.6: Kết nồng độ % nguyên tố màng GTO ủ không ủ 80 Bảng 4.7: Kết đo Hall màng TIO (10 % wt In2O3) lắng đọng theo nhiệt độ đế 96 Bảng 4.8: Kết đo Hall màng TIO (10 % wt In2O3) lắng đọng nhiệt độ đế 500 oC sau ủ lên 550 oC 600 oC môi trường Ar 97 Bảng 4.9: Kết đo Hall màng TIO (10 % wt In2O3) lắng đọng nhiệt độ đế 500 oC sau ủ 550 oC 1, môi trường Ar 97 Bảng 4.10: Kết đo Hall màng TIO lắng đọng từ bia chứa 8%, 10%, 12% wt In2O3 nhiệt độ đế 500 oC sau ủ 550oC trong môi trường Ar 98 Bảng 4.11: Phần trăm nguyên tử màng TIO ủ 550 oC sau lắng đọng 500 oC 98 Bảng 4.12: Kết đo Hall màng ZTO làm từ bia chứa 15 % wt ZnO lắng đọng theo nhiệt độ đế 114 Bảng 4.13: Kết đo Hall màng ZTO làm từ bia chứa 15 % wt ZnO lắng đọng 500 oC sau ủ 550 600 oC 114 Bảng 4.14: Kết đo Hall màng ZTO lắng đọng 500 oC sau ủ lên 600 oC ủ 1, mơi trường khí Ar 115 Bảng 4.15: Kết đo Hall màng ZTO khí lắng đọng nhiệt độ tới hạn từ bia ZTO chứa % wt ZnO khác sau ủ 600 oC Ar 115 Bảng 4.16: Phần trăm nguyên tử màng màng 15% ZTO lắng đọng 500 oC màng 5%, 10%, 15% ZTO ủ 600 oC sau lắng đọng 500 oC 119 Bảng 5.1: Kết đo Hall màng 15% ATO lắng đọng trực nhiệt độ 129 Bảng 5.2: Kết đo Hall màng SnO2 ủ nhiệt độ khác sau lắng đọng nhiệt độ phòng 130 Bảng 5.3: Kết đo Hall màng 15% ATO ủ nhiệt độ khác sau lắng đọng nhiệt độ phòng 130 Bảng 5.4: Kết đo Hall màng 15 % ATO ủ nhiệt độ khác sau lắng đọng nhiệt độ phòng 132 Bảng 5.5: Kết đo Hall màng 5% ATO (a), 10% ATO (b), 15% ATO (c) ủ 500oC sau lắng đọng nhiệt độ phòng 132 Bảng 5.6: Phần trăm nguyên tử màng SnO2 ATO 136 Bảng 5.7: Kết đo Hall màng ATO, GTO, ZTO, TIO chế tạo điều kiện tối ưu 141 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Thiết bị điện tử suốt Hình 1.1 a) Mơ hình cấu trúc pin mặt trời lớp # thay vật liệu ôxit b) Giản đồ mức lượng pin mặt trời hoạt động điều kiện chiếu sáng[100] 12 Hình 1.2 Đặc trưng dòng I-V lớp tiếp giáp dị thể p a-SiC:H/ n ZnO:Al p aSiC:H /SnO2:F [64] 14 Hình 1.3 Cấu trúc mơ hình mức lượng của cấu trúc OLED đa lớp .15 Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc chung diode tiếp xúc p-n suốt đế thủy tinh .16 Hình 1.5 Sơ đồ mơ hình cấu trúc pin mặt trời DSSC vật liệu perovskite giản đồ mức lượng cấu trúc TIO, SnO2, perovskite [35] .19 Hình 1.6 Giản đồ mức lượng cấu trúc a) FTO, SnO2, perovskite, b) FTO, SnO2:Li, perovskite [135] 20 Hình 1.7 Mơ hình hình thành lớp nghèo điện tích cảm biến khí sử dụng vật liệu bán dẫn loại n lớp tích tụ tích tụ lỗ trống cảm biến khí sử dụng vật liệu bán dẫn loại p mơi trường khơng khí [33] 21 Hình 1.8 Mơ hình chế nhạy khí cảm biến khí màng 22 Hình 1.9 Sơ đồ cấu trúc kết hợp cảm biến khí loại p n [33] 23 Hình 1.10 Nghiên cứu cảm biến khí bán dẫn loại ôxit loại n p thống kê Web of Knowledge tính đến ngày 15-7-2013 [33] 23 Hình 1.11 Cấu trúc tinh thể SnO2 24 Hình 1.12 Cấu trúc tinh thể SnO 25 Hình 1.13 