ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LÊ QUẸO KHẢO SÁT TÍNH CHẤT ĐIỆN VÀ
QUANG CỦA MÀNG ZnO:In LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: Vật lý vô tuyến và điện tử

Mã số: 60 44 03
Thầy luôn luôn động viên và hướng dẫn, định hướng cho em trong suốt quá trình
làm luậ
n văn này.
Em cũng không quên gởi lời cảm ơn đến Thầy Hồ Văn Bình. Thầy luôn động
viên và hỗ trợ về thiết bị trong những lúc khó khăn nhất.
Em cũng xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Lê Trấn.Thầy đã nhiệt tình giúp
đỡ em trong những lúc gặp khó khăn khi thực hiện luận văn.
Em xin cảm ơn anh Nguyễn Đức Hảo. Anh đã luôn sẵn sàn giúp đỡ em trong
những lúc gặp khó khăn về kỹ thuật máy móc thiết bị.
Em cũng không thể quên cảm ơn anh Phạm Duy Phong, chị Lê Thị Thụy
Giang, chị Phạm Kim Ngọc, chị Từ Ngọc Hân đã nhiệt tình đo mẫu trong suốt thời
gian thực hiện luận văn này.
Anh gởi lời cảm ơn tới em Phạm Thanh Tuân. Em đã cùng anh trải qua những
khó khăn thử thách trong thời gian đầu thực hiện đề
tài này.
Anh cũng gởi lời cảm ơn đến em Huỳnh Chí Cường đã nhiệt tình đo phổ quang
phát quang.
Sau cùng, mình cảm ơn các bạn cao học khóa 17 vì chúng mình đã có một
khoảng thời gian học tập, vui chơi bên nhau rất khó quên.
- 2 -

Danh Mục Các Ký hiệu, Các Chữ Viết Tắt Các ký hiệu

Å : angstron
m*: khối lượng hiệu dụng.
µ : độ linh động
τ

e
: độ dẫn của điện tử
σ
p
: độ độ dẫn của lỗ trống
σ
b
: độ dẫn khối
l : chiều dài
A : diện tích bề mặt
R
b
: điện trở của vật liệu khối
N
C
: mật độ trạng thái ở vùng dẫn
N
V
: mật độ trạng thái ở vùng hóa trị
p : nồng độ lỗ trống
Γ : trạng thái năng lượng
R
S
: điện trở mặt
ρ
: điện trở suất
d : bề dày màng
B : độ bán rộng
D : kích thướt hạt
ε

SPD : Spray Pyrolysic Deposition
LVDT : Linear Variable Differential
Transformer.
AFM: Atomic Force Microscope
PL: Photoluminescence

at: atom

wt: weight
-3- Danh Mục Các Bảng
Trang
Bảng 1.1 Cấu hình điện tử của các nguyên tố kim loại nặng 25
Bảng 1.2 Các thông số chính của kim loại nặng 25
Bảng 1.3 Tóm tắt một số kết quả tạo màng IZO của các tác giả trên thế giới 27
Bảng 3.1 Tính chất điện của màng IZO theo thành phần khối lượng In trong các
bia gốm. 54
Bảng 3.2 Kích thước hạt, độ biến dạng và ứng suấ
t của các màng IZO theo %In.55
Bảng 3.3 Tính chất điện của màng IZO theo nhiệt độ đế. 57
Bảng 3.4 Kích thướt hạt, độ biến dạng và ứng suất của các màng IZO theo nhiệt
độ đế khác nhau 59
Bảng 3.5 Tính chất điện của màng IZO theo bề dày màng 61
Bảng 3.6 Kích thước hạt, độ biến dạng và ứng suất của màng IZO theo bề dày
màng khác nhau 63
Bảng 3.7 Kích thước hạt, độ biến dạng và ứng suất c
ủa màng IZO theo nhiệt độ
ủ trong chân không khác nhau 65

