Dai hoc Quoc gia Ha
npi
Trircmg
Dai hoc Khoa hoc
Tir
nhien
*
«t^
mS*
ml^
mS^
ml^
ul^
^M
«!•
^^
#J»
^»
^J%
*J»
*j»
fjm
#y«
Ten
de
tai :
Che
tao va nghien
ciiu tinh
chat cau
true

^ ^
k^
^ ^
»I^
^ ^ ^ ^
»i» »i»
•!»
Ten de tai :
Che
tao va nghien
cihi tinh
chat cau
true
nano
cua mang mong Bi-Te
Ma so: QT-06-08
Chu
tri
de
tai:
TS. Ngo Thu
Hirong
cac can bo tham gia:
PGS.
Ta Dinh Canh
Ha noi - 2006
1.
Bao cao torn tat
a. Ten de
tai:

cua cac
loai
mang
nay.
Ngoal
ra
chiing
toi con khao sat anh
huong
cua che do cong nghe
t6i
kich thudc
nano cua mang Bi-Te.
L
Cac ket qua dat
duoc:
Ket qua cua de tai bao gom:
01
bao cao
khoa hoc tai hoi nghi
qudc
te ve vat ly Nano va ky thuat nano
(3^^
IWONN)
id
chuc
tai Ha long (6-9/12/2006);
g. Tinh hinh kinh
phi
cua

'U0
3
2.
Brief project report
a. Project title: (QT-06- 08)
b.
Project co-ordinator: Dr. Ngo Thu Huong
c. Co-operator:
Prof.
Dr. Ta Dinh Canh;
d. Duration: from 2006, February to 2006, December)
e. Objectives and scientific contents: The main object of this project is:
f. Results: The main result of this project is: one paper was presented
at the
3"^^
International Conference, (December 5-9, 2006).
g. Budget: 15.000.000 VND
1.
Muc
luc
L5i ma dau
Tdng
quan ve vat lieu
Cac phuang phap thuc nghiem
Cac ket qua va bien
luan
Ket luan
Tai lieu tham khao
Trang
5

each
khac nhau: c6 the la phuang
phap hoa hoc, phuang phap vat ly. Trong cac phuang phap vat ly c6 phuang phap
phun xa, boc bay nhiet, epitaxy chum phan tu la nhung phuang phap quan trong
va
dugc
trien khai rgng rai [7].
Rieng phuang phap boc bay nhiet c6 uu diem
Ian
la thiet bi dan gian,
khong dat tien, de van hanh ma chat
lugng
mang mong van tot da dugc
sii*
dung.
Phan ket qua nghien
cu^u chinh
cua de tai dugc chia thanh ba phan:
Phan 1: Tong quan ve vat lieu .
Phan 2: Cac phuang phap thuc nghiem.
Phan 3: Ket qua nghien cuu cua de tai va cac thao luan.
Noi dung
chinh.
Phan 1: Tong quan ve vat
lieu
LI
Cac hieu ung nhiet dien va ung dung
Cach day
ghn
200 nam, hieu ung nhiet dien

dien va ty le nghich vai he so dan nhiet [9]. Do vay, muon tang Z thi dong thai gia
tri cua
a,
a
phai tang va
./cgiam.
Day la mot mau thuan rat kho giai quyet dugc
vi hau het kim loai va nhieu vat lieu khac do dan nhiet va do dan dien gan nhu ty
le vai nhau. Vi the doi hoi dat
len
vat lieu nhiet dien rat kho dap ung dugc. Vi the
he so pham chat cua vat lieu phu thugc rat nhieu vao thanh phan cung nhu vao cac
dieu kien cong nghe che tao vat lieu
[10-11].
L2,
Bi2Te3
va cac ho vat lieu nhiet dien
Do nhung doi hoi khat khe dat len vat nhiet dien rat kho thuc hien dugc-vi
phai thoa man yeu cau gan nhu trai ngugc-nen cac hg vat lieu nhiet dien khong
nhieu va viec nghien cuu chung mot
each
ky
luang
la v6 cung can thiet, v6
ciing
quan trgng. Tu vai chuc nam truac cho tai nay cac nha khoa hgc hau nhu tap trung
vao cac nguyen to Bi,Te,Sb va c6 gang tim kiem cac vat lieu nhiet dien tu cac
nguyen to nay [12].
Cac hg vat lieu
Bi2.xTe3+x

