ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------------

Trƣơng Thị Thanh Thủy

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU
NANO TINH THỂ SixGe1-x TRÊN NỀN SiO2

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------------------------------

Trƣơng Thị Thanh Thủy

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU
NANO TINH THỂ SixGe1-x TRÊN NỀN SiO2
Chuyên ngành: Quang học
Mã số: 60440109

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN: TS. NGÔ NGỌC HÀ

Hà Nội – Năm 2015


đƣợc công bố ở công trình nào hoặc cơ sở nào khác dƣới dạng luận văn.
Ngƣời cam đoan

Trƣơng Thị Thanh Thủy


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 7
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN ............................... Error! Bookmark not defined.
1.1. Tính chất quang của vật liệu bán dẫn ......... Error! Bookmark not defined.
1.1.1. Đặc điểm cấu trúc vùng năng lƣợng của chất bán dẫn .................. Error!
Bookmark not defined.
1.1.2. Các quá trình phát quang xảy ra trong vật liệu bán dẫn ................ Error!
Bookmark not defined.
1. 2. Giới thiệu về vật liệu bán dẫn Silic: ......... Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Vật liệu bán dẫn Silic tinh thể khối. .... Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Cấu trúc vùng năng lƣợng và tính chất quang của Silic tinh thể khối
........................................................................ Error! Bookmark not defined.
1.3. Giới thiệu về vật liệu Ge ............................. Error! Bookmark not defined.
1.3.1 Vật liệu Germani tinh thể khối .............. Error! Bookmark not defined.
1.3.2. Cấu trúc vùng năng lƣợng và tính chất quang của Germani tinh thể
khối ................................................................. Error! Bookmark not defined.
1.4. Vật liệu Si có cấu trúc nano. ....................... Error! Bookmark not defined.
1.4.1. Các cấu trúc thấp chiều của vật liệu Silic............ Error! Bookmark not
defined.
1.4.2. Một số phƣơng pháp chế tạo vật liệu Silic có cấu trúc nano......... Error!
Bookmark not defined.
1.4.3. Tính chất quang của vật liệu Silic có cấu trúc nano .. Error! Bookmark
not defined.
1.5. Điôxit- Silic (SiO2) ..................................... Error! Bookmark not defined.


Từ đầy đủ

Ý nghĩa

EDS

The energy-dispersive x-ray
spectroscopy

Phổ tán xạ năng lượng tia X

FFT

Fourier Transformation

Biến đổi Fourier nhanh

FCC

Face-centered cubic

Tinh thể lập phương tâm mặt


High-resolution

Hiển vi điện tử truyền qua độ

HR-TEM


phân giải cao


DANH MỤC ĐỒ THỊ
Chƣơng 1
Hình 1.1: Mô hình tái hợp chuyển mức thẳng ................................................................ 7
Hình 1.2: Mô hình tái hợp chuyển mức xiên ................................................................... 8
Hình 1.3: Mô hình cấu trúc tinh thể .............................................................................. 10
Hình 1.4: Giản đồ vùng năng lượng của Silic. ............................................................. 11
Hình 1.5: Giản đồ vùng năng lượng của Germani ....................................................... 14
Hình 1.6: Sơ đồ mạng tinh thể Germani ....................................................................... 14
Hình 1.7: Mô tả cấu trúc thấp chiều của Silic .............................................................. 17
Hình 1.8: Mô tả sự phụ thuộc của SiO2 theo nhiệt độ ủ ............................................... 18
Hình 1.9: Mô tả sự phụ thuộc huỳnh quang của mẫu màng SiO2................................. 19
Hình 1.10: Mô hình cấu trúc thạch anh ........................................................................ 21
Hình 1.11: Mô hình cấu trúc Tridymite ........................................................................ 21
Hình 1.12:Mô hình cấu trúc critobalite ........................................................................ 22
Chƣơng 2
Hình 2.1: Sơ đồ nguyễn lý cơ bản của quá trình phún xạ ............................................ 27
Hình 2.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X bởi các mặt phẳng nguyên tử .................................. 30
Hình 2.3: Sơ đồ đo của thiết bị nhiễu xạ tia X .............................................................. 30
Hình 2.4: Kính hiển vi điện tử quét SEM ...................................................................... 30
Hình 2.5: Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM ........................................................... 32
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của quang phổ kế UV-VIS ................................. 35
Chƣơng 3
Hình 3.1: Ảnh nhiễu xạ tia X ứng với mẫu M3 ............................................................. 37
Hình 3.2: Ảnh nhiễu xạ tia X khi thành phần x thay đổi ứng với các mẫu ................... 38
Hình 3.3: Sự phụ thuộc của tỉ phần Si, x đối với hằng số mạng a tương ứng. ............. 40
Hình 3.4: Sự phụ thuộc của kích thước tinh thể vào nồng độ tỉ phần Si,x.................... 42

