Màng mỏng ZnO pha tạp nguyên tố đất hiếm chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron

Phùng Văn Hưng Đào Vân Thuý

Giới thiệu màng ZnO pha tạp

Nguyên tố pha tạp Tính chất - Nhóm III: B, Al, Ga hay In - Nhóm IV: Si, Ge, Ti, Zr hay Hf - Halogen: F

- Trong suốt, độ truyền qua cao - Điện trở suất thấp, dẫn điện tốt

Phương pháp chế tạo - Phún xạ magnetron - Lắng đọng pha hơi hoá học hữu cơ kim loại (MOCVD) - Lắng đọng bằng laser xung (PLD)

Các ứng dụng

• Màng mỏng ZnO pha tạp Al hoặc In được sử dụng như điện cực trong suốt cho màn hình dẹt, như là màn hình điện phát quang (EL) và diod phát quang hữu cơ • Màng ZnO pha tạp Al, Ga hay B với một bề mặt thô ráp dùng làm điện cực trong suốt cho pin mặt trời -Si và CuInSe2 Người ta cho rằng màng mỏng ZnO pha tạp Al hoặc Ga là tốt nhất cho màng trong suốt dẫn điện Hướng nghiên cứu mới, pha tạp nguyên tố đất hiếm (Sc, Y…) vào ZnO để tạo màng trong suốt dẫn điện

Thí nghiệm

• Dùng phương pháp phún xạ magnetron DC

– Bia (đường kính 150mm): hỗn hợp bột ZnO và Sc2O3 (hoặc Y2O3), nung ở nhiệt độ 10500C trong môi trường Ar+H2 – Phún xạ trong môi trường Ar ở áp suất 0.4 đến 1.4Pa – Thời gian rửa bia: 30 đến 120 phút – Nguồn DC 50W – Đế thuỷ tinh kính thước 20x110mm đặt song song với bia – Khoảng cách bia đế: 45mm – Tốc độ lắng đọng khoảng 5-28 nm/phút – Tỉ lệ Sc2O3:từ 0-10wt% – Nhiệt độ đế: từ nhiệt độ phòng đến 3500C

Thí nghiệm

• Khảo sát các tính chất màng:

– Độ dày màng được đo bằng phương pháp Stylus. – Điện trở suất và độ linh động Hall được đo ở nhiệt độ phòng bằng phương pháp Van der Pauw – Thành phần cấu tạo của màng được đo bằng phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS). – Cấu trúc tinh thể được khảo sát bằng phổ nhiễu xạ tia X – Phổ truyền qua được khảo sát trong vùng bước sóng từ 300 đến 800nm.

Kết quả

• Hiệu ứng pha tạp của đất hiếm trên ZnO:

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc

của điện trở suất, nồng độ hạt mang điện, độ linh động Hall theo tỉ lệ của Sc2O3 của màng ở nhiệt độ đế 2000C, áp suất 0.8Pa

- : Điện trở suất. - n: Nồng độ hạt mang điện. - : Độ linh động Hall  Điện trở suất nhỏ nhất

4.2x10-4cm, với nồng độ Sc2O3 là 2 wt%

Kết quả

• Hiệu ứng pha tạp của đất hiếm trên ZnO:

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc

của điện trở suất, nồng độ hạt mang điện, độ linh động Hall theo tỉ lệ của Y2O3 của màng ở nhiệt độ đế 2000C, áp suất 0.8Pa

- : Điện trở suất. - n: Nồng độ hạt mang điện. - : Độ linh động Hall  Điện trở suất nhỏ nhất

7.9x10-4cm, với nồng độ Sc2O3 là 4 wt%

Kết quả

• Hiệu ứng pha tạp của đất hiếm trên ZnO:

Đồ thị biểu diễn phổ truyền qua của màng ZnO:Sc được tạo ra ở 2000C với hàm lương Sc2O3 khác nhau (a: 0%, b:1%, c: 3%) và độ dày từ 340 đến 370nm

Sự dịch chuyển xanh của bờ

hấp thụ khi tăng hàm lượng Sc2O3 chủ yếu là do hiệu ứng Burstein-Moss, gây ra bởi sự tăng lên của nồng độ hạt mang điện.

 Sc là một chất pha tạp tốt cho việc chế tạo màng mỏng trong suốt dẫn điện ZnO