Đề tài Chế tạo màng và khảo sát tính chất màng ZnO:Al bằng phương pháp Sol-Gel

MỤC LỤC MỤC LỤC 1 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5 LỜI CẢM ƠN 7 GIỚI THIỆU 8 CHƯƠNG 1 -TỔNG QUAN 9 1.1.Những đặc trưng cơ bản ZnO 9 1.1.1 Cấu trúc tinh thể màng mỏng ZnO 9 1.1.2 Tính chất hóa lý của ZnO 10 1.1.3 Sự sai hỏng trong tinh thể ZnO:Al 11 1.1.3.1 Sự sai hỏng điểm trong cấu trúc 11 1.1.3.2 Sự sai hỏng điện tử ,sự tạo thành vật liệu bán dẫn 12 1.1.4 Tính chất dẫn điện của màng ZnO 14 1.1.4.1 Sự dẫn điện của màng mỏng 14 1.1.4.2 Ảnh hưởng của quá trình ủ nhiệt lên độ dẫn điện của màng ZnO:Al 14 1.1.5 Pha tạp trong ZnO 15 1.1.6 ZnO pha tạp Al 15 1.1.7 Các phương pháp tạo màng ZnO:Al 16 1.1.7.1 Phương pháp bốc bay chân không 18 1.1.7.2. Phương pháp phún xạ 19 1.1.7.3 Phương pháp Sol-Gel 20 CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM 21 2.1 Mục đích của đề tài 21 2.2 Phương pháp solgel 22 2.2.1 Kỹ thuật phủ nhúng 25 2.2.2 Kỹ thuật phủ quay mẫu spin 26 2.2.3 Phương trình động học của chất lỏng trong quá trình phủ quay 27 2.3 Tiến trình thực nghiệm 29 2.3.1 Quy trình chế tạo màng ZnO:Al bằng phương pháp Sol-gel 30 2.3.2 Chuẩn bị đế tráng màng 31 2.3.3 Chuẩn bị dung dịch 32 2.3.4 Phủ màng 34 2.3.5 Xử lý nhiệt cho màng 35 2.3.5.1 Xử lý nhiệt sơ bộ - tiền ủ nhiệt 35 2.3.5.2 Nung và ủ nhiệt 36 2.3 .6 Khảo sát độ dày màng 38 2.4 Phân tích cấu trúc và đánh giá các tính chất màng ZnO:Al 40 2.4.1 Phân tích cấu trúc màng 40 2.4.2 Ảnh hiển vi điện tử quét SEM 41 2.4.3 Đánh giá tính chất quang 42 2.4.4 Đánh giá tính chất điện 43 CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Kết quả phân tích cấu trúc màng 45 3.2 Kết quả chụp kính hiển vi điện tử quét SEM 47 3.3 Độ truyền qua của màng trong ánh sáng tử ngoại-khả kiến 51 3.4 Kết quả đánh giá độ dẫn điện 53 CHƯƠNG 4- KẾT LUẬN 56 4.1 Những công việc thực hiện 56 4.2 Kết quả đạt được 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 : Lượng hóa chất tạo Sol khi chưa pha tạp Al 32 Bảng 2.2 : Lượng pha tạp Al(NO3)3 33 Bảng 3.1 :Khảo sát sự ảnh hưởng nồng độ pha tạp đến độ dẫn điện 53 Bảng 3.2 : Ảnh hưởng của môi trường ủ nhiệt đến độ dẫn điện 54 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cấu trúc ô mạng tinh thể ZnO dạng Wurtzite 9 Hình 1.2: Sai hỏng điểm trong cấu trúc tinh thể 11 Hình 1.3 : Sự thay đổi độ rộng vùng cấm ZnO khi pha tạp Al 13 Hình 1.4 : Các phương pháp chế tạo màng mỏng 16 Hình 1.5 : Phương pháp bốc bay chân không 18 Hình 1.6 : Phương pháp phún xạ magnetron thẳng 19 Hình 1.7 :Một số kỹ thuật tạo màng từ dung dịch ( phun,nhúng,quay ) 20 Ưu điểm: 20 Hình 2.1: Ảnh hưởng của xúc tác đến cấu trúc của các hạt sol trong dung dịch (a, môi trường acid, b, môi trường bazơ) 23 Hình 2.2 :Thời gian hình thành Sol-Gel 23 Hình 2.3 : Phương pháp Sol-gel và một số sản phẩm 24 Hình 2.4 : Kỹ thuật phủ nhúng 25 Hình 2.5 : Kỹ thuật phủ quay 26 Hình 2.6 : Sơ đồ chế tạo màng ZnO:Al bằng phương pháp Sol-Gel 30 Hình 2.7 : Máy rửa siêu âm Jinwoo JAC Ultrasonic 1505. 