Cấu trúc vùng lượng SnO SnO2[23] .25 Hình 1.14 Mơ hình ba chiều cấu trúc tinh thể Sn2O3 .26 Hình 1.15 Hàm mật độ trạng thái pha Sn2O3 Trong Sn (a) giống với Sn mạng rutile SnO2 Sn (b) giống với Sn mạng litharge SnO[85] 27 Hình 1.16 Cấu trúc tinh thể Sb2O3 dạng lập phương tâm mặt 28 Hình 1.17 Cấu trúc tinh thể Sb2O3 dạng trực thoi 28 Hình 1.18 Cấu trúc tinh thể trạng thái β-Ga2O3 α-Ga2O3 29 Hình 1.19 Cấu trúc tinh thể wurtzite ZnO 29 Hình 1.20 Cấu trúc tinh thể In2O3 30 Hình 1.21 Giản đồ lượng EllingHam 31 Hình 1.22 Mơ hình mặt SnO2 (110) với cầu lớn màu xanh nhỏ màu đỏ nguyên tử oxy thiếc Ở trạng thái hợp thức đầy đủ (Hình a), trạng thái oxy bắc cầu bị loại bỏ (Hình b) [84] ……32 Hình 1.23 Năng lượng bề mặt mặt mạng SnO2 (110), (101), (100) biểu diễn theo hóa học oxy (μO) mơi trường oxy hóa hay giàu oxy (đường ngang) mơi trường khử hay nghèo oxy (đường nghiêng) [40] 34 Hình 1.24 Năng lượng bề mặt mặt mạng SnO2 (110), (101), (100) biểu diễn theo hóa học oxy (μo) [88] 36 Hình 1.25 Biểu đồ mô tả hai dạng sai hỏng Schottky Frenkel [45] 38 Hình 1.26 Phổ nhiễu xạ tia X ảnh SEM hình thái bề mặt màng SnO2 trình bày cơng trình [29] 40 Hình 1.27 Hình thái bề mặt màng SnO2 SnO2 pha tạp In trình bày cơng trình [68] 42 Hình 1.28 Hình thái bề mặt màng A) SnO2 SnO2 pha tạp B) 5% C) 10% Ga trình bày cơng trình [4] 42 Hình 1.29 Mơ hình vị trí mức lượng sai hỏng nội vật liệu SnO2 43 Hình 1.30 Mơ hình thay Ga3+ vào mạng Sn4+ hình thành khuyết 45 Hình 1.31 Mơ hình q trình lấp khuyết tạo lỗ trống màng GTO ủ khí Ar 45 Hình 2.1 Các trình xuất tương tác hạt lượng cao bề mặt bia, va chạm kết thúc bia hay gây phún xạ .47 Hình 2.2 Mơ hình bố trí bia-đế thực nghiệm 49 Hình 2.3 Máy nghiền & trộn 52 Hình 2.4 Máy ép bia .52 Hình 2.5 Lò nung VMK-180054 52 Hình 2.6 Máy mài bia 52 Hình 2.7 Giản đồ nâng nhiệt để nung kết khối cho bia 53 Hình 2.8 (a) Lược đồ biểu diễn trình quang điện (b) trình hủy lỗ trống phân lớp 1s thông qua phát xạ tia X (c) trình bắn electron Auger .55 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng SnO2 lắng đọng nhiệt độ khác 56 Hình 3.2 Ảnh FESEM hình thái bề mặt màng SnO2 lắng đọng nhiệt độ khác 58 Hình 3.3 Phổ truyền qua màng SnO2 lắng đọng nhiệt độ khác 60 Hình 3.4 Phổ xạ PL màng SnO2 lắng đọng nhiệt độ khác b) mơ hình chế xạ quang phát quang màng SnO2 .61 Hình 4.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng GTO lắng đọng theo nhiệt độ đế 64 Hình 4.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng SnO2 lắng đọng nhiệt độ 400 oC ủ lên nhiệt độ 500 oC, 550 oC 600 oC 66 Hình 4.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng GTO lắng đọng nhiệt độ 400oC ủ lên nhiệt độ 500 oC, 550 oC 600 oC 66 Hình 4.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng GTO lắng đọng 400 oC, ủ 550 oC 1, 67 Hình 4.