Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Chế tạo và nghiên cứu vật liệu ôxít kim loại có kích thước nanomét sử dụng trong pin Mặt trời

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:83

Thêm vào BST

Báo xấu

101
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài được thực hiện nhằm mục đích: (1) Giới thiệu phương pháp lắng đọng bằng chùm xung điện tử PED; (2) khảo sát tính chất cấu trúc, tính chất quang và tính chất điện của màng ZnO và ZnO pha tạp Al2O3.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Chế tạo và nghiên cứu vật liệu ôxít kim loại có kích thước nanomét sử dụng trong pin Mặt trời

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Văn Hiếu CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU Ô XÍT KIM LOẠI CÓ KÍCH THƯỚC NANOMÉT SỬ DỤNG TRONG PIN MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – 2012 2
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ Nguyễn Văn Hiếu CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU Ô XÍT KIM LOẠI CÓ KÍCH THƯỚC NANOMÉT SỬ DỤNG TRONG PIN MẶT TRỜI Chuyên ngành: Vật Lý Chất Rắn Mã số: 60 44 07 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Phạm Nguyên Hải 3
Hà Nội – 2012 4
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc Gia Hà Nội, tôi đã nhận được sự quan tâm sâu sắc và giúp đỡ rất nhiệt tình của các thầy giáo, cô giáo và các cán bộ khoa học của các bộ môn Vật lý Chất rắn, Vật lý Đại cương và Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý – Trường ĐHKHTN Đại học Quốc Gia Hà Nội. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó. Đặc biệt, Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến TS. Phạm Nguyên Hải, Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn cũng như trong quá trình nghiên cứu và học tập tại trường. Em xin kính chúc Thầy và gia đình luôn luôn mạnh khoẻ, đạt được nhiều thành công trong công tác nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Văn Vũ – Giám đốc Trung tâm Khoa học Vật liệu – khoa Vật lý, đã có những lời chỉ bảo quý báu và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được nghiên cứu trên các thiết bị hiện đại nhất tại Trung tâm. Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ khoa học trẻ trong bộ môn Vật lý Chất rắn và Trung tâm Khoa học Vật liệu đã giúp đỡ tôi trong các phép đo nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử quét, phổ huỳnh quang, Raman, UVVIS. Những lời yêu thương và lòng biết ơn sâu sắc nhất Tôi xin gửi Bố, Mẹ và những người thân trong gia đình, những người đã nuôi tôi khôn lớn, cũng như luôn dành tình cảm quan tâm, chia sẻ, luôn động viên khích lệ tôi. Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn thân ái tới các bạn bè, những người luôn sát cánh, giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Hà Nội, tháng 12 năm 2012 Nguy ễn Văn Hiếu 5
MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Mục lục Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt Danh mục các hình vẽ và đồ thị Danh mục các bảng MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 14 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ........................................................ 16 Ôxít kẽm (ZnO) là hợp chất bán dẫn thuộc nhóm A2B6 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Menđêlêép. Hợp chất bán dẫn A2B6 được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học vật liệu và điện tử học bán dẫn. Vật liệu ZnO tồn tại trong hai loại cấu trúc cơ bản: cấu trúc lập phương giả kẽm sphalerít và cấu trúc lục giác kiểu wurtzite. Tinh thể không pha tạp ZnO là chất điện môi, có cấu trúc lục giác wurtzite bền vững ở điều kiện bình thường. Khi áp suất thủy tĩnh cao ZnO có cấu trúc lập phương đơn giản kiểu NaCl và khi tồn tại ở nhiệt độ cao, ZnO có cấu trúc giả kẽm. 16 .... 1.1 Một số tính chất vật lý của vật liệu ZnO ............................................... 16 1.1.1 Cấu trúc tinh thể ZnO ............................................................................. 16 1.2 Ứng dụng của vật liệu ZnO trong pin mặt trời .............................................. 24 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO MẪU VÀ NGHIÊN CỨU ................ 37 2.3 Các phương pháp nghiên cứu tính chất của vật liệu ..................................... 40 2.3.1 Phân tích cấu trúc bằng phổ nhiễu xạ tia X. ........................................ 40 Hình 2.4: Thiết bị đo phổ tán xạ Raman Labram HR800 của hãng Horiba. . (Mỹ). ................................................................................................................ 42 2.3.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) ............................ 43 6
2.3.5 Phổ truyền qua hấp thụ quang học UVVIS ...................................... 45 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................... 49 7
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt AIIBVI IIVI semiconductor Bán dẫn nhóm IIVI CB Conductive band Vùng dẫn trong bán dẫn EDS Energy dispersive spectroscopy Phổ tán sắc năng lượng Lắng đọng chùm xung điện PED Pulsed electron deposition tử PL Photo lumines cence spectrum Phổ huỳnh quang PLD Pulsed laser deposition Lắng đọng chùm xung laze SEM Scanning electron microscope Hiển vi điện tử quét TCO Transparent conductive oxide Ôxít dẫn điện trong suốt VB Valency band Vùng hóa trị trong bán dẫn XRD Xray diffraction Nhiễu xạ tia X α Absorption coefficient Hệ số hấp thụ λ Wave length Bước sóng ex Excitation wave length Bước sóng kích thích ρ Resistivity Điện trở suất 8
DANH MỤC CÁC BẢNG 1. Bảng 2.1 Điều kiện xử lý nhiệt bia ZnO và ZnO:Al (~1%) trong lò nung ép mẫu đẳng tĩnh trong môi trường khí Ar 2. Bảng 3.1 Kết quả tính hằng số mạng tinh thể của các mẫu nén ZnO và ZnO pha Al2O3 trong một số điều kiện sử lý mẫu 3. Bảng 3.2 Giá trị hằng số mạng của các màng ZnO tại các nhiệt độ đế khác nhau 4. Bảng 3.3 Giá trị hằng số mạng của các màng ZnO:Al tại các nhiêt độ đế khác nhau 9