Hình 1.1 Cấu trúc Wurtzite lục giác xếp chặt của mạng ZnO 10
Hình 1.2 Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO 11
Hình 1.3 Ảnh hưởng của dạng phi parabol vào khối lượng hiệu dụng, mật độ
trạng thái và nồng độ hạt tải. 18
Hình 1.4 Sự sắp xếp các nguyên tử trong tinh thể In
2
O
3
. 21
Hình 1.5 Cấu trúc vùng năng lượng của In
2
O
3
. 22
Hình 2.1 Hệ magnetron phẳng 30
Hình 2.2 a) Hệ magnetron cân bằng; b) Hệ magnetron không cân bằng 31
Hình 2.3 Nguyên tắc hoạt động phún xạ magnetron 31
Hình 2.4 Giản đồ hệ PEMOCVD. 33
Hình 2.5 Giản đồ hệ MBE. 33
Hình 2.6 Giản đồ hệ PLD. 34
Hình 2.7 Giản đồ hệ SPD 35
Hình 2.8 Sơ đồ phương pháp bốn mũi dò 35
Hình 2.9 Sơ đồ khối của máy đo Stylus 37
Hình 2.10 Sơ đồ khối hệ đo truyền qua. 38
Hình 2.11 Sự nhi
ễu xạ tia X trên các mặt nguyên tử 40
Hình 2.12 Sự sắp xếp quang học của một hệ AFM. 42
Hình 2.13 Giản đồ thế năng của đầu dò và mẫu 43
Hình 2.14 Cơ chế quang phát quang 45
Hình 2.15 Sơ đồ bố trí thí nghiệm do phổ PL 46

Hình 3.12 Phổ nhiễu xạ tia X của các màng IZO theo bề dày màng khác nhau.
Các mẫu Q500, Q700 và Q950 tương ứng với các bề dày màng 500, 700, và 950
nm. 62
Hình 3.13 Phổ truyền qua của các màng IZO theo bề dày khác nhau 63
Hình 3.14 Phổ nhiễu xạ tia X của các màng IZO theo nhiệt độ ủ chân không
khác nhau. Mẫu Q240TS là màng IZO trước khi ủ nhiệt, mẫu Q240CK, Q300CK
là các màng IZO đã ủ nhiệt trong chân không với nhiệt độ ủ lần lượt là 240
0
C và
300
0
C. 64
Hình 3.15 Phổ truyền qua của các màng IZO theo nhiệt độ ủ khác nhau trong
chân không 66
Hình 3.16 Phổ nhiễu xạ tia X của các màng IZO trên lớp đệm Ti có bề dày khác
nhau. Mẫu IZO/TT là màng IZO trên đế thủy tinh chưa có lớp đệm, các mẫu
IZO/Ti5n/TT, IZO/Ti10n/TT, IZO/Ti15n/TT tương ứng với màng IZO trên lớp
đệm Ti từ 5 – 15 nm. 68
Hình 3.17 Phổ nhiễu xạ của các màng IZO trên các đế Si khác nhau 70
Hình 3.18 Phổ quang phát quát quang của màng IZO trên các đế Si khác nhau.71
Hình 3.19 Phổ nhiễu xạ của các màng IZO theo công suất phún xạ. 73
Hình 3.20 Phổ truyền qua củ
a các màng IZO theo công suất phún xạ 74
Hình 3.21 Phổ nhiễu xạ của các màng IZO trên các đế Si khác nhau ở công suất
150W 75
Hình 3.22 Phổ quang phát quang của màng IZO trên các đế Si khác nhau được
tạo ở công suất 150W. 76

80%). Thông dụng nhất hiện nay là ôxít thiếc indium In
2
O
3
-SnO
2
(ITO) và một số loại
ôxít khác đã và đang được nghiên cứu đưa ra ứng dụng như ôxít kẽm (ZnO), ôxít kẽm
pha tạp nhôm (ZnO:Al hay AZO), ôxít kẽm pha tạp gali (ZnO:Ga hay GZO), ôxít thiếc
(SnO
2
), ôxít thiếc pha tạp antimo (SnO
2
:Sb)…
Trong số các loại điện cực nói trên thì ITO là điện cực tốt nhất. Tuy nhiên, giá
thành để làm điện cực này thì khá cao vì vật liệu In
2
O
3
là vật liệu hiếm trong tự nhiên
và điện cực ITO lại cần đến 90% In
2
O
3
trong thành phần của nó. Điện cực AZO cũng
có tính dẫn điện khá tốt nhưng nó lại ít bền ở nhiệt độ cao. Ngoài ra, điện cực GZO
dẫn điện tốt nhưng nó cũng bị hạn chế giống với ITO là vật liệu Gali khá đắt và hiếm.
Các loại điện cực như SnO
2
và SnO
- 10 -
Hình 1.1: Cấu trúc Wurtzite lục giác xếp chặt của mạng ZnO. - 11 -