Ian
c6 the ung dung dugc
d
cac hg vat lieu khac he s6 Z T chi c6
thS
dat
gSn
bang
1
a
nhiet do
rk
cao
khong tien cho ung dung
a
nhiet do thap.
Co the thay tinh vugt trgi cua
Bi2Te3
qua hinh
1.1
1.4
1.2
1.0
0.8|-
0.6
0.4
0.2
0
TAGS alloys
p-type

materials:
alloys
Sig-oGejA^
fy^/
\
(Pb,Sr
xy-^^-FeSi2
1 1 1
1
^){Te,Se)
'
'llaTe,
alloys
.45
-
-
-
200 400 600 800
1000 1200 1400
Temperature (K)
Hinh
7.
/
:He
so
pham chat cua mot so vat lieu n
va
p
Ro rang
ta

khong
tien cho ung dung
.
8
L3
: Vat lieu
BijTej
Mac
dii Bi2Te3
c6
Zr=l
a nhiet do phong, dieu nay mo ra nhung kha nang
ling dung to
Ion
cua vat lieu nay trong thuc
t6.
Song cac doi hoi ky thuat can tim
vat lieu nhiet dien c6
thi
ung dung vao vung nhiet do thap. De thoa man yeu cau
nay thi viec nghien cuu cac tinh
chk ciia
mang mong
Bi2Te3
ciing nhu kha nang
ung dung cua chung la mot huong nghien cuu c6 nhieu
hiia
hen.
Hinh 1.2 la
cSu true

CO
cau
true
luc giac, thugc nhom khong gian R3m. Trong mot 6
mang ca so, chung bao gom ba lap nam cac cac nguyen tu Bi, Te' va Te".
Lien ket
giu*a
lap nguyen tu
Te'-Te
la lien ket Vander
Waals.
Lien ket
giiia
Te'-Bi
va
Te"-Bi
la lien ket hoa
tri.
Hang so mang cua tinh the nay la:
^ =
4.384
(A°),c =
30.487(A^).
Vat lieu
Bi2T3
c6 cau
true
vung cam hep, khe nang lugng cua no chi vao ca
0.15ev [14]. Vai
viing

dugc dat vao mot thuyen khac a tai cac nhiet do khac nhau de hung hoi Bi lam cho
Bi ngung tu tren d6 duai dang mang mong.
Thuyen dung vat lieu va thuyen dung de dugc dat trong mot ong thach anh
CO duang kinh la 25mm. De tao moi truang khi tra tranh
sir
6 xy hoa, chung toi
dung khi Ar de thoi trong suot qua trinh boc bay mang. Dong khi dugc kiem soat
nha bg van dieu chinh ap suat. Lugng Ar dugc dieu chinh sao cho toe do
th6i
bgt
khi vao ca tu 500 den 1000 sccc.
Hinh 2.1 la hinh anh thiet bi su dung trong phuang phap boc bay nhiet
dk
che tao mang mong.
11
Hinh
2.1
:
Thiet bi trong phuang phap boc bay
Chuang trinh cai dat cho bg khong che nhiet : Nhiet do trong 16 dugc tang
den
lOOO^C
vai
toe
do
25°C/phut
va dugc giu trong thai gian 15
phiit,
30 phut
(hoac 60 phut) tuy theo tung me mau. Sau do nhiet do dugc giam ve nhiet do

thong nay qua
Ian
thi hoi Bi se bi
thdi
het ra khoi ong
thiiy
tinh ma khong ngung dgng tren
dl
Si. Ngugc
lai
luu
lugna
12
nay qua nho cac phan tu Bi
hhu
nhu khong
chuyin
dgng nen cung khong the bay
den va ngung tu tren
dl
Si ma lai
bj
ngung tu ngay trong thanh ong thach anh ben
trong 16.
2.1.2.
Che tao mang mong Te:
Mang mong Te ciing dugc che tao cung vai cong nghe
giong
nhu che tao
mang Bi dugc trinh bay a tren:

toi
cho du Te la 5% khoi lugng.
2.1.4. Che tao mang mong
Bi2Te3
tu
Bi2Te3
da duoc nung nong chay.
Dau tien, 10 (g)
Bi2Te3
dugc can theo hgp phan tu Bi, Te kim loai c6 do
sach 99,9999%. Hon hgp cac kim loai tren dugc dua vao trong ampul thach
anh,
chan khong ben trong dugc hut dat
Ix
10"^
Torr, sau do dugc han kin hai dm.
Ampul mau nay dugc nung nong chay trong 16 dien a nhiet do 610
^C
giu trong 12
gio.
Thoi
Bi2Te3
dugc cat ra va khoi lugng dung cho moi
\hn
b6c bay mang la
13
1.5(g)
Qua trinh hoc bay mang loai nay cung tuong tu nhu qua trinh che tao
mang Bi, Te kim loai da dugc trinh bay a tren.
De khao sat anh huong

true
va tinh chat
nhiet:
- Phep do pho nhieu xa tia X
Cac phep do pho XRD da dugc tien hanh tren may D5005 - tai Trung tam
Khoa hgc Vat lieu. Tia X c6 buoc song
^K^i
=
1.540563
A,
AK/^
=
1.39217
A.
De thu dugc tia dan sac nguai ta dung la Ni de
Igc
bo tia Kp. Khi do buoc song
cua
tia X do la 1.54 A.
- Phan tich cau
triic
nho*
kinh
hien vi dien tu quet
Cac phep do SEM va DSC dugc thuc hien tren may do tai Trung tam
khoa hoc Vat lieu
14
Phan 3: KET QUA VA THAO LUAN
3.1.
Tinh chat cau

XRD
ciia
mang Bi
Qua pho XRD
ciia
mang Bi ta c6 the thay:
Trong pho khong c6 cac dinh la chung to
mlu
la dan pha. Cac dinh ph6 c6
su nhoe di chung to trong mau c6 pha v6
djnh
hinh.
Anh SEM
ciia
mang Bi dugc che tao a che do : T = 1000
°C,
thai gian
giir
nhiet la 15 phiit va nhiet do di la 550
''C
dugc dua ra tren hinh 3.2
15
Hinh 3.2: Anh SEM
ciia
mang Bi (T
=
lOOO^'C,
t
= 15
phut,

nhiet do de cao, cau
triic
day khong xuat hien ma ta chi thay cac hat Bi dugc xep
chong len nhau tao thanh cot . Hinh 3.3b la anh chup
tai
vi tri cho phep ta nhin ro
rang cau
true
hat.
16
a)
b)
Hinh
3.3 : Anh
SEM ciia
mang Bi: T
= WOO
"C,
t=15
phiit,
Tji
650"C
17
OAI
HOC QUOC GIA HA
NQl
TRUNG TAM
THQNG
TIN THU
VIEN

=
1000°C,
T
^i
(a: t =
30
phut,
b: t =
60phut)
650C,
18
5.2.
Tinh chat cau
true ciia
mang Te
Pho XRD
ciia
mang Te dugc dua ra tren hinh 3.5.
>*
•^
CO
c
Si
c
ouu
200
100
0
-
»'^>^''

• ,
'
C5
1.45
II
1
_
-
20
40
29
60
Hinh
3.5
: Pho XRD cua mang Te
Tu pho XRD cua mang Te, nhan thay trong pho khong c6 dinh la nao chiing to
mau la hoan toan don pha. Cac dinh pho rat sac net, dieu do c6
nghla
la cau tnic
tinh the tuong doi hoan chinh, it sai lech mang.
Anh SEM
ciia
mang Te dugc che tao a dieu kien: T = 900 C, thai gian
giii nhiet la 15 phiit, nhiet do de la 650
^C
va khi Ar thoi yeu c6 300 sccc (hinh
3.6)
Hinh
3.6 : Anh SEM cua mang Te
900"C,

: Anh
SEM
cua mang Te, T
=
lOOOC,
t = 30 phut, Ar
vita
CSu
tnic dang cot
ciia
hinh luc giac kha deu va xuat hien trong mang vai
nat do kha d6ng
diu
phan b6 tren toan
dl
a nhiet do
550''C.
Tuy nhien kich thuac
lay van kha Ion quang vai micromet. Khi nhiet do de cao hon, cau tnic dang cot
20
±i6ng
xuat hien
nixa
ma cau tnic hat bieu hien rat ro. Chiing to 6 nhiet do cao, cac
lai ciia
Te chiing lai de dang ggp lai tao nen nhiing hat c6 kich thuac
Ian.
Khi che do cong nghe tao mang c6 mot
chiit
thay doi T =

Ar
manh.
21
_ r
3.3 : Cau true cua mang
Bi2Te3
sir dung
Bi,Te
kim loai
Hinh 3.9 la pho XRD
ciia
mang
Bi2Te3
dugc tao
tir
hon hgp hai kim loai Bi,
Te.
100
i2
*E
^
50
03
CO
c
^
0-
BijTeg
Te
-50

ciia
Te. Ket qua
ciia
phep phan tich Rietveld
cho thay pho gom c6 hai pha, trong do pha Te chiem
90%)
khoi lugng. Ta c6 the
giai thich pha Te chiem da so khoi lugng trong mang ma dugc tao ra tu hai kim
loai Bi, Te nhu sau: do trong hon hgp bgt dua vao thuyen gom hai kim loai Bi, Te
rieng biet (mac du da dugc can theo ty le hgp phan Bi : Te =2:3) nhung do
nhiet do nong nong chay va bay hoi
ciia
hai kim loai la khac nhau nen khi a nhiet
do thap hon nhiet do tao thanh
Bi2Te3
thi mot phan cac kim loai da boc bay nen
trong thanh phan cua mang dugc tao bam tren de Si se gom pha
Bi2Te3
va pha Te.
Cau hoi dugc dat ra la lugng Bi dua vao sao khong thay xuat hien? Chiing toi se
tra lai cau hoi nay khi dua ra gian do phan tich
nhiet.
22
Anh SEM
ciia
mang
Bi2Te3
dugc
chi
tao tu hon hgp hai kim loai Bi va Te:

Kit
qua nay ciing
phu hgp voi ket qua
ciia
phep phan tich Rietveld.
a) b)
Hinh 3.10 : Anh SEM cua mang Te, T
=
lOOOC,
t
=
30 phut, Ar
vu'a,
T^a
=
550
''^)
Hinh
3.11
la pho phan tich nhiet DTA - TGA cua hon hgp hai kim loai dugc trgn
theo hgp phan Bi: Te = 2 : 3.
Tir
pho phan tich nhiet DTA-TGA ta thay c6 hai dinh. Co the khang djnh
rang dinh
thii
nhat
ling
voi su nhiet do nong chay cua Te, do la nguyen nhan lam
mau giam khoi lugng nhu ta thay trong pho da do dugc. Dinh
thii

10.756^
DrTGA
mg/min
-0.00
-0.20
-0.40
90.00
0.00 200.00
400.00
Temp[C]
600.00
-0,60
Hinh 3.11. Pho phan
tich
nhiet DTA-TGA cua mau
Bi2Te3
r
3.4.
Cau
triic
cua mang
Bi2Te3
sir dung
Bi2Te3
da duoc nung nong chay
Hinh 3.12 la pho X-ray
ciia
mau mang
Bi2Te3
dugc che tao tu

//;?7/2
3.12
: Pho XRD cua mang
Bi2Tes
duac che tao
titBi2Te3
da
ditac
nung nong chay.
Hinh 3.13 a, b la anh SEM cua mau dugc tao theo che do T = 900
^C,
thoi
gian giu nhiet la 30 phiit, nhiet do de bang 550
^C
va 650
°C
tuong
ling.
Khi
nhiet do de bang 550
°C,
ta thay xuat hien nhiing day c6 kich thuac hon 200 nm
nhung mat do chua nhieu. Khi nhiet do de bang 650
'^C,
cau tnic hat xuat hien
dieu do cho thay a nhiet do cao hon nhiet do nong chay thi cau tnic hat de dang
dugc tao ra do
sir
tao thanh tung dam.
25