31 Hình 2.8 : Lò sấy chân không SPT-2000 32 Hình 2.9 . Thiết bị khuấy từ tạo dung dịch 33 Hình 2.10 . Các dung dịch sol sau khi điều chế 34 Hình 2.11 :Thiết bị tạo màng bằng kỹ thuật phủ quay 34 Hình 2.12 : Lò nung ElektroLM 112.10 35 Hình 2.13: Hệ thống nung mẫu trong môi trường chân không được chế tạo trong quá trình thực hiện đề tài 36 Hình 2.14 : Các mẫu màng trước khi ủ nhiệt trong chân không ( x-1-6) và các mẫu sau khi ủ nhiệt trong chân không (x-2-6) 38 Hình 2.15 :Độ dày màng sau 6 lần tráng phủ 39 Hình 2.16 : Thiết bị đo độ dày màng DEKTAK 6M 40 Hình 2.17 : Máy phân tích nhiễu xạ tia X Kristallofex 41 Hình 2.20 :Thiết bị đo 4 mũi dò 44 Hình 3.1 : Phổ XRD màng ZnO trên đế thủy tinh không pha tạp Al trước ủ nhiệt chân không (0-1-6) 45 Hình 3.2 :Phổ XRD màng ZnO 6 lớp pha tạp 2% Al trước khi ủ nhiệt trong chân không 46 Hình 3.3 :Phổ XRD màng ZnO 6 lớp pha tạp 2% Al sau khi ủ nhiệt trong chân không 46 Hình 3.4 : Ảnh SEM mẫu 0-1-6 (X 50000) 48 Hình 3.5 : Ảnh SEM mẫu 2-1-6 ( X 50000) 48 Hình 3.6 : Ảnh SEM mẫu 2-1-6 ( X 80000) 49 Hình 3.7 :Ảnh SEM mẫu 2-2-6 (X 60.000) 49 Hình 3.8 :Ảnh SEM mẫu 2-2-6 (X 100000) 50 Hình 3.9 :Phổ truyền qua của các màng ZnO pha tạp Al từ 0 đến 6% sau khi ủ nhiệt lần 1 trong không khí 51 Hình 3.10 :Phổ truyền qua của các màng ZnO pha tạp Al từ 0 đến 6% sau khi ủ nhiệt lần 2 trong chân không 52 Hình 3.11 :Thay đổi điện trở của màng ZnO theo hàm lượng pha tạp Al của các mẫu khi ủ nhiệt trong không khí 53 Hình 3.12: Thay đổi điện trở màng ZnO theo hàm lượng pha tạp Al của các mẫu sau khi ủ nhiệt trong chân không 55 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên con xin cảm ơn thầy TS Trần Quang Trung , người trực tiếp hướng dẫn, động viên con hoàn tất khóa luận này. Xin cảm ơn chú Đặng Thành Công , cán bộ Bộ môn Vật lý Chất rắn đã hộ trợ cho con xây dựng thiết bị. Cảm ơn các thầy cô của Khoa Vật Lý đã tận tình giảng dạy cho tôi những điều hay trong suốt thời gian tôi còn ngồi trên ghế nhà trường. Cảm ơn chị Dương Thị Thanh Trúc, anh Văn Hoàng Luân và chị Lê Thụy Thanh Giang đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ em trong suốt khóa luận. Cám ơn các bạn sinh viên VL05, BM Vật Lý Chất rắn đã luôn đứng bên cạnh tôi và chia sẽ trong những lúc khó khăn. Và trên tất cả , con gởi đến gia đình những tình cảm yêu thương nhất . Cảm ơn Ba mẹ đã cho con tất cả những gì con có hôm nay. Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả! GIỚI THIỆU Với những lợi thế về độ rộng vùng cấm (Eg>3eV hay cao hơn) bằng cách pha tạp thích hợp một cách có kiểm soát Zno:Al có thể đạt được màng có độ dẫn điện và trong suốt cao bằng cách tạo sự suy biến cao trong vật liệu .