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng GTO với 5, 10 15% Ga2O3 lắng đọng 400 oC, ủ 550 oC 68 Hình 4.6 Ảnh FESEM hình thái bề mặt màng GTO a) lắng đọng 400 oC b) ủ 550 oC sau lắng đọng 400 oC 69 Hình 4.7 Ảnh FESEM hình thái bề mặt màng GTO 5%, 10%, 15% ủ 550 C sau lắng đọng 400 oC 69 o Hình 4.8 Phổ truyền qua màng GTO lắng đọng theo nhiệt độ đế 74 Hình 4.9 Phổ truyền qua màng SnO2 lắng đọng 400 oC sau ủ theo nhiệt độ 75 Hình 4.10 Phổ truyền qua màng GTO lắng đọng 400 oC sau ủ theo nhiệt độ 75 Hình 4.11 Phổ truyền qua màng GTO lắng đọng 400 oC sau ủ lên 550 ºC ủ 1, mơi trường khí Ar 76 Hình 4.12 Phổ truyền qua màng GTO theo phần trăm pha tạp Ga2O3 lắng đọng điểm tới hạn sau ủ lên 550oC mơi trường khí Ar 76 Hình 4.13 Phổ xạ PL a) màng SnO2 lắng đọng nhiệt độ phòng màng GTO lắng đọng nhiệt độ khác 78 Hình 4.14 Phổ xạ PL màng GTO lắng đọng nhiệt độ tới hạn ủ nhiệt độ cao khác 78 Hình 4.15 Cơ chế xạ quang phát quang a) màng GTO b) SnO2 78 Hình 4.16 Phổ XPS Ga2p3/2 a) màng GTO (G4) không ủ, b) màng GTO (G7) ủ 79 Hình 4.17 Phổ XPS Sn 3d5/2 a) màng GTO (G4) không ủ, b) màng GTO (G7) ủ 79 Hình 4.18 Phổ XPS tách đỉnh O 1s a) màng GTO (G4) không ủ, b) màng GTO (G7) ủ 80 Hình 4.19 Đặc trưng I-V p– GTO/n – Si với 10% wt Ga2O3 81 Hình 4.20 Phổ truyền qua màng TIO lắng đọng theo nhiệt độ 84 Hình 4.21 Phổ truyền qua màng TIO lắng đọng 500 oC sau ủ theo nhiệt độ thời gian 85 Hình 4.22 Phổ truyền qua màng TIO theo phần trăm pha tạp In2O3 lắng đọng 500 oC sau ủ 550 oC 86 Hình 4.23 Phổ quang phát quang màng TIO lắng đọng theo nhiệt độ đế nhiệt độ ủ 87 Hình 4.24 Giản đồ nhiễu xạ tia X màng TIO lắng đọng theo nhiệt độ 88 99 Sharma, A., Tomar, M., & Gupta, V (2013), “Enhanced response characteristics of SnO2 thin film based NO2 gas sensor integrated with nanoscaled metal oxide clusters”, Sensors & Actuators: B Chemical, 181(2), 735–742 100 Sonya Calnan (2014), “Applications of Oxide Coatings in Photovoltaic Devices”, Coatings 2014, 4, 162-202 101 Sujatha Lekshmy, S & Joy, K (2014), “Structural and optoelectronic properties of indium doped SnO thin films deposited by sol gel technique”, J Mater Sci Mater Electron, 25, 1664–1672 102 T Arnold, D J Payne, A Bourlange, J P Hu, R G Egdell, L F J Piper, L Colakerol, A De Masi, P.-A Glans, T Learmonth, K E Smith, J Guo, D O Scanlon, A Walsh, B J Morgan, and G W Watson (Feb 2009), “X-ray spectroscopic study of the electronic structure of CuCrO ,” Phys Rev B, vol 79, no.7 103 T Le, H.P Dang, V.H Le (2017), “Determination of the optimum annealing temperature and time for Indium-doped SnO (TIO) films to achieve the best p-type conductive property”, J Alloys Compd 696, 1314 -1322 104 T Yang, X Qin, H Wang, Q Jia, R Yu, B Wang, J Wang, K Ibrahim, X Jiang, Q He (2010), “Preparation and application in pen homojunction diode of p-type transparent conducting Ga-doped SnO thin films”, Thin Solid Films, 518, 5542-5545 105 T.