1.1.2 Cấu trúc khối của ZnO Hình 1.2 Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO
Hình 1.2 Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO.

giảm bớt một đại lượng vô hướng trong vùng cầu. Đối với mặt ellipsoid, đặc trưng
3 giá trị của khối lượng hiệu dụng, m*
i
(i = 1,2,3), mỗi giá trị tương ứng một trục
chính của ellipsoid. Trong trường hợp ellipsoid tròn xoay, chúng ta chỉ có 2 giá trị
độc lập của khối lượng hiệu dụng: m*
|
liên quan tới trục xoay thẳng đứng, m*
⊥
liên
quan tới trục xoay vuông góc. Cùng với thời gian hồi phục
τ
( là gần đúng bậc nhất
của nghịch đảo tần số va chạm hay tán xạ) khối lượng hiệu dụng xác định độ linh
động: khối lượng hiệu dụng cáng nhỏ, độ linh động càng lớn. Đối với vùng đẳng
hướng, độ linh động hạt tải được xác định từ phương trình:
*
()eE
m
τ
µ
= (1.1)
Trong đó
〈τ
(E)
〉
là ký hiệu
τ
trung bình trong vùng dẫn, được tính từ
3/2

τ
(E
F
) / m*(E
F
) (1.2)
- 13 -
Sau đây, chúng ta sẽ đoán chừng sự suy biến cao và bỏ qua mức Fermi. Đối với
một thời gian hồi phục đẳng hướng, lý do duy nhất của độ linh động bất đẳng
hướng là sự bất đẳng hướng của khối lượng hiệu dụng. Đối với một vùng đơn
ellipsoid thì độ linh động có thể được biểu diễn như (1.3):

µ
i
= e
τ
/ m*
i
(1.3)
Trong đó các ký hiệu tương ứng với ba trục chính. Trong vật liệu đa tinh thể,
với các tinh thể định hướng ngẫu nhiên, không gian trung bình dẫn tới độ linh động
đẳng hướng được cho bởi biểu thức:
3
*
1
11
3

⎜⎟
⎜⎟
⎝⎠
P
(1.6)
Khối lượng nghịch đảo ở phương trình trên là trung bình trọng lượng của 3 khối
lượng nghịch đảo riêng rẽ. Số hạng thứ 2 bên trong dấu ngoặc sinh ra là do có sự
đối xứng quay của ellipsoid trong không gian k. Khối lượng hiệu dụng ảnh hưởng
tới tần số plasma, và do đó giới hạn độ truyền qua trong vùng sóng dài của TCO.
Tần số plasma được cho bởi:

1/2
2
*
0
p
c
en
m
ω
εε
∞
⎛⎞
=
⎜⎟
⎝⎠
(1.7)
Trong đó n là nồng độ hạt tải,
ε
0

d
là khối lượng hiệu dụng mật độ trạng thái, và nó là sự kết hợp của các
thành phần khối lượng hiệu dụng. Đối với các trường hợp phổ đẳng hướng, vùng
đơn ellipsoid và vùng đa ellipsoid, khối lượng hiệu dụng được cho bởi các công
thức tương ứng như (1.9):

()
()
**
1/3
****
123
1/3
*2/3***
123
d
d
d
mm
mmmm
mNmmm
=
=
=
(1.9)
N là số ellipsoid tương ứng. Chúng ta thấy rằng m*
d
có thể khác đáng kể so với
m*
c