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Cấu trúc lục giác wurtzite của tinh thể ZnO Hình 1.2. Cấu trúc lập phương giả kẽm của tinh thể ZnO Hình 1.3. Cấu trúc lập phương kiểu NaCl của tinh thể ZnO Hình 1.4. Sự chuyển pha từ cấu trúc lục giác wurtzite sang cấu trúc lập phương đơn giản kiểu NaCl của ZnO Hình 1.5. Vùng Brillouin mạng tinh thể Wurzite Hình 1.6. Cấu trúc vùng năng lượng của mạng tinh thể wurzite tại lân cận k=0 Hình 1.7 Cấu tạo của pin mặt trời Si truyền thống Hình1.8. Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của pin mặt trời chuyển tiếp pn Hình1.9. Sơ đồ cấu tạo của pin mặt trời vật liệu CIGS Hình 1.10. Sơ đồ phương pháp Solgel Hình 1.11. Nguyên lý của quá trình phún xạ Hình 1.12. Sơ đồ hệ phún xạ magnetron Hình 1.13. Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của PLD Hình 1.14. Sơ đồ buồng tạo mẫu của thiết bị PED Hình 2.1. Hệ PED – 120 (Neocera, Mỹ) tại trung tâm Khoa học vật liệu, Khoa Vật lýĐại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội Hình 2.2. Sơ đồ đơn giản thiết bị nhiễu xạ tia X Hình 2.3. Ảnh hệ đo nhiễu xạ tia X D5005 (Siemens) Hình 2.4. Thiết bị đo phổ tán xạ Raman Labram HR800 của hãng Horiba Hình 2.5. Tương tác chùm điện tử với chất rắn Hình 2.6. Kính hiển vi điện tử quét JSM 5410 LV Hình 2.7. Thiết bị đo huỳnh quang Fluorolog FL322 (Jobin Yvon Spex) Hình 2.8. Sơ đồ đo bốn mũi dò và các đường dòng Hình 2.9. Mẫu đo với các kích thước có liên quan đến thừa số chỉnh Hình 2.10. Hình dạng các mẫu đo theo phương pháp Van der Paul: 10
a) Với tiếp xúc bất kỳ, b) Với tiếp xúc đối xứng. Hình 2.11. Thừa số điều chỉnh trong công thức tính điện trở suất bằng phương pháp Van der Paul Hình 3.1. Ảnh SEM chụp trên mẫu ZnO sau khi nung sơ bộ Hình 3.2. Ảnh SEM chụp trên mẫu ZnO sau khi nung ở nhiệt độ 850oC Hình 3.3. Ảnh SEM mẫu ZnO nung tại T=1100oC và p=20000 psi trong khí Ar Hình 3.4. Ảnh SEM mẫu ZnO nung tại T=1150oC và p=28000 psi trong khí Ar Hình 3.5. Ảnh SEM mẫu ZnO:Al sau nung sơ bộ Hình 3.6. Ảnh SEM mẫu ZnO:Al nung tại T=850oC và p=20000 psi trong khí Ar Hình 3.7. Phổ EDS của mẫu nén M2aZnO Hình 3.8. Phổ EDS của mẫu nén M3bZnO:Al Hình 3.9. Phổ nhiễu xạ tia X đo trên các mẫu M1aZnO (a), M2aZnO (b) và M3aZnO (c) dưới tác động của nhiệt độ cao và áp suất cao Hình 3.10. Phổ XRD quan sát trên các mẫu M1bZnO:Al (a), M2bZnO:Al (b) và M3bZnO:Al (c) dưới tác động của nhiệt độ cao và áp suất cao Hình 3.11. Phổ tán xạ Raman các mẫu M1aZnO (a), M2aZnO (b) và M3aZnO (c) Hình 3.12: Phổ tán xạ Raman của mẫu M1bZnO:Al (a), M2bZnO:Al (b), M3b ZnO:Al (c) Hình 3.13. Phổ huỳnh quang của các mẫu nén ZnO ở các điều kiện nhiệt độ, áp suất khác nhau khi kích quang huỳnh quang tại bước sóng 335 nm và 470 nm Hình 3.14: Phổ huỳnh quang của mẫu nén M3bZnO:Al nung ở T=1150 oC và áp suất 28000 psi trong môi trường khí Ar Hình 3.15: Phổ XRD của các mẫuM1a ZnO tại các nhiệt độ đế: a) 25oC, b) 200 o C, c) 400oC và d) 600oC Hình 3.16. Phổ XRD của mẫu M2aZnO có nhiệt độ đế a) 25oC, b) 200 oC, c) 400oC và d) 600oC 11
Hình 3.17. Phổ XRD của các mẫu M3aZnO tại các nhiệt độ đế a) 25oC, b) 400oC và c) 600oC Hình 3.18. Phổ XRD của các mẫu M1bZnO:Al tại các nhiệt độ đế a) 25oC, b) 200 oC, c) 600oC Hình 3.19. Phổ XRD của các mẫu M2bZnO:Al tại các nhiệt độ đế a) 25oC, b) 200 oC, c) 400oC và d) 600oC Hình 3.20. Phổ XRD các mẫu M3bZnO:Al tại các nhiệt độ đế a) 25oC và b) 400oC Hình 3.21. Phổ tán xạ năng lượng đo trên mẫu M3bZnO:Al lắng đọng trên đế Si tại nhiệt độ 400oC Hình 3.22. Phổ tán xạ Raman của các màng M1aZnO ở nhiệt độ đế:a) 25 oC, b) 200oC, c) 400oC và d) 600oC Hình 3.23. Phổ tán xạ Raman của các màng M2aZnO ở các nhiệt độ đế: a) 25oC, b) 200oC, c) 400oC và d) 600oC Hình 3.24. Phổ tán xạ Raman của các màng M3aZnO ở các nhiệt độ đế: a) 25oC, b) 400oC và c) 600oC Hình 3.25. Phổ tán xạ Raman của các màng M1bZnO:Al ở nhiệt độ đế: a) 200oC, b) 400oC và c) 600oC Hình 3.26. Phổ tán xạ Raman của các màng M2bZnO:Al ở nhiệt độ đế: a) 25oC, b) 200oC, c) 400oC và d) 600oC Hình 3.27. Phổ tán xạ Raman của các màng M3bZnO:Al ở nhiệt độ đế: a) 25oC và b) 400oC Hình 3.28. Tính chất điện của các màng M3aZnO trên đế thủy tinh tại các nhiệt độ đế khác nhau Hình 3.29. Tính chất điện của màng M3bZnO:Al ở các nhiệt độ đế khác nhau Hình 3.30. Phổ truyền qua của mẫu màng ZnO và ZnO:Al khi nhiệt độ đế 25oC Hình 3.31. Phổ hấp thụ quan sát trên mẫu M1aZnO tại các nhiệt độ đế: a) 200oC, b) 400oC và c) 600oC 12
Hình 3.32. Phổ hấp thụ quan sát trên mẫu M2aZnO tại các nhiệt độ đế: a) 200oC, b) 400oC và c) 600oC Hình 3.33. Phổ hấp thụ quan sát trên mẫu M3aZnO tại các nhiệt độ đế 600oC Hình 3.34. Phổ hấp thụ quan sát trên mẫu M1bZnO:Al tại các nhiệt độ đế: a) 200oC, b) 400oC và c) 600oC Hình 3.35. Phổ huỳnh quang của màng M1aZnO tại các nhiệt độ đế khác nhau: a) 25oC, b) 200oC, c) 400oC và d) 600oC 13
MỞ ĐẦU Ngày nay vật liệu quang điện đang trở thành một lĩnh vực hết sức cần thiết cho cuộc sống của con người và mang lại nhiều ứng dụng trong khoa học hiện đại. Sự phát triển của vật liệu quang điện tử là động lực cho sự phát triển trong nhiều ngành khoa học khác. Ôxit kẽm (ZnO) là hợp chất thuộc nhóm AIIBVI có tính chất nổi bật như: độ rộng vùng cấm lớn (cỡ 3,37 eV ở nhiệt độ phòng), độ bền vững, độ rắn và nhiệt độ nóng chảy cao, đã và đang được nghiên cứu một cách rộng rãi vì khả năng ứng dụng của nó. Vật liệu cho linh kiện quang điện tử hoạt động trong vùng phổ tử ngoại, các chuyển mức phát quang xảy ra với xác suất lớn. Đối với ZnO hiệu suất lượng tử phát quang có thể đạt gần 100% và có thể thay đổi điện trở xuất hay tính chất phát quang tuỳ vào tạp chất được pha vào ZnO. Tính chất đặc biệt này của vật liệu ZnO khiến cho nó được sử dụng làm điện cực dẫn trong suốt hay chất nền trong rất nhiều linh kiện quang điện tử bằng cách pha các tạp chất thích hợp. Hiện nay để chế tạo các màng ZnO dẫn điện trong suốt trong miền nhìn thấy và có tính ổn định cao, người