-Y Wei, C.-Y Kuo, Y.-J Hsu, S.-Y Lu, Y.-C Chang (2008), “Tin oxide nanocrystals embedded in silica aerogel: Photoluminescence and photocatalysis”, Microporous Mesoporous Mater 112, 580–588 106 Thomas B Reed (1971), "Free Energy of Formation of Binary Compounds", MIT Press, Cambridge, MA 107 Tickle A C (1969), "Thin-Film Transistors: A New Approach to Microelectronics", Wiley, New York 157 108 Togo A., Oba F., Tanaka I and Tatsumi K (2006), “First-principles calculations of native defects in tin monoxide”, Phys Rev B, 74, pp 195128 109 USEPA (2006) “Ultraviolet disinfection guidance manual for the final long term enhanced surface water treatment rule” Washington DC, Office of Water, EPA 815-R-06-007 110 W H Baur and A A Khan (1971), “Rutile-type compounds IV SiO , GeO and a comparison with other rutile-type structures,” Acta Crystallogr B, vol 27, no 11, pp 2133–2139 111 Wager J F., Keszler D A., and Presley R E (2008), "Transparent Electronics", Springer 112 Wilk G D., Wallace R M., and Anthony J M (2001), "High-k gate dielectrics: current status and materials properties considerations", J Appl Phys, 89 (10), p 5243 113 X Nie, S.-H Wei, and S B Zhang (Jan 2002), “Bipolar Doping and BandGap Anomalies in Delafossite Transparent Conductive Oxides,” Phys Rev Lett., vol 88, no 114 X Nie, S.-H Wei, and S B Zhang (Jan 2002), “First-principles study of transparent p -type conductive SrCu O and related compounds,” Phys Rev B, vol 65, no 115 X Pei, D Ji, J Ma, T Ning, Z Song, Y Tan, et al (2010), “Structural and Photoluminescence Properties of SnO :Ga Films Deposited on α-Al O (0001) by MOCVD”, J Lumin 130, 1189–1193 116 X Q Pan and L Fu, (2001), “Oxidation and phase transitions of epitaxial tin oxide thin films on (1̄012) sapphire,” J Appl Phys., vol 89, no 11, p 6048 117 Y Huang, Z Ji, C Chen (2007), “Preparation and characterization of p-type transparent conducting tin-gallium oxide films”, Appl Surf Sci, 253, 48194822 118 Y Jiang, C Xu, G Lan (2013), Trans Nonferrous Met Soc China, 23, 180– 192 158 119 Yang DR, Yuan ZZ, Li DS (2007), “A growth method of Si/SnO heterojunction electroluminescence devices” CN 200710068640.6 120 Yang HY, Yu SF, Liang HK, et al (2010), “Ultraviolet electroluminescence from randomly assembled n-SnO nanowires/p-GaN:Mg heterojunction” ACS Appl Mater Interfaces, 2: 1191-4 121 Y-C Ji, H-X Zhang, X-H Zhang, and Z-Q Li (2013), “Structures, optical properties, and electrical transport processes of SnO films with oxygen deficiencies”, Phys Status Solidi B, 1–8 122 Y-Chen, Ji, H-X Zhang, X-H Zhang, and Z-Q Li (2013), “Structures, optical properties, and electrical transport processes of SnO films with oxygen deficiencies", Phys Status Solidi B, 1–8 123 Yongfeng Li (2012), “Realizing a SnO -based ultraviolet light-emitting diode via breaking the dipole-forbidden