⎝⎠
⎝⎠
(1.10)
Sự thay đổi vị trí mức Fermi theo một hàm của nồng độ hạt tải liên quan tới đáy
vùng dẫn gọi là dịch chuyển Burstein – Moss, và nó định rõ giới hạn độ truyền qua
của sóng ngắn.
1.1.2.1 Tán xạ hạt tải, thời gian hồi phục, thông số tán xạ

Tán xạ hạt tải dẫn tới một giá trị xác định của độ linh động. Tần số tán xạ hay
va chạm càng cao (do thờ
i gian hồi phục càng thấp) thì độ linh động càng thấp. Tỷ
lệ tán xạ cao làm cho bờ phản xạ plasma ít nhọn hơn, do đó làm giảm bớt độ truyền
qua. Hơn nữa nó cũng có thể là do sự hấp thụ các hạt tải tự do. Các hạt tải bị tán xạ
- 15 -
bởi các phonon, các sai hỏng điểm (ví dụ như các chỗ khuyết, các nguyên tử và các
ion tạp chất…), và các sai hỏng hai chiều như các biên góc nhỏ hoặc các biên hạt
trong các cấu trúc hạt xác định. Mặc dù khối lượng hiệu dụng được xem là một
thông số bên trong của vật liệu phụ thuộc vào thành phần của nó, nhưng thời gian
hồi phục thì chịu ảnh hưởng nhiều của chất lượng tinh thể như c
ấu trúc chưa hoàn
chỉnh do kỹ thuật tạo màng.
Thời gian hồi phục phụ thuộc vào năng lượng hạt tải và nó phụ thuộc một cách
khác nhau theo các cơ chế tán xạ riêng biệt. Trong trường hợp tán xạ bán đàn hồi,
sự phụ thuộc tần số tán xạ vào năng lượng có thể biểu diễn dưới dạng:

τ
-1

, nhiều cơ
chế tán xạ quan trọng như nhau và có thể xảy ra đồng thời. Tần số tán xạ toàn phần
là tổng của các tần số riêng lẻ do mỗi cơ chế tán xạ, có thể được diễn tả như (1.15):
W(E) = W (E
F
) x (E/E
F
)
-r
(1.15)
Thông số tán xạ cho trường hợp này đươc xác định như (1.16):
- 16 -

()
ln 1
ln 2
F
F
EE
d
rE
dE
τ
=
⎛⎞
=
+

các bán dẫn suy biến). Trong các bán dẫn chuyển mức thẳng vùng cấm hẹp như
InSb, (Hg,Cd)Te, PbSe, hoặc PbTe thì dạng phi parabol ảnh hưởng đáng kể vào
tính chất dịch chuyển điện ở các mức Fermi chỉ là E
F
~ 0.1 eV hoặc thậm chí nhỏ
hơn. Đối với bán dẫn vùng cấm rộng như TCO thì dạng phi parapol chưa được
nghiên cứu nhiều, như đối với ZnO pha tạp nặng và Cd
2
SnO
4
với E
F
~ 0.4 – 0.8
eV. Điều đó chứng minh là có sự tăng liên tục khối lượng hiệu dụng và mật độ
trạng thái theo nồng độ hạt tải.[79]
Để phân tích sự ảnh hưởng của dạng phi parabol trong mục này, chúng ta xét lý
thuyết dịch chuyển điện tử của Kolodziejchak và Zawadzki đối với cách tổng quát
của mô hình đa ellipsoid dạng vùng phi parabol. Các phương trình của các hệ số
dịch chuyển dựa vào việc giải phươ
ng trình Boltzmann và gần đúng thời gian hồi
- 17 -
phục. Trong hai nghiên cứu của hai tác giả trên, năng lượng phụ thuộc vào vector
sóng theo các trục chính ellipsoid (1,2,3) được mô tả bởi phương trình:
2
22 23
2
3

(E) là hàm có thứ
nguyên năng lượng và tăng theo mũ của các số hạng. Các giá trị E
1
, E
2
, E
3
v.v.
xác định độ lệch của phổ dạng parabol ứng với mỗi năng lượng. Nếu E nhỏ hơn
nhiều các hệ số E
1
, E
2
, E
3
…v.v. thì phương trình giảm thành một vùng dạng
parabol. Chúng ta sẽ nói đến vùng phi parabol thứ nhất trong trường hợp này là:
1
() 1
E
EE
E
γ
⎛⎞
+
⎜⎟
⎝⎠
;
trong vùng năng lượng ta quan tâm, và bỏ qua các số hạng năng
lượng bậc cao hơn.