Đó là lợi điểm của Zno đối với một số vật liệu oxide kim loại khác hay các màng kim loại rất mỏng có thể đạt được độ trong suốt một phần với độ giảm khả năng dẫn điện ở mức chấp nhận được, nhưng khó có thể đạt được độ trong suốt cao đồng thời dẫn điện mạnh. Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về các màng pha tạp oxide kẽm, idium, cadmium, thiếc các hợp kim chúng có độ truyền qua và dẫn điện tốt gần bằng kim loại .Các nhà nghiên cứu đã chú ý oxide kẽm pha tạp nhôm (Alumium-doped Zinc oxide –Zno:Al) có độ truyền qua và độ dẫn cao , và được đem ứng dụng rộng rãi trong quang điện tử như diode phát quang bước song ngắn ( short wavelength light emitting diode –LEDs ) hay lazers diod es ( LDs), cảm biến khí , lớp phủ chống tia UV , điện cực trong suốt dẫn điện … CHƯƠNG 1 -TỔNG QUAN 1.1.Những đặc trưng cơ bản ZnO 1.1.1 Cấu trúc tinh thể màng mỏng ZnO Trong tự nhiên ZnO được tìm thấy dưới ba dạng cấu trúc: haxagonal wurtzite, zinc blende, rocksalt. Ở nhiệt độ phòng wurtzite là dạng ổn định nhiệt động ,trong khi đó zinc-blende chỉ có được khi kết tinh trên đế có cấu trúc lập phương, và dạng rocksalt chỉ tồn tại ở áp suất cao. ZnO dạng sáu phương có cấu trúc xếp chặt :
Hình 1.1 Cấu trúc ô mạng tinh thể ZnO dạng Wurtzite Cấu trúc wurtzite gồm hai mạng lục giác xếp chặt lồng vào nhau của cation Zn2+ và anion O2- dịch chuyển bởi chiều dài liên kết dọc theo trục c. Mỗi mạng con có 4 nguyên tử trên một ô đơn vị, mỗi nguyên tử của một loại (nhóm II) được bao bọc xung quanh bởi 4 nguyên tử của loại khác (nhóm IV) và ngược lại, tạo thành một khối tứ diện (hình 1.1) . Trong mỗi ô đơn vị của ZnO có chứa 2 nguyên tử Oxy và 2 nguyên tử Zn Zn (0 0 0) và Zn (2/3, 1/3,1/2) O (0 0 u) và O (2/3, 1/3,1/2+u ) Với a = b = 0,3249 nm, c = 0,5205 nm
1.1.2 Tính chất hóa lý của ZnO Tinh thể ZnO có nhiệt độ nóng chảy cao (1,9750C), khối lượng riêng 5,606 g/cm3, không tan trong nước, không mùi. ZnO ở dạng bột có màu trắng. Tuy nhiên ZnO rất dễ tan trong dung dịch axít và tan được trong dung dịch kiềm. Zno là hợp chất bãn dẫn hai cấu tử II-VI , là bán dẫn loại n có độ rộng vùng cấm lớn Eg = 3,37eV ở nhiệt độ phòng với chuyển mức thẳng , tinh thể bất đẳng hướng có một trục quang học. Do đó tinh thể ZnO là trong suốt, hấp thu riêng ở bước sóng lớn hơn 370nm, với chiết suất cỡ 2,008 và không dẫn điện ở điều kiện bình thường. Tinh thể ZnO còn có tính áp điện và nhiệt sắc. Hiện nay‎ ý tưởng áp dụng ZnO vào spintronics cũng đang được theo đuổi tại nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới. Khi được pha tạp Al, ZnO :Al là bán dẫn suy biến loại n có điện trở nhỏ, có nồng độ hạt tải lớn vì mức Fermi nằm trên vùng dẫn .Sự suy biến được gây ra đồng thời bởi các nút khuyết oxy và Al3+ các thay thế Zn2+ hoạt động như một donor loại n [1]. Nồng độ hạt tải dao động trong khoảng 1019 đến 1021.cm-3 và độ linh động Hall trong khoảng từ 0,5 đến 30 cm2V-1s-1 .Nồng độ hạt tải và độ linh động thay