rule”, NPG Asia Materials, 124 Z Alahmed, H Fu, (2008), “Polar semiconductor ZnO under inplane tensile strain”, Phys Rev B Condens Matter Mater Phys 77 125 Z Ji*, J Xi, L Huo, and Y Zhao (2008), “Preparation of p-type transparent conducting tin–antimony oxide thin films by DC reactive magnetron sputtering”, phys stat sol (c) 5, No 10, 3364–3367 126 Z Ji, L Zhao, Z He, Q Zhou, C Chen (2006), “Transparent p-type conducting indium-doped SnO thin films deposited by spray pyrolysis”, Mater Lett 60, 1387–1389 127 Zachariasen W H (1932), “The atomic arrangement in glass”, J Am Chem Soc., 54 (10), pp 3841-3851 159 PHỤ LỤC THÔNG SỐ CHẾ TẠO Màng mỏng SnO GTO, TIO, ZTO, ATO chế tạo phương pháp phún xạ magnetron DC mơi trường khí Ar Để xác định tính chất màng phụ thuộc vào nhiệt độ lắng đọng, thông số chế tạo khác công suất phún xạ (15 W), áp suất phún xạ (10-3 Torr) môi trường khí Ar với lưu lượng khí 10 sccm, khoảng cách bia đế (7,5 cm) cần giữ cố định Bảng Các thông số chế tạo màng SnO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều S1 400 kiện nhiệt độ S2 200 400 lắng đọng S3 300 400 S4 400 400 S5 500 400 S6 500 400 Ủ 600 oC sau lắng đọng 500 oC Bảng Các thông số chế tạo màng GTO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều G1 400 kiện nhiệt độ G2 200 400 lắng đọng G3 300 400 G4 400 400 G5 500 400 160 Bảng Các thông số chế tạo màng TIO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều T1 550 kiện nhiệt độ T2 200 550 lắng đọng T3 300 550 T4 400 550 T5 500 550 Bảng Các thông số chế tạo màng ZTO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều Z1 400 kiện nhiệt độ Z2 200 400 lắng đọng Z3 300 400 Z4 400 400 Z5 500 400 Bảng Các thông số chế tạo màng ATO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều A1 400 kiện nhiệt độ A2 200 400 lắng đọng A3 300 400 A4 400 400 A5 500 400 A6 500 Màng ủ 600 oC sau lắng đọng 500 oC 161 Màng SnO GTO, TIO, ZTO, ATO khảo sát điều kiện nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Đối với màng GTO để khắc phục tượng bù hai loại hạt tải, màng GTO cần ủ áp suất khí Ar (10-3 Torr) sau lắng đọng nhiệt độ tới hạn 400 oC Bảng Các thông số chế tạo màng GTO theo nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt G6 500 400 độ ủ (thời gian G7 550 400 ủ giờ) G8 600 400 Khảo sát thời G9 – 550 400 gian ủ G10 – 550 400 Khảo sát phần G11 – 5% 550 400 trăm pha tạp G12 – 10% 550 400 bia (ủ giờ) Bên cạnh đó, màng SnO khảo sát ủ khí Ar điều kiện nhiệt độ ủ khác để so sánh với màng GTO Bảng Các thông số chế tạo màng SnO theo nhiệt độ ủ Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt S13 500 400 độ ủ (thời gian S14 550 400 ủ giờ) S15 600 400 Đối với màng TIO ZTO với mong muốn In3+ hay Zn2+ tiếp tục thay Sn4+ mạng chủ Tuy nhiên tốc độ lắng đọng nhiệt độ đế 500 oC 162 màng TIO ZTO cần ủ áp suất khí Ar (10-3 Torr) sau lắng