d
mE m
dE
d
mE m
dE
d
mE m
dE
m
d
DE E
hdE
m
nE
h
γ
γ
γ
π
γ
γ
π
γ
=
=
=
=
=
(1.18)

+
E
2
/E
2
2
). Theo tính toán thì E
2
= 2E
1
. Cả hai vùng phi parabol trên tính cùng các
thông số
m*(E) = m*
0
d
γ
/dE, D(E)
∝
(m*
0
)
3/2
[
γ
(E
F
)]
1/2
(d
γ

τ

∝
[W(E)D(E)]
-1

∝

γ
1/2
(d
γ
/dE)
-1
thay vì
τ

∝
E
-1/2
đối với vùng dạng parabol.
- 19 -
Những phân tích ở trên cho thấy chúng ta cần phải biết sự phụ thuộc thực tế
E(k) khi chúng ta ước lượng giới hạn của giá trị độ linh động
µ
lim
cho các TCO pha

loại n với nồng độ hạt tải cao và điện trở thấp nhờ vào việc pha tạp các nguyên tố
nhóm III. Tuy nhiên ZnO loại p rất khó đạt được cho dù các nguyên tố nhóm V như
nitơ được xem như là chất pha tạp acceptor.[3,4,79]
- 20 -
1.1.4 Tính chất điện của ZnO
Độ dẫn của tinh thể bán dẫn σ
t
là tổng độ dẫn của electron (σ
e
) và lỗ trống (σ
p
)
được tính như (1.19):
σ
t
= σ
e
+ σ
p
(1.19)
Điện trở của vật liệu khối với độ dẫn khối σ
b
, độ linh động µ, chiều dài l và
diện tích bề mặt A được tính theo công thức (1.20):
R
b
= l/(σ

∫
(1.21)
Với hàm phân bố Fermi – Dirac f(E) và mật độ trạng thái D(E):
()
3
1
2
2
22
2
1
()
2
e
c
m
DE E E
h
π
⎛⎞
=−
⎜⎟
⎝⎠
;
1
()
1exp
F
fE
EE

2
e
c
mkT
N
h
π
⎛⎞
=
⎜⎟
⎝⎠
(1.23)

exp
vF
v
EE
pN
kT
−
⎛⎞
=
⎜⎟
⎝⎠
;
3/2
2
2
2
p

- 21 -
MO
6
. Cấu trúc bixbyite giống như cấu trúc của fluorite với các nguyên tử In tạo thành
mạng lập phương tâm mặt và những tứ diện được lấp đầy bởi các nguyên tử oxy. Sự
khác nhau cơ bản giữa hai cấu trúc bixbyite và fluorite là nhóm điểm MO
8
trong cấu
trúc bixbyite (Các nguyên tử oxy được đặt ở góc của hình lập phương còn các nguyên
tử In được đặt ở các tâm của các hình lập phương) được thay thế bởi các ô đơn vị có
các chỗ thiếu nguyên tử oxy ở bên trong hoặc trên bề mặt như miêu tả trong hình 1.4.
Việc loại bỏ hai nguyên tử oxy trong nhóm điểm MO
8
tạo thành nhóm điểm MO
6
sinh
ra lực dịch chuyển nguyên tử In lệch khỏi tâm của hình lập phương. Do đó, In được
phân bố ở hai vị trí không cân bằng, một phần tư nguyên tử In nằm ở tâm của khối bát
diện oxy bị biến dạng tam giác (oxy bị thiếu theo đường chéo) ba phần tư còn lại nằm
ở tâm của khối bát diện bị biến dạng nhiều hơn và kém đối xứng hơn dẫn đến việ
c
loại bỏ được hai nguyên tử oxy từ mặt giống nhau của hình tứ diện. Kết quả là nhóm
điểm MO
6
được hình thành như sau : một phần tư nguyên tử oxy bị thiếu ở mỗi mặt
{100} trong cấu trúc fluorite.[4]