Sự phát triển nhanh chóng về khoa học và công nghệ, điện năng sinh ra từ
nguồn năng lƣợng mặt trời không còn quá đắt đỏ đối với ngƣời tiêu dùng. Hơn
nữa, việc khai loại năng lƣợng này chỉ yêu cần đầu tƣ ban đầu một lần và có thể
dùng đƣợc trong nhiều năm tùy thuộc vào chất lƣợng và sự ổn định của vật liệu
và linh kiện chế tạo. Nằm trên vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, Việt nam
có giải phân bổ ánh nắng mặt trời thuộc loại cao trên bản đồ bức xạ mặt trời của
thế giới, tiềm năng khai thác năng lƣợng mặt trời đƣợc đánh giá rất lớn.
Pin năng lƣợng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện) là thiết bị
thu nhận năng lƣợng mặt trời và chuyển đổi thành điện năng. Cấu tạo của pin mặt
trời cơ bản gồm các điốt p-n. Dƣới ánh sáng mặt trời nó có khả năng tạo ra dòng
điện nhờ các điện tử và lỗ trống đƣợc sinh ra dựa trên hiệu ứng quang điện. Các
pin năng lƣợng mặt trời có rất nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp cho các
vùng mà mạng lƣới điện chƣa vƣơn tới, các loại thiết bị viễn thám, cầm tay nhƣ
các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, điện thoại di
động,... Pin năng lƣợng mặt trời thƣờng đƣợc chế tạo thành các module hay các
tấm năng lƣợng mặt trời nhằm tạo ra các tấm pin có diện tích tiếp xúc với ánh
sáng mặt trời lớn. Vật liệu dùng để chế tạo pin mặt trời hiện nay chủ yếu là Si,
mặc dù hiệu suất của loại vật liệu này chƣa cao, khoảng 15% cho các sản phẩm
thƣơng mại. Hiệu suất chuyển đổi năng lƣợng mặt trời lý thuyết có thể lên đến

1


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
[1]. Lê Công Dƣỡng (2000), “Vật liệu học”, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[2]. Phùng Hồ, Phan Quốc Phô (2001), “Vật lý bán dẫn”, NXB Khoa học và kỹ
thuật, Hà Nội.
[3]. Nguyễn Đức Chiến, Phạm Thành Huy, Dƣ Thị Xuân Thảo, Nguyễn Nhƣ
Toàn, Trần Kim Anh, Nguyễn Ngọc Trung, Phạm Nguyên Hải, Trịnh Xuân Anh,

pp. 1046 - 1048.
[14]. S. Z. Weisz, R. K. Soni, L. F. Fonseca, O. Resto, M. Buzaianu (1999), “Size
- dependent optical properties of silicon nanocrystals”, J. Lumi., Vol 83- 84,
pp. 187 – 191.
[15]. B. D. Cullity (1978) “Elements of X-Ray diffraction”, 2nd edition, Addison Wesley, Reading, MA.
[16]. F. Hippert, E. Geissler, J. L. Hodeau, E. Lelievre, J. R. Regnard (2006),
“Neutron and X-Ray Spectroscopy”, Springer.
[17]. R. Braunstein, A. R. Moore, F. Herman, (1958), “Intrinsic optical
absorption in germanium-silicon alloys”, Phys. Rev. 109, 695.
[18]. T. Ebner, K. Thonke, R. Sauer, F. Schaffler, H.-J. Herzog, (1998),
“Electroreflectance spectroscopy of strained SixGe1-x layers on silicon”, Phys.
Rev. B 57, 15448.
[19]. C. Pickering, R. T. Carline, D. J. Robbins, W. Y. Leong, S. J. Barnett, A. D.
Pitt, and A. G Cullis, (1993), “Spectroscopic ellipsometry characterization of
strained and relaxed SixGe1-x epitaxial layers”, J. Appl. Phys. 73, 239.
[20]. B. S. Meyerson, (1994), “High speed silicon germanium electronics”,
Scientific American 270, 42-47.
[21]. S. Takeoka, K. Toshikiyo, M. Fujii, S. Hayashi, and K. Yamamoto, (2000),
“Photoluminescence from Si1−xGex alloy nanocrystals”, Phys. Rev. B 61, 15988.

3


[22]. R. Weigand, M. Zacharias, P. Veit, J. Christen, J. Wendler J, (1998), “On
the origin of blue light emission from Ge-nanocrystals containing a-SiOx films”,
Superlattices Microstruct. 23, 349.
[23]. K. L. Wang, D. Cha, J. Liu, C. Chen, (2007), “Ge/Si self-assembled
quantum dots and their optoelectronic device applications”, Proceedings of the
IEEE 95, 1866.
[24]. G. Bauer, F. Schäffler, (2006), “Self-assembled Si and SiGe nanostructures: