Header Page 1 of 16.

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

Trần Thị Ngọc Anh

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ
CỦA VẬT LIỆU ZnO PHA TẠP Ag

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015
Footer Page 1 of 16.


Header Page 2 of 16.

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

Trần Thị Ngọc Anh

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ
CỦA VẬT LIỆU ZnO PHA TẠP Ag

Chuyên ngành: Vật Lý Chất Rắn
Mã số: 60440104


quang, phổ Raman, phổ nhiễu xạ tia X, kính hiển vi lực nguyên tử AFM, kính hiển
vi điện tử SEM, hệ đo hiệu ứng Hall tại khoa Vật lý.

Footer Page 3 of 16.


Header Page 4 of 16.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ZnO và ZnO PHA TẠP Ag ...... Error!
Bookmark not defined.
1.1. Cấu trúc tinh thể của ZnO............................ Error! Bookmark not defined.
1.2. Cấu trúc vùng năng lƣợng của ZnO với mạng lục giác Wurtzite ........ Error!
Bookmark not defined.
1.3. Tính chất quang của ZnO ........................... Error! Bookmark not defined.
1.4. Độ dẫn điện của vật liệu ZnO ...................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM ........... Error! Bookmark not defined.
2.1. Chế tạo mẫu ZnO và ZnO:Ag ..................... Error! Bookmark not defined.
2.1.1.
Chế tạo mẫu khối ZnO bằng phƣơng pháp phản ứng pha rắn .. Error!
Bookmark not defined.
2.1.2.
Tạo màng bằng phƣơng pháp phún xạ sputteringError!
not defined.

Bookmark

2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu tính chất mẫuError! Bookmark not defined.
2.2.1.

CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......... Error! Bookmark not defined.
3.1. Khảo sát tính chất bia gốm ZnO:Ag (0% - 4%)Error!
defined.

Bookmark

not

3.2. Khảo sát tính chất màng mỏng ZnO:Ag ...... Error! Bookmark not defined.
3.3 Sự thay đổi tính chất vật lý của màng sau khi ủ nhiệtError! Bookmark not
defined.
KẾT LUẬN ............................................................... Error! Bookmark not defined.
Tài liệu tham khảo .....................................................................................................11

Footer Page 4 of 16.


Header Page 5 of 16.

Danh mục hình vẽ
Hình 1.1: Ở nhiệt độ thường, tinh thể ZnO tồn tại dưới dạng lục giác wurtzite.
Hình 1.2: Cấu trúc lập phương giả kẽm (trái) và cấu trúc lập phương tâm mặt kiểu
NaCl (phải) của ZnO.
Hình 1.3: Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO với mạng lục giác Wurtzite.
Hình 2.1: Quy trình chế tạo mẫu khối ZnO và ZnO:Ag (1%, 2%, 4%).
Hình 2.2: Mẫu khối ZnO:Ag sau khi nung tại nhiệt độ 1200oC.
Hình 2.3: Nguyên lý hoạt động của hệ phún xạ sputtering
Hình 2.4: Hiện tượng nhiễu xạ trên các lớp nguyên tử của tinh thể.
Hình 2.5: Sơ đồ khối của hệ đo phổ huỳnh quang.
Hình 2.6: Sơ đồ đo của hệ đo AFM.