ta thường pha tạp chất nhóm III như: Ga, Al, In bằng nhiều phương pháp khác nhau. Mỗi phương pháp chế tạo vật liệu đều có những sự khác biệt và ưu nhược điểm khác nhau. Trong luận văn này, chúng tôi tiến hành chế tạo và nghiên cứu một số tính chất vật lý của vật liệu ZnO và ZnO pha tạp Al2O3 (1%) ở dạng khối và màng mỏng bằng những phương pháp sau:  Ép bột ZnO ở áp suất cao (từ 20000 psi) và nung ở nhiệt độ cao để tạo bia ZnO và ZnO pha Al2O3 (1%) nhằm mục đích tăng sự liên kết và mật độ khối của vật liệu. 14
 Tạo màng ZnO và ZnO pha Al2O3 (1%) trên đế Si, thủy tinh và thạch anh bằng phương pháp lắng đọng bằng chùm xung điện tử (PED) ở các nhiệt độ đế khác nhau để tìm chế độ tạo vật liệu kích thước nanomét có điện trở mặt 80% trong miền ánh sáng khả kiến để ứng dụng làm lớp điện cực dẫn trong pin mặt trời CIGS. Trên cơ sở đó, luận văn của tôi trình bày về vấn đề: “Chế tạo và nghiên cứu vật liệu ôxít kim loại có kích thước nanomét sử dụng trong pin Mặt trời” nhằm mục đích: (1) giới thiệu phương pháp lắng đọng bằng chùm xung điện tử PED; (2) khảo sát tính chất cấu trúc, tính chất quang và tính chất điện của màng ZnO và ZnO pha tạp Al2O3. Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phần phụ lục nội dung bản luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan lý thuyết Chương 2: Các phương pháp chế tạo mẫu và nghiên cứu tính chất vật liệu Chương 3: Kết quả và thảo luận 15
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Ôxít kẽm (ZnO) là hợp chất bán dẫn thuộc nhóm A2B6 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học Menđêlêép. Hợp chất bán dẫn A2B6 được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học vật liệu và điện tử học bán dẫn. Vật liệu ZnO tồn tại trong hai loại cấu trúc cơ bản: cấu trúc lập phương giả kẽm sphalerít và cấu trúc lục giác kiểu wurtzite. Tinh thể không pha tạp ZnO là chất điện môi, có cấu trúc lục giác wurtzite bền vững ở điều kiện bình thường. Khi áp suất thủy tĩnh cao ZnO có cấu trúc lập phương đơn giản kiểu NaCl và khi tồn tại ở nhiệt độ cao, ZnO có cấu trúc giả kẽm. 1.1 Một số tính chất vật lý của vật liệu ZnO 1.1.1 Cấu trúc tinh thể ZnO Ở điều kiện thường, cấu trúc của ZnO tồn tại ở dạng wurtzite. Mạng tinh thể ZnO ở dạng này được hình thành trên cơ sở hai phân mạng lục giác xếp chặt của Cation Zn2+ và Anion O2 lồng vào nhau một khoảng cách 3/8 chiều cao (Hình 1.1). Mỗi ô cơ sở có hai phân tử ZnO, trong đó có hai nguyên tử Zn nằm ở vị trí (0,0,0); (1/3,1/3,1/3) và hai nguyên tử O nằm ở vị trí (0,0,u); (1/3,1/3,1/3+u) với u~3/8 [6]. Mỗi nguyên tử Zn liên kết với 4 nguyên tử O nằm trên 4 đỉnh của một 16
