BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LỤC NHƢ QUỲNH
NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO
VẬT LIỆU BÁN DẪN HỮU CƠ β- ZnPc VÀ β- CuPc
ỨNG DỤNG TRONG LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU
HÀ NỘI – 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LỤC NHƢ QUỲNH
NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO
VẬT LIỆU BÁN DẪN HỮU CƠ β- ZnPc VÀ β- CuPc
ỨNG DỤNG TRONG LINH KIỆN ĐIỆN TỬ
Ngành: Khoa học vật liệu
Mã số: 9440122
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. MAI ANH TUẤN
2. TS. ĐẶNG VŨ SƠN
HÀ NỘI – 2021
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận án là công trình nghiên
cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn của tập thể hƣớng dẫn PGS.TS. Mai Anh Tuấn và
TS. Đặng Vũ Sơn. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung
thực và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào trƣớc đây.
Hà Nội, ngày tháng năm 2021
THAY MẶT
TẬP THỂ HƢỚNG DẪN
PGS.TS. Mai Anh Tuấn
NGHIÊN CỨU SINH
Lục Nhƣ Quỳnh
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới tập thể hƣớng dẫn
khoa học PGS.TS. Mai Anh Tuấn và TS. Đặng Vũ Sơn đã chỉ bảo, hƣớng dẫn tận tình
và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu luận án bằng cả tâm huyết
và sự quan tâm hết mình của ngƣời thầy đến nghiên cứu sinh.
Xin chân thành cảm ơn Ban cơ yếu chính phủ, Học viện kỹ thuật mật mã, Khoa
mật mã là nơi tôi công tác đã quan tâm, tạo điều kiện, hỗ trợ mọi mặt để tôi hoàn thành
đƣợc luận án.
Xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật
liệu (ITIMS), Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong toàn bộ quá trình
học tập và nghiên cứu tại trƣờng. Nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô,
anh, chị và các em trong Phòng thí nghiệm MEM/NEM của Viện Nacentech,…đã nhiệt
tình giúp đỡ để nghiên cứu sinh hoàn thành chƣơng trình Tiến sĩ.
Cuối cùng, nghiên cứu sinh đặc biệt gửi lời cảm ơn tới tất cả thành viên trong gia
đình, những ngƣời đã tin tƣởng và dành cho tôi những điều kiện tốt nhất trong suốt quá
trình làm nghiên cứu sinh. Sự kiên nhẫn và lòng tin của những ngƣời thân yêu là động
lực lớn để tôi vƣợt qua những giai đoạn khó khăn trong công việc của mình.
TÁC GIẢ
Lục Nhƣ Quỳnh
i
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... viii
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................................... 4
1.1. Bán dẫn hữu cơ dựa trên cơ sở phức chất Pc với kim loại chuyển tiếp .............. 5
1.1.1. Phthalocyanine và phức chất kim loại-phthalocyanine ........................................... 5
1.1.2. Phƣơng pháp tổng hợp và tinh chế .......................................................................... 6
1.1.3. Tính chất vật lý ........................................................................................................ 7
1.1.4. Tính đa hình của tinh thể MPc ................................................................................ 8
1.2. Tƣơng tác xếp chồng điện tử π trong tinh thể phân tử hữu cơ .......................... 10
1.2.1. Tƣơng tác nội phân tử và tƣơng tác liên phân tử................................................... 10
1.2.2. Tƣơng tác điện tử π-π ............................................................................................ 11
1.3. Mô hình dòng giới hạn vùng điện tích không gian cho bán dẫn hữu cơ ........... 15
1.3.1. Cơ chế vận chuyển hạt tải trong tiếp giáp kim loại – bán dẫn hữu cơ .................. 15
1.3.2. Mô hình giới hạn vùng điện tích không gian cho bán dẫn hữu cơ ........................ 17
1.4. Linh kiện cảm biến nhạy quang ............................................................................ 23
1.5. Công cụ mô phỏng phiếm hàm mật độ DFT ........................................................ 24
1.6. Kết luận chƣơng...................................................................................................... 26
CHƢƠNG 2: ................................................................................................................... 27
NGHIÊN CỨU, TỔNG HỢP VẬT LIỆU BÁN DẪN HỮU CƠ DỰA TRÊN PHỨC
CHẤT KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP-PHTHALOCYANINE .................................... 27
2.1. Các phƣơng pháp tính toán phiếm hàm mật độ cho bài toán MPc ................... 29
2.1.1. Phƣơng pháp TD-DFT trên phần mềm Gaussian cho bài toán cấu trúc phân tử của
MPc .................................................................................................................................. 29
2.1.2. Phƣơng pháp DFT trên phần mềm Quantum-Espresso cho bài toán tinh thể β-
MPc .................................................................................................................................. 31
2.2. Các phƣơng pháp thực nghiệm trong chế tạo vật liệu bán dẫn hữu cơ MPc ... 32
2.2.1. Quy trình tổng hợp vật liệu bán dẫn hữu cơ MPc ................................................. 32
2.2.2. Lắng đọng pha hơi tạo đơn tinh thể β-MPc ........................................................... 33
2.2.3. Phƣơng pháp tính độ rộng vùng cấm quang của vật liệu bán dẫn hữu cơ β-MPc . 35
2.3. Đánh giá tính chất của vật liệu bán dẫn hữu cơ -MPc ..................................... 36
2.3.1. Vật liệu ZnPc ......................................................................................................... 37
2.3.2. Vật liệu CuPc ......................................................................................................... 41
2.4. Cấu trúc phân tử của vật liệu bán dẫn hữu cơ MPc dựa trên tính toán DFT và
thực nghiệm .................................................................................................................... 44
2.4.1. Cấu trúc phân tử và phổ IR của ZnPc .................................................................... 44
2.4.2. Cấu trúc phân tử và phổ IR của CuPc ................................................................... 51