tả như trong hình 1.5.
Vùng chiếm giữ cao nhất
cho thấy rất ít sự tán sắc,
chỉ có 19meV dọc theo
đường Γ-N. Điều này rõ
ràng mâu thuẫn với sự tồn
tại của một bán dẫn chuyển
mức thẳng cơ bản khoảng
1eV. Ảnh hưởng này liên quan đến trạng thái 4d của In. Ảnh hưởng nhỏ này làm
cho có một sự thay đổi bề rộng vùng Γ-N nhỏ hơ
n 50meV. Vùng hóa trị cao nhất
tại Γ là suy biến bội ba và được xuất phát từ trạng thái 2p của O và đặc trưng 4d
của In (sự đối xứng Γ
4
, T
g
), trong khi trạng thái vùng dẫn nhỏ nhất là một sự pha
trộn của các orbital In 5s và O 2s (sự đối xứng Γ
1
, A
g
). Khi cấu trúc bixbyite chứa
một tâm đảo và số hạng dipole điện là lẻ thì các chuyển mức quang mạnh chỉ được
phép giữa hai trạng thái đối nhau. Các yêu cầu đối xứng trên dẫn tới sự chuyển
mức trực tiếp từ vùng hóa trị cao nhất đến vùng dẫn thấp nhất tại Γ, tạo thành vùng
cấm Γ
4
-Γ
1
và chỉ có thể tạo ra một sự đóng góp rất yếu cho sự hấp thụ photon do

2
O
3
lý
tưởng, vì thế chúng có thể là giả trực tiếp [78].

1.2.3 Cấu trúc điện của In
2
O
3In
2
O
3
có cấu trúc lập phương bixbyite trong đó ion O
2-
chiếm giữ ba phần tư của
hình tứ diện bên trong của một mạng ion In
3+
dạng lập phương tâm mặt. Vì vậy, In
2
O
3

sẽ bao gồm vùng hóa trị lấp đầy O
2-
:2p mà đó là đặc tính chủ yếu của lớp 2p của oxy.
Nhân In:3d nằm dưới bờ vùng hóa trị (E

loại n khi đó có thêm một điện tử được cung cấp cho vùng dẫn [4, 78].

1.3 Vật liệu ZnO pha tạp

ZnO là một bán dẫn loại n có độ vùng cấm khoảng 3.3eV và là dạng chuyển
mức thẳng. Vật liệu ZnO có rất nhiều trong tự nhiên nên giá thành của nó tương đối rẻ.
Để nâng cao và phát triển rộng tính ứng dụng của ZnO, người ta pha tạp vào ZnO một
lượng nhỏ các chất khác như kim loại hoặc phi kim tùy vào mục đích ứng dụng cụ thể.
Chẳng hạn như ZnO pha tạp Al hoặc Ga là các bán dẫn loại n, có nhiều ứng dụng
như làm điện cực trong suốt, sensor dò khí, gương nóng truyền qua….Ngoài ra cũng
có ZnO pha tạp Sb hoặc Sn cũng với các ứng dụng tương tự như trên. Các kim loại Ga,
- 24 -
Sb, Sn… được xem là các kim loại nặng khi pha tạp vào ZnO do nó có khối lượng
nguyên tử tương đối lớn. Tuy nhiên cũng có các kim loại nhẹ được pha tạp vào ZnO
như Li, Na, Al, Mg, Mn…Trong số các bán dẫn pha tạp nói trên thì ZnO pha tạp Sb
hay Mg là bán dẫn loại p, còn hầu hết các bán dẫn còn lại là bán dẫn loại n [70-77].
Hơn thế nữa, nhiều nhà khoa học còn pha tạp phi kim vào ZnO như C, N,
P…cũng nhằm mục đích nâng cao tính ứng dụng của ZnO. Trong đó ZnO pha tạp N là
bán dẫn loại p, nhưng vi
ệc chế tạo ra loại bán dẫn này còn gặp nhiều khó khăn và vẫn
đang được nghiên cứu thêm [73].
Ngoài ra màng ZnO còn được nghiên cứu pha tạp với hai chất khác nhau, ví dụ
như màng ZnO pha tạp với Al-N của tác giả Hu-Jie-Jin [80] , hay màng ZnO pha tạp
với Al-CO của tác giả L.El Mir [74] , hoặc pha tạp ZnO với Ga-I của tác giả A. Mitsui
[81]…Tất cả đều hướng tới mục đích cải thiện tính chất vật lý khác nhau của màng để
mở rộng ph
ạm vi ứng dụng của chúng.
Bảng 1.1 Cấu hình điện tử của các nguyên tố kim loại nặng