hình tứ diện gần đều. Khoảng cách từ Zn đến 1 trong 4 nguyên tử bằng uc, còn ba khoảng cách khác bằng [1/3a3 + c2(u – ½)2]1/2. Hằng số mạng trong cấu trúc được đánh giá cỡ: a=3,2496 Å, c=5,2042 Å. Do cấu trúc tinh thể thuộc loại wurzite nên ZnO có điểm nóng chảy ở nhiệt độ rất cao, 1975 oC và có thể thăng hoa không phân huỷ khi bị đun nóng. Ngoài ra, trong điều kiện đặc biệt tinh thể ZnO có thể tồn tại ở các cấu trúc khác như lập phương giả kẽm (Hình 1.2) hay cấu trúc lập phương kiểu NaCl (Hình 1.3) [6]. Đây là trạng thái giả bền của ZnO nhưng xuất hiện ở nhiệt độ cao. Nhóm đối xứng không gian của cấu trúc này là Td2F 4 3m. Mỗi ô cơ sở chứa bốn phân tử ZnO với các tọa độ nguyên tử là: + 4 nguyên tử Zn ở vị trí |a| có các tọa độ: (0, 0 ,0), (0, 1/2, 1/2), (1/2, 0, 1/2), (1/2, 1/2, 0). + 4 nguyên tử O ở vị trí |c| có các tọa độ: (1/4, 1/4 ,1/4), (1/4, 3/4, 3/4), (3/4, 1/4, 3/4), (3/4, 3/4, 1/4). Hình 1.1: Cấu trúc lục giác wurtzite của tinh thể ZnO. 17
oxy kẽm Hình 1.2: Cấu trúc lập phương giả kẽm của tinh thể ZnO. Mỗi nguyên tử O được bao quanh bởi bốn nguyên tử Zn nằm ở đỉnh của tứ diện có khoảng cách a 3 /2, với a là thông số của mạng lập phương. Mỗi nguyên tử Zn(O) còn được bao bọc bởi 12 nguyên tử cùng loại, chúng là lân cận bậc hai, nằm tại khoảng cách a/ 2 . O Zn Hình 1.3: Cấu trúc lập phương kiểu NaCl của tinh thể ZnO. 1400 Gi ữa cPha B ấu trúc lục giác wurtzite và c 4 Pha B , Nacl ấu trúc lập phương đơn giản kiểu NaCl 1 1200 Wurtzite của ZnO có thể xảy ra sự chuyển pha. Hình 1.4 biểu diễn đồ thị biểu diễn sự 1000 800 600 400 18 0 2 4 6 8 10 12 14
phụ thuộc nhiệt độ và áp suất chuyển pha từ cấu trúc lục giác wurtzite sang cấu trúc lập phương đơn giản kiểu NaCl và ngược lại. Sự cân bằng pha được thiết lập ở áp suất khoảng 6Gpa. Theo tính toán, sự thay đổi thể tích của hai trạng thái này vào cỡ 17% và hằng số mạng trong cấu trúc này a ~ 4,27Å. Hình 1.4: Sự chuyển pha từ cấu trúc lục giác wurtzite sang cấu trúc lập phương đơn giản kiểu NaCl của ZnO. Áp suất 1.1.2 Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO (GPa) Tinh thể ZnO có đặc điểm chung của các hợp chất A2B6 là có vùng cấm thẳng: cực đại của vùng hóa trị và cực tiểu của vùng dẫn cùng nằm tại giá trị k = 0 ở tâm vùng Brillouin. Vùng Brillouin của tinh thể cấu trúc wurzite (chính là ô mạng Wigner Seit trong không gian mạng đảo) có dạng khối bát diện , như được trình bày trên Hình 1.5. Kết quả nghiên cứu bằng phương pháp nhiễu loạn cho phép tính được vùng năng lượng của mạng lục giác từ vùng năng lượng của mạng lập phương. Sơ đồ vùng dẫn (CB) và vùng hoá trị (VB) của hợp chất nhóm A2B6 với mạng tinh thể lục giác được cho trên Hình 1.6. So với sơ đồ vùng của mạng lập phương ta thấy rằng, mức Γ8 (J=3/2) và Γ7 (J=1/2) của vùng hoá trị do ảnh hưởng của nhiễu loạn trường tinh thể, bị tách thành 3 phân vùng Γ 9(A), Γ7(B) và Γ7(C) trong mạng lục giác. Trạng thái 2s, 2p và mức suy biến bội ba trong trạng thái 3d của Zn tạo nên vùng hóa trị. Trạng thái 4s và suy biến bội hai của trạng thái 3d trong Zn tạo nên vùng dẫn. Từ cấu hình điện tử và sự phân bố điện tử trong các quỹ đạo, Zn 19
và Zn2+ không có từ tính bởi vì các quỹ đạo đều được lấp đầy các điện tử, dẫn đến mômen từ của các điện tử bằng không. Hình 1.5: Vùng Brillouin mạng tinh thể ZnO [6]. 20