đổi dẫn đến sự thay đổi độ dẫn điện. 1.1.3 Sự sai hỏng trong tinh thể ZnO:Al Trong phần trên ta đã xét cấu trúc mạng tinh thể lý tưởng, tức là mạng trong đó toàn bộ các phần tử cấu tạo nên vật rắn nằm ở các vị trí nút mạng đều tuân theo quy luật đối xứng, tuần hoàn trong không gian tinh thể. Tuy nhiên, trong tinh thể thực luôn tồn tại các sai hỏng cấu trúc. Để hiểu rõ hơn về sự pha tạp Al vào mạng tinh thể ZnO và bản chất của việc tăng tính dẫn điện của màng ZnO:Al, ta xét sự tạo thành sai hỏng trong vật liệu. 1.1.3.1 Sự sai hỏng điểm trong cấu trúc Trong tinh thể ZnO thực luôn có những nguyên tử (hoặc ion) có khả năng bật ra khỏi vị trí cân bằng (vị trí nút mạng) và đi vào vị trí xen kẽ giữa nút mạng, hoặc dời khỏi mạng tinh thể, để lại vị trí trống (nút khuyết) ở nút mạng cân bằng cũ. Có hai dạng sai hỏng điểm là sai hỏng Frenkel và sai hỏng Schottky (hình 1.2).
Hình 1.2: Sai hỏng điểm trong cấu trúc tinh thể Sai hỏng Frenkel: Nguyên tử rời khỏi nút mạng và xen lẫn giữa mạng, để lại nút khuyết tại vị trí nút mạng (không có nguyên tử). Sai hỏng Schottky: Nguyên tử dời khỏi mạng tinh thể, để lại nút khuyết ở nút mạng. 1.1.3.2 Sự sai hỏng điện tử ,sự tạo thành vật liệu bán dẫn Sai hỏng điện tử là sự khác biệt cấu trúc lớp vỏ điện tử ngoài cùng (thừa hoặc thiếu electron) so với lớp vỏ liên kết bền vững, xảy ra khi các electron bị kích thích lên mức năng lượng cao hơn. Sự kích thích này có thể tạo một electron trong vùng dẫn hoặc một lỗ trống trong vùng hóa trị. Khi pha tạp Al vào mạng tinh thể ZnO. Các ion dương Al3+ và Zn2+ có bán kính ion gần bằng nhau (0,53 A0 và 0,72 A0), do đó ion Al3+ dễ dàng sát nhập với mạng lưới ZnO bằng cách thay thế Zn2+ mà không phân biệt được cấu trúc đơn vị cấu thành.
Như thế, mỗi ion Al3+ khi thay thế vào vị trí của Zn2+ trong mạng tinh thể ZnO sẽ cho một electron tự do, và một lỗ trống trong mạng tinh thể do đó làm tăng độ dẫn điện của vật liệu. Sai hỏng điện tử là hệ quả tất yếu của sai hỏng nguyên tử (hoặc ion) khi có lẫn tạp chất. Tính dẫn điện của ZnO không pha tạp được quyết định bởi những nút khuyết Oxy, mà mật độ của chúng thì khó kiểm soát được. Hơn nữa, việc giảm số lượng nút khuyết hoặc Oxy hóa do không khí cũng ảnh hưởng mạnh đến tính dẫn điện của ZnO tinh khiết. Những biến đổi đó được xem là do độ linh động của electron hơn là do mật độ hạt mang điện. Điều này gây ra bởi sự hấp phụ hóa học hoặc sự giải phóng Oxy từ biên hạt. Sự hấp phụ Oxy tại biên hạt tạo ra một lớp không gian mang điện tích dương dưới bề mặt của ZnO. Lớp này bắt giữ electron, dẫn đến việc giảm độ linh động và nồng độ electron và do đó làm giảm tính dẫn điện. Sự gia tăng nồng độ hạt tải trong màng ZnO pha tạp Al cũng liên quan đến việc mở rộng độ rộng vùng cấm, đó chính là hiệu ứng Moss-Burstein[3]. Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO:Al có dạng parabol như hình 1.3 .