Hình 3.8: Phổ EDS của màng ZnO và ZnO pha Ag phún xạ ở 175W.
Hình 3.9: Ảnh AFM bề mặt của màng ZnO (a) và ZnO:Ag (b:1%; c: 2%, d:4%)
phún xạ ở công suất 175W.
Hình 3.10: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu màng ZnO (a) và ZnO pha tạp Ag: 1% (b);
2% (c) và 4% (d) phún xạ ở công suất 125W.
Hình 3.11: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu màng ZnO (a) và ZnO pha tạp Ag: 1% (b);
2% (c) và 4% (d) phún xạ ở công suất 150W.
Hình 3.12: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu màng ZnO (a) và ZnO pha tạp Ag: 1% (b);
2% (c) và 4% (d) phún xạ ở công suất 175W.
Hình 3.13: Phổ nhiễu xạ tia X của các màng ZnO pha 4% Ag khi phún xạ với các
công suất khác nhau (a: 125W, b: 150W, c: 175W).
Hình 3.14: Phổ Raman chuẩn của ZnO [].
Hình 3.15: Phổ Raman của màng ZnO phún xạ ở công suất 150 W.
Hình 3.16: Phổ Raman của mẫu màng ZnO (a) và ZnO pha tạp Ag: 1% (b); 2% (c)
và 4% (d) phún xạ ở công suất 150W.
Hình 3.17: Phổ Raman của mẫu màng ZnO (a) và ZnO pha tạp Ag: 1% (b); 2% (c)
và 4% (d) phún xạ ở công suất 175W.
Hình 3.18: Phổ truyền qua của mẫu màng ZnO (a) và ZnO pha tạp Ag: 1% (b); 2%
(c) và 4% (d) phún xạ ở công suất 125W.
Hình 3.19: Phổ truyền qua của mẫu màng ZnO (a) và ZnO pha tạp Ag: 1% (b); 2%
(c) và 4% (d) phún xạ ở công suất 150W.
Hình 3.20: Phổ truyền qua của mẫu màng ZnO (a) và ZnO pha tạp Ag: 1% (b); 2%
(c) và 4% (d) phún xạ ở công suất 175W.
Hình 3.21: Phổ hấp thụ của mẫu màng ZnO (a) và ZnO pha tạp Ag: 1% (b); 2% (c)
và 4% (d) phún xạ ở công suất 125W.
Hình 3.22: Phổ hấp thụ của mẫu màng ZnO (a) và ZnO pha tạp Ag: 1% (b); 2% (c)
và 4% (d) phún xạ ở công suất 150W.
Footer Page 6 of 16.



Bảng 3.2: Giá trị độ rộng vùng cấm Eg của mẫu màng ZnO:Ag với các nồng độ
khác nhau (0, 1%, 2%, 4%) phún xạ ở các công suất 125W, 150W và
175W.
Bảng 3.3: Giá trị các tính chất điện mẫu màng ZnO:Ag (1%, 2%, 4%) tại công suất
phún xạ 125 W, 150 W, 175W .
Bảng 3.4: Độ rộng vùng cấm của các mẫu màng ZnO và ZnO pha tạp Ag (1%, 2%,
4%) phún xạ ở công suất 175W trước và sau khi ủ.

Footer Page 8 of 16.


Header Page 9 of 16.

MỞ ĐẦU

Trong thời gian gần đây, màng oxit dẫn điện trong suốt (Transparent Conductive
Oxide -TCO) đƣợc sử dụng rộng rãi và là thành phần quan trọng trong các thiết bị điện tử
nhƣ tấm nền chiếu sáng tinh thể lỏng (LCD), tấm nền cảm ứng (touch screen), điốt phát
quang (LED) hay trong các ứng dụng sử dụng hiệu ứng quang điện (photovoltaic). Khi
đƣợc sử dụng để làm điện cực, yêu cầu của màng oxit dẫn điện trong suốt TCO là phải có
điện trở suất thấp, đồng thời phải cho ánh sáng trong những miền bƣớc sóng định trƣớc
truyền qua để tránh hấp thụ. Thực tế, các chất đƣợc dùng để làm nền trong công nghệ chế
tạo màng oxit dẫn điện trong suốt chủ yếu là hỗn hợp Indium Ôxít và Ôxit thiếc - ITO,
hỗn hợp Indium Ôxít pha pha Flo (FTO) hay Kẽm Ôxít (ZnO). Màng ITO có các tính
chất khá ấn tƣợng nhƣ điện trở suất thấp cỡ ~10−4 Ω·cm và độ truyền qua lớn hơn 80%.
Mặc dầu vậy, giá thành của loại màng ITO này lại khá cao do Indium là nguyên tố khá
hiếm và đắt, độ bền của sản phẩm chƣa cao và độc hại. Do đó, màng mỏng ZnO dẫn điện
khi pha tạp các nguyên tố nhƣ Al, Cu, N, … đƣợc nhiều phòng thí nghiệm tập trung
nghiên cứu để thay thế loại màng ITO nhờ các ƣu thế nhƣ độ rộng vùng cấm lớn (cỡ
3,37eV ở nhiệt độ phòng), nguồn cung cấp dồi dào, giá thành rẻ và đặc biệt là thân thiện

đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp gốm, mẫu màng ZnO pha Ag đƣợc tạo ra bằng
phƣơng pháp phún xạ magnetron RF khi thay đổi nồng độ Ag pha tạp, công suất
phún xạ (125W, 150W, 175W) và sự thay đổi tính chất của màng ZnO pha Ag sau
khi ủ nhiệt trong không khí và trong khí ozon ở nhiệt độ 450 °C trong 2h.

Footer Page 10 of 16.


Header Page 11 of 16.

Tài liệu tham khảo
Tài liệu tiếng Việt
1.

Hoàng Sơn (2015), “Chế tạo và nghiên cứu tính chất vật lý của vật liệu ZnO pha tạp
Cu”, khóa luận tốt nghiệp.

2.

Nguyễn Văn Thanh (2014), “Chế tạo và nghiên cứu tính chất màng mỏng trong suốt
dẫn điện (TCO) ZnO pha tạp Al”, khóa luận tốt nghiệp.

3.

Nguyễn Việt Tuyên (2011), “Chế tạo, nghiên cứu tính chất của màng mỏng, vật liệu
cấu trúc nano trên cơ sở oxit kẽm pha tạp và khả năng ứng dụng”, luận án Tiến sỹ.

Tài liệu tiếng Anh
4.


Header Page 12 of 16.

9.

D.R. Sahu (2007), “Studies on the properties of sputter-deposited Ag-doped ZnO
films”, Microelectronics Journal, 38, 1252.

10. E. –C. Lee, Y. –S. Kim, Y. –G. Jin, K. J. Chang (2001), “Compensation mechanism
for N acceptors in ZnO”, Phys. Rev. B 64, 085120.
11. In Soo Kim, Eun-Kyung Jeong, Do Yun Kim, Manoj Kumar, Se-Young Choi
(2008), “Investigation of p-type behavior in Ag-doped ZnO thin films by E-beam
evaporation”, Applied Surface Science, 255, 4011.
12. J. L. Birman (1959), “Polarization of Fluorescence in CdS and ZnS Single
Crystals”, Phys. Rev. Lett. , 2.
13. J.M. Qin, B. Yao, Y. Yan, J.Y. Zhang, X.P. Jia, Z.Z. Zhang, B.H. Li, C.X. Shan,
D.Z. Shen (2009), “Formation of stable and reproducible low resistivity and high
carrier concentration p-type ZnO doped at high pressure with Sb”, Appl. Phys. Lett.
95, 022101.
14. Jae-Hong Lim, Chang-Ku Kang, Kyoung-Kook Kim, Il-Kyu Park, Dae-Kue
Hwang, Seong-Ju Park (2006), “UV Electroluminescence Emission from ZnO
Light-Emitting Diodes Grown by High-Temperature Radiofrequency Sputtering”,
Adv. Mater. 18, 2720.
15. Kaipeng Liu, Beifang Yang, Hongwei Yan, Zhengping Fu, Meiwang Wen, Youjun
Chen, Jian Zuo (2009), “Effect of Ag doping on the photoluminescence properties
of ZnO films”, Journal of Luminescence, Volume 129, Issue 9.
16. R. K. Guptan, K. Ghosh, P.K Kahol (2010), “ Effect of substrate temperature on
structural and electrical properties of silver doped zinc oxide thin films”, Physica E:
Low-dimensional Systems and Nanostructures, Volume 42, Issue 7, 2000.

Footer Page 12 of 16.