đọng nhiệt độ 500 oC Bảng Các thông số chế tạo màng TIO theo nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt T6 550 550 độ ủ (thời gian T7 600 550 Khảo sát thời T8 – 550 550 gian ủ T9 – 550 550 Khảo sát phần T11 – 12% 550 550 trăm pha tạp T10 – 8% 550 550 ủ giờ) bia (ủ giờ) Bảng Các thông số chế tạo màng ZTO theo nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt Z6 550 550 độ ủ (thời gian Z7 600 550 Khảo sát thời Z8 – 600 550 gian ủ Z9 – 600 550 Khảo sát phần Z11 – 10% 600 550 trăm pha tạp Z10 – 5% 600 550 ủ giờ) bia (ủ giờ) 163 Đối với màng ATO đạt tính chất điện loại p 500 oC nồng độ lỗ trống tăng vượt trội ủ 600 oC sau lắng đọng 500 oC để trình chế tạo đơn giản hơn, màng lắng đọng nhiệt phòng sau ủ theo nhiệt độ Bảng 10 Các thông số chế tạo màng ATO theo nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt A7 200 400 độ ủ (thời gian A8 300 400 ủ giờ) A9 400 400 A10 500 400 A11 550 400 A12 600 400 Khảo sát thời A13 500 400 gian ủ A14 550 400 A15 600 400 Khảo sát phần A13 – 15% 500 400 trăm pha tạp A16 – 5% 500 400 bia (ủ A17 – 10% 500 400 500 oC sau lắng đọng nhiệt độ phòng) 164 Bảng 11 Các thơng số chế tạo màng SnO theo nhiệt độ ủ Nội dung Tên mẫu Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) khảo sát Khảo sát nhiệt S7 200 400 độ ủ (thời gian S8 300 400 ủ giờ) S9 400 400 S10 500 400 S11 550 400 S12 600 400 165 PHỤ LỤC THÔNG SỐ CHẾ TẠO Màng mỏng SnO2 GTO, TIO, ZTO, ATO chế tạo phương pháp phún xạ magnetron DC môi trường khí Ar Để xác định tính chất màng phụ thuộc vào nhiệt độ lắng đọng, thông số chế tạo khác công suất phún xạ (15 W), áp suất phún xạ (10-3 Torr) mơi trường khí Ar với lưu lượng khí 10 sccm, khoảng cách bia đế (7,5 cm) cần giữ cố định Bảng Các thông số chế tạo màng SnO2 theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều S1 400 kiện nhiệt độ S2 200 400 lắng đọng S3 300 400 S4 400 400 S5 500 400 Bảng Các thông số chế tạo màng GTO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều G1 400 kiện nhiệt độ G2 200 400 lắng đọng G3 300 400 G4 400 400 G5 500 400 Bảng Các thông số chế tạo màng TIO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung khảo sát Tên mẫu Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều T1 550 kiện nhiệt độ T2 200 550 lắng đọng T3 300 550 T4 400 550 T5 500 550 Bảng Các thông số chế tạo màng ZTO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều Z1 400 kiện nhiệt độ Z2 200 400 lắng đọng Z3 300 400 Z4 400 400 Z5 500 400 Bảng Các thông số chế tạo màng ATO theo nhiệt độ lắng đọng Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ đế Độ dày màng (oC) (nm) Theo điều A1 400 kiện nhiệt độ A2 200 400 lắng đọng A3 300 400 A4 400 400 A5 500 400 A6 500 Màng ủ 600 oC sau lắng đọng 500 oC Màng mỏng SnO2 GTO, TIO, ZTO, ATO khảo sát điều kiện nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Đối với màng