Hình 1.3 : Sự thay đổi độ rộng vùng cấm ZnO khi pha tạp Al Khi chưa pha tạp, vùng dẫn của ZnO hầu như không bị chiếm bởi điện tử nào. Do đó điện tử từ đỉnh vùng hóa trị có thể hấp thụ lượng tử ánh sáng có năng lượng Eg và chuyển mức thẳng lên đáy vùng dẫn. Tuy nhiên khi pha tạp Al làm tăng điện tử tự do, do Al chiếm dần các mức dưới cùng của vùng dẫn. Theo nguyên lí Pauli, hệ các fermion không cho phép tồn tại hơn một hạt trong một trạng thái lượng tử, do đó các electron ở đỉnh vùng hóa trị và lân cận quanh đó không thể nhảy lên chiếm các trạng thái tại đáy vùng dẫn – vốn đã có các electron dẫn, mà chỉ có các electron nằm xa đỉnh vùng hóa trị hơn mới có thể chuyển mức thẳng lên chiếm các trạng thái trống trên vùng dẫn. Các electron này đòi hỏi lượng tử ánh sáng có năng lượng cao hơn, do đó độ rộng vùng cấm tăng lên. Độ tăng của độ rộng vùng cấm theo hiệu ứng Burnstein-Moss được tính bằng công thức 1.1:
(1.1)
: độ tăng độ rộng vùng cấm do hiệu ứng Burnstein-Moss.
: khối lượng hiệu dụng rút gọn.
: nồng độ electron dư. 1.1.4 Tính chất dẫn điện của màng ZnO 1.1.4.1 Sự dẫn điện của màng mỏng Nếu độ dày màng đủ lớn thì độ dẫn của chúng gần giống như độ dẫn của vật liệu khối. Theo định luật Ohm dưới dạng vi phân, dòng điện tỉ lệ với điện trường E theo biểu thức 1.2:
(1.2) Trong đó độ dẫn điện ( tuân theo công thức [1.3]:
(1.3) Với n, ( là nồng độ và độ linh động của hạt tải. Công thức (1.3) cho thấy độ dẫn điện phụ thuộc vào hai yếu tố: nồng độ hạt tải và độ linh động. Quá trình ủ nhiệt ảnh hưởng đến hai yếu tố trên. 1.1.4.2 Ảnh hưởng của quá trình ủ nhiệt lên độ dẫn điện của màng ZnO:Al Các quá trình ủ nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính chất dẫn điện của màng. Màng ZnO tạo thành bằng phương pháp solgel khi chưa ủ nhiệt có rất nhiều lỗ trống Oxy, do đó rất nhiều Zn thừa ra 2 electron. Các electron này đóng góp vào nồng độ hạt tải n, tham gia dẫn điện. Tuy nhiên, màng ZnO lúc này có vi cấu trúc rất không đồng nhất, các quá trình tán xạ xảy ra mạnh làm độ linh động ( của chúng không cao. Do đó độ dẫn điện (
) không lớn và kết quả là màng ZnO mới phủ có điện trở tương đối cao. Cũng do vi cấu trúc của màng không đồng nhất và độ gồ ghề lớn mà màng tán xạ ánh sáng mạnh, nhất là ở vùng sóng ngắn, màng dễ bị đục. Còn màng ZnO sau khi đã ủ nhiệt trong không khí, hệ số khuếch tán D của quá trình Oxy khuếch tán từ không khí vào màng tăng. Oxy tràn vào lấp các lỗ trống, do đó số Zn dư sẽ giảm, nồng độ hạt tải n giảm. Nhưng vi cấu trúc màng trở nên đồng nhất, tán xạ của điện tử giảm nên độ linh động ( tăng. Sự kiện các hạt tải giảm và độ linh động tăng ( tăng sẽ cạnh tranh nhau. Nếu lựa chọn nhiệt độ ủ thích hợp, sẽ hạn chế được sự giảm hạt tải và tăng được độ linh động (, kết quả là độ dẫn điện (( = n(q) tăng, màng sẽ vẫn dẫn điện tốt mà lại trong suốt. Việc lựa chọn “cửa sổ” nhiệt độ khi nung và môi trường khí trong lò nung là rất quan trọng. 