Cu
[Ar]3d
10
4s
1

Zn
[Ar]3d
10
4s
2

Ga
[Ar]3d
10
4s
2
4p
1

Ge
[Ar]3d
10
4s
2
4p

[Kr]4d
10
5s
2
5p
2

Sb
[Kr]4d
10
5s
2
5p
3

Au
[Xe]4f
14
5d
10
6s
1

Hg
[Xe]4f
14
5d
10
6s
2


[Ar]: 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6

[Kr]: 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
10
4s
2
4p
6
[Xe]: 1s
2

Độ che
phủ
Zn 4s ZnO 1.16 1.976
108.2
0

0.6045
Ga 4s
β-Ga
2
O
3

0.88 1.978
100.4
0

0.4632
Ge 4s GeO
2
0.71 1.738
130.0
0

0.2848
Cd 5s CdO 1.25 2.348
90.0
0

0.6905

tạp khác nhau. ZnO pha tạp nhóm kim loại IA ( Li, Na…) có thể thành bán dẫn loại p
do khi pha tạp nhóm kim loại này vào ZnO thì tạo ra mức acceptor trong vùng cấm
năng lượng của ZnO và sự dẫn điện của ZnO pha tạp loại này chủ yếu là do lỗ trống
nên độ dẫn điện không cao ( ZnO:Li có ρ ~ 10
7
Ω.cm theo nhóm tác giả S.H.Jeong[
76,77], ZnO:Na có ρ ~ 100 Ω.cm theo nhóm tác giả S.S. Lin[70] ). Ngoài ra ZnO pha
tạp Mg, Sb cũng có thể trở thành bán dẫn loại p (ZnO:Mg có ρ ~ 10 - 20 Ω.cm theo
nhóm tác giả Tae Hyun Kim[71], ZnO: Sb có ρ ~ 2 – 4 Ω.cm theo nhóm tác giả
Xinhua Pan [75] ). Bên cạnh đó, để ứng dụng làm điện cực trong suốt, các nhóm
nghiên cứu pha tạp vào ZnO các kim loại như Al, Ga, In. ZnO pha tạp loại này đều là
bán dẫn loại n nên độ dẫn điện của nó khá tốt, ZnO:Al có ρ ~ 3.5 x 10
-4
Ω.cm của
nhóm tác giả Lê Trấn [1], ZnO:Ga có ρ ~ 3.0 x 10
-4
Ω.cm của tác giả Trần Cao Vinh
[2], ZnO:In có ρ ~ 6.0 x 10
-3
Ω.cm của nhóm tác giả C.E.Benouis [55]). Đối với các
ZnO pha tạp loại n này thì trong vùng cấm năng lượng của ZnO sẽ hình thành mức
donor gần đáy vùng dẫn. Chính các mức donor này tích tụ các điện tử dư ra của các vật
liệu pha tạp và cung cấp cho vùng dẫn làm cho ZnO pha tạp loại này có độ dẫn điện
tăng cao.
Về tính chất quang của các màng ZnO pha tạp nói trên thì hầu hết các màng đều
có độ truyền qua trong vùng khả kiến khá tốt (> 80%) và
độ rộng vùng cấm quang có
thể từ 3.2 – 3.5 eV tùy theo loại vật liệu pha tạp, sự chênh lệch giá trị năng lượng vùng
cấm này có thể là do sự dịch chuyển Burstein – Moss đối với bán dẫn pha tạp. [1, 2,
55, 70-77].