GTO để khắc phục tượng bù hai loại hạt tải, màng GTO cần ủ áp suất khí Ar (10-3 Torr) sau lắng đọng nhiệt độ tới hạn 400 oC Bảng Các thông số chế tạo màng GTO theo nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt G6 500 400 độ ủ (thời gian G7 550 400 ủ giờ) G8 600 400 Khảo sát thời G9 – 550 400 gian ủ G10 – 550 400 Khảo sát phần G11 – 5% 550 400 trăm pha tạp G12 – 10% 550 400 bia (ủ giờ) Bên cạnh đó, màng SnO2 khảo sát ủ khí Ar điều kiện nhiệt độ ủ khác để so sánh với màng GTO Bảng Các thông số chế tạo màng SnO2 theo nhiệt độ ủ Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt S13 500 400 độ ủ (thời gian S14 550 400 ủ giờ) S15 600 400 Đối với màng TIO ZTO với mong muốn In3+ hay Zn2+ tiếp tục thay Sn4+ mạng chủ Tuy nhiên tốc độ lắng đọng nhiệt độ đế 500 oC màng TIO ZTO cần ủ áp suất khí Ar (10-3 Torr) sau lắng đọng nhiệt độ 500 oC Bảng Các thông số chế tạo màng TIO theo nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt T6 550 550 độ ủ (thời gian T7 600 550 Khảo sát thời T8 – 550 550 gian ủ T9 – 550 550 Khảo sát phần T11 – 12% 550 550 trăm pha tạp T10 – 8% 550 550 ủ giờ) bia (ủ giờ) Bảng Các thông số chế tạo màng ZTO theo nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt Z6 550 550 độ ủ (thời gian Z7 600 550 Khảo sát thời Z8 – 600 550 gian ủ Z9 – 600 550 Z11 – 10% 600 550 ủ giờ) Khảo sát phần Z10 – 5% 600 550 trăm pha tạp bia (ủ giờ) Đối với màng ATO, màng ATO đạt tính chất điện loại p 500 oC nồng độ lỗ trống tăng vượt trội ủ 600 oC sau lắng đọng 500 oC để trình chế tạo đơn giản hơn, màng lắng đọng nhiệt phòng sau ủ theo nhiệt độ Bảng 10 Các thông số chế tạo màng ATO theo nhiệt độ ủ, thời gian ủ phần trăm pha tạp bia Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt A7 200 400 độ ủ (thời gian A8 300 400 ủ giờ) A9 400 400 A10 500 400 A11 550 400 A12 600 400 Khảo sát thời A13 500 400 gian ủ A14 550 400 A15 600 400 Khảo sát phần A13 – 15% 500 400 trăm pha tạp A16 – 5% 500 400 bia (ủ A17 – 10% 500 400 500 oC sau lắng đọng nhiệt độ phòng) Bảng 11 Các thơng số chế tạo màng SnO2 theo nhiệt độ ủ Nội dung Tên mẫu khảo sát Nhiệt độ ủ Độ dày màng (oC) (nm) Khảo sát nhiệt S7 200 400 độ ủ (thời gian S8 300 400 ủ giờ) S9 400 400 S10 500 400 S11 550 400 S12 600 400 ... HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG HỮU PHÚC CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG ĐIỆN CỦA MÀNG TRONG SUỐT DẪN ĐIỆN LOẠI P DỰA TRÊN NỀN VẬT LIỆU SnO2 Ngành: Quang Học Mã... quan vật liệu Chương Thực nghiệm phương ph p nghiên cứu Chương Nghiên cứu tính chất màng SnO khơng pha t p Chương Nghiên cứu tính chất màng SnO pha t p Ga (GTO), In (TIO) Zn (ZTO) loại p Chương Nghiên. .. cho thấy tính chất điện màng SnO pha t p In (TIO) loại p, chế tạo từ phương ph p sol-gel [126] phụ thuộc vào nhiệt độ ủ, màng đạt tính chất điện loại p nhiệt độ ủ 450 oC, tính chất điện tốt 525