1.1.5 Pha tạp trong ZnO Pha tạp trong ZnO có hai loại : Pha tạp loại n như Al có 3 nguyên tử ở lớp ngoài cùng thay thế Zn trong liên kết ZnO để dư ra 1 nguyên tử đây là kiểu pha tạp thay thế ,hay pha tạp Li dạng pha tạp điền khuyết. Pha tạp loại p như pha tạp Photpho P thay thế O làm tăng nồng độ lỗ trống. 1.1.6 ZnO pha tạp Al Khi được pha tạp Al, ZnO :Al là bán dẫn suy biến loại n có điện trở nhỏ, có nồng độ hạt tải lớn vì mức Fermi nằm trên vùng dẫn. Sự suy biến được gây ra đồng thời bởi các nút khuyết ôxy và các Al3+ thay thế Zn2+ hoạt động như một donor loại n [1]. Nồng độ hạt tải dao động trong khoảng 1019 đến 1021.cm-3 và độ linh động Hall trong khoảng từ 0,5 đến 30 cm2V-1s-1. Nồng độ hạt tải và độ linh động thay đổi dẫn đến sự thay đổi độ dẫn điện. ZnO là bán dẫn có độ rộng vùng cấm tương đối lớn (3,3 – 4 eV) và có độ truyền qua cao (>80%) trong vùng ánh sáng khả kiến (0,4 < λ < 0,8 μm). Độ truyền qua giảm mạnh khi λ < 0,4 μm do sự hấp thụ riêng của bán dẫn. Tăng hàm lượng pha tạp Al gây nên sự tăng phản xạ đồng thời giảm độ truyền qua trong vùng hồng ngoại. 1.1.7 Các phương pháp tạo màng ZnO:Al Phụ thuộc vào cách chế tạo màng mỏng, ta chia thành hai nhóm chính[4] ( hình 1.4): Phương pháp vật lý. Phương pháp hóa học. Tùy theo yêu cầu sử dụng, khả năng chế tạo dễ dàng, chi phí cũng như các giới hạn cụ thể đối với từng kỹ thuật mà có thể chọn phương pháp phù hợp.
Hình 1.4 : Các phương pháp chế tạo màng mỏng Trong các phương pháp trên, một số phương pháp được dung để chế tạo màng mỏng chất lượng cao như: phún xạ magnetron RF và DC trong môi trường phản ứng hoặc không phản ứng, xung laser, bốc bay nhiệt ( Thermal Evaporation ), nhiệt phân phun (Spray Pyrolysis ), bay hơi phản ứng hóa học trong pha khí, sol-gel [5][6]. Việc lựa chọn kỹ thuật chế tạo màng mỏng được quyết định bởi các yếu tố như chất lượng màng, độ đồng nhất trên diện tích rộng , năng suất khả năng chế tạo dễ dàng , chi phí cũng như tác dụng có hại và các giới hạn cụ thể đối với từng kỹ thuật . Một số phương pháp được trình bày dưới đây . 1.1.7.1 Phương pháp bốc bay chân không
Hình 1.5 : Phương pháp bốc bay chân không Ưu điểm: Đơn giản và có thể tạo màng hợp chất và màng tạo ra có hợp thức khá giống với vật liệu nguồn trong những điều kiện thích hợp. Nhược điểm: Không thể tạo màng quá mỏng, khả năng khống chế độ dày rất kém do tốc độ bay hơi khó điều khiển. Việc tạo màng đa lớp cũng rất khó khăn với phương pháp này. Gần đây, người ta cải tiến phương pháp này như sử dụng bốc bay chùm điện tử, cải tiến tường bao quanh nguồn đốt. 1.1.7.2. Phương pháp phún xạ
Hình 1.6 : Phương pháp phún xạ magnetron thẳng Ưu điểm: Có thể tráng phủ ở nhiệt độ thấp, đặc biệt là đối với màng có độ cứng như màng của hợp chất nitride hoặc carbide. Có thể khống chế tỉ lệ hợp thức của màng bằng cách thay đổi áp suất khí. Có độ bám dính tốt giữa lớp phủ và đế. Nhược điểm: Các ion dương năng lượng cao tương tác với bia có thể làm nóng bia, gây hỏng bia, ảnh hưởng đến quá trình tạo màng. Khí phản ứng có thể phản ứng với bia ngay tại bề mặt bia, gây đầu độc bia, làm giảm hiệu suất phún xạ. Bia phún xạ cần tinh khiết, vật liệu bia chỉ bị phún xạ trên đường đua dẫn đến hao phí vật liệu bia. 1.1.7.3 Phương pháp Sol-Gel
Hình 1.7 :Một số kỹ thuật tạo màng từ dung dịch ( phun,nhúng,quay ) Ưu điểm: Tạo màng có độ tinh khiết và tính đồng nhất cao từ vật liệu ban đầu. Nhiệt độ chế tạo thấp. Khả năng tạo hình tốt. Phương pháp mới tạo màng kính. Khả năng ứng dụng rộng, phủ được trên các bề mặt lớn. Phương pháp phủ màng đơn giản, dễ xây dựng, chi phí thấp... Nhược điểm: Hao hụt nhiều trong quá trình tạo thành màng Màng dễ rạn nứt trong quá trình nung sấy Tuổi thọ không cao Khả năng bám dính không cao so với một số phương pháp khác. CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM 2.1 Mục đích của đề tài Màng mỏng ZnO: Al có thể tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau, mỗi phương pháp đều có đặc thù riêng, nên màng thu được bởi những phương pháp khác nhau có những tính chất khác nhau. Một số phương pháp phổ biến như: phương pháp phún xạ, phương pháp PVD (physical vapor deposition), CVD (chemical vapor deposition), solgel... Các phương pháp tạo màng bằng phương pháp vật lý như phún xạ , xung laser hay lắng đọng hơi hóa học (CVD) đều sử dụng thiết bị đắt tiền, khó khăn trong việc tráng phủ các màng mỏng đồng đều trên các bề mặt lớn. Đề tài này nghiên cứu chế tạo màng dẫn điện trong suốt làm bằng vật liệu ZnO:Al trên đế thuỷ tinh bằng phương pháp sol-gel để làm các điện cực dẫn điện và cho ánh sáng truyền qua trong vùng khả kiến. Ở đây chọn phương pháp sol-gel để chế tạo màng vì khả năng tráng phủ màng trên bề mặt rộng tuỳ ý, thiết bị chế tạo đơn giản, giá thành thấp, có khả năng ứng dụng rộng rãi vào thực tế. Màng ZnO:Al sau khi chế tạo sẽ được nghiên cứu cấu trúc, các tính chất quang, điện và ảnh hưởng của các thông số chế tạo đến chất lượng của màng. Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm các bước sau: Tạo màng ZnO:Al bằng phương pháp solgel với các thông số chế tạo và hàm lượng pha tạp khác nhau. Đánh giá tính chất quang, điện và cấu trúc của màng ZnO:Al theo các điều kiện chế tạo khác nhau. Khảo sát mối tương quan giữa các thông số công nghệ đối với các tính chất của màng thông qua các kết quả nhận được. Lựa chọn chế độ công nghệ phù hợp chế tạo các màng thoả mãn những yêu cầu đã đề ra (các màng chế tạo có các tính trong suốt trong vùng ánh sáng khả kiến và dẫn điện đáp ứng được các yêu cầu ứng). 2.2 Phương pháp solgel Q