Transcript CHẾ TẠO MÀNG ĐA LỚP ZnO/Ag/ZnO Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG Thực hiện: Nguyễn Văn Thọ CBHD: TS Lê Trấn.

CHẾ TẠO MÀNG ĐA LỚP
ZnO/Ag/ZnO Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG
Thực hiện: Nguyễn Văn Thọ
CBHD: TS Lê Trấn
Địa chỉ bạn đã tải:
http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html
Nơi bạn có thể thảo luận:
http://myyagy.com/mientay/
Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí:
http://mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html
Dự án dịch học liệu mở:
http://mientayvn.com/OCW/MIT/Co.html
Liên hệ với người quản lí trang web:
Yahoo: [email protected]
Gmail: [email protected]
Tổng Quan
• Màng dẫn điện trong
suốt TCO được sử
dụng rộng rãi trong
các thiết bị quang
điện, màn hình hiển
thị, pin mặt trời
Tuy nhiên những màng TCO
này có điện trở khá cao
Mành hình hiển thị
Pin mặt trời
TỔNG QUAN
• Vì vậy đã có nhiều hướng nghiên cứu nhằm
tạo ra màng có độ dẫn điện cao
• Gần đây có nhiều tác
giả phát triển màng đa
lớp ITO/Kim loại(10
nm)/ITO (IMI)
ITO
Kim Loại
ITO
TỔNG QUAN
• Màng IMI tạo ra có nhiều ưu điểm vượt trội so với
màng TCO như độ dẫn điện cao, có độ truyền qua
cao trong dải bước sóng nhìn thấy và bề dày nhỏ hơn
so với TCO
• Tuy nhiên để chế tạo
màng IMI có chi phí
cao khi chế tạo bia
ITO và màng ITO
thường độc
ITO
Kim Loại
ITO
Tổng Quan
• Vấn đề là phải thay thế ITO bằng một vật liệu khác
có giá thành rẻ hơn và ít độc, nhưng màng tạo ra vẫn
có tính chất tương tự.
• ZnO có thể thay thế
ITO tốt nhất vì nó rẻ
không độc, rễ kiếm
trong tự nhiên
ZnO
Kim Loại
ZnO
TỔNG QUAN
• Tính chất quang và tính chất đện của màng
phụ thuộc vào lớp kim loại
• Ag là kim loại có độ dẫn diện tốt
nhất cho màng ITO/Ag/ITO.
Màng ITO/Ag/ITO đã được tạo ra
với độ dẫn điện và độ truyền qua
tốt. Trong những báo cáo gần đây
chưa đề cập tới việc chọn Ag cho
lớp cơ bản ZnO. Vì vậy chúng tôi
phát triển màng ZnO/Ag/ZnO
ZnO
Ag
ZnO
THỰC NGHIỆM
• Màng ZnO và ZnO/Ag/ZnO
được chế tạo trên đế thủy tinh.
• Bia ZnO có độ tinh
khiết 99.9995% bán
kính 7.62 cm, bề dày
0.64 cm
• Bia Ag có độ tinh khiết 99.999%,
bán kính 7.62 cm, bề dày 0.64 cm
Đế thủy tinh
7.62 cm
0.64 cm
THỰC NGHIỆM
• Đế thủy tinh được sử lý bề mặt bằng siêu âm
trong acetone, rửa trong nước tinh khiết. và
sau đó được sấy khô bằng dòng khí N trước
khi tạo màng.
• Phương pháp tạo màng được
chọn là Phún xạ magnetron RF
và DC do nó dễ dàng diều
chỉnh các thông số tạo màng
Hệ phún xạ magneton
THỰC NGHIỆM
• Đế thủy tinh được sử lý bề mặt bằng siêu âm
trong acetone, rửa trong nước tinh khiết. và
sau đó được sấy khô bằng dòng khí N trước
khi tạo màng.
• Phương pháp tạo màng được
chọn là Phún xạ magnetron RF
và DC do nó dễ dàng diều
chỉnh các thông số tạo màng
Hệ phún xạ magneton
THỰC NGHIỆM
• Khỏang cách bia đế 53
mm. áp suất buồng phún
xạ 6.10-3 Torr trong khí
Ar tinh khiết. Tốc độ
quay của đế được điều
chỉnh ở 18 vòng/phút
(rpm).
• Độ dày của màng ZnO được
phủ trong khoảng 20 nm đến
100 nm và màng Ag trong
khoảng từ 1 nm đến 15 nm.
6.10-3 Torr
53 mm
THỰC NGHIỆM
• Độ dày của màng được đo bằng phương
pháp surface profiler (Alpha-step 500,
TENCOR) và FE-SEM (XL-40 FEG field
emission scanning electron microscope)
• Nghiên cứu cấu trúc màng sử dụng nhiễu xạ kế tia X
(XRD) Regaku (D/MAX 2500). Điện trở suất được
xác định bằng phương pháp 4 mũi dò. Thính chất
quang học được đo bằng quang phổ kế UV–vis–IR
(HewlettPackard 8452A diode array
spectrophotometer)
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• Khi bề dày của lớp Ag
tăng
xuất hiện đỉnh nhiễu xạ
dọc theo (2 0 0)
•có sự đóng góp của Ag vào
quá trình hình thành mạng
đa tinh thể ở vùng gần lớp
tiếp xúc.
Hình 1: Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) của
màng ZnO và ZnO/Ag/ZnO
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Điện trở suất giảm nhanh khi
độ dày của lớp Ag tăng tới
6nm
Điện trở suất đo được của
màng đa lớp khi lớp Ag 6
nm là 3 ohm/sq
Hình 2: Sự phụ thuộc của điện
trở suất của màng
ZnO/Ag/ZnO vào độ dày của
lớp Ag đối với ZnO có bề dày
(a) 20 nm, (b) 30 nm, (c) 50nm
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Khi bề dày của lớp Ag tăng
lớn hơn 6 nm điện trở suất
hầu như không thay đổi
Tính chất điện của màng
đa lớp phụ thuộc vào tác
động của lớp Ag vào lớp
ZnO ở gần lớp tiếp xúc.
Hình 2: Sự phụ thuộc của điện
trở suất của màng
ZnO/Ag/ZnO vào độ dày của
lớp Ag đối với ZnO có bề dày
(a) 20 nm, (b) 30 nm, (c) 50nm
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Đối với phổ của màng đơn
lớp ZnO xuất hiện đỉnh phổ
ở gần 450 nm với độ truyền
qua trên 80%
Đối với màng đa lớp
ZnO/Ag/ZnO có sự dịnh
chuyển đỉnh phổ về phía
bước sóng dài
Hình 3: Sự phụ thuộc độ
truyền qua của màng đa
lớp ZnO/Ag/ZnO lên độ
dày của lớp Ag
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Ở bề dày 6 nm của lớp Ag
độ truyền qua của màng
ZnO/Ag/ZnO đạt trên 90% ở
bước sóng 580 nm
Hình 3: Sự phụ thuộc độ
truyền qua của màng đa
lớp ZnO/Ag/ZnO lên độ
dày của lớp Ag
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Khi đo độ truyền qua của
màng đa lớp với độ dày các
lớp khác nhau ở bước sóng
580 nm. Ta luôn đạt được
cực đại khi độ dày lớp Ag ở
6 nm
Hình 4: Sự phụ thuộc của độ
truyền qua cực đại của màng
đa lớp ở bước sóng 580 nm lên
bề dày của lớp Ag đối với lớp
ZnO ở: (a) 20 nm, (b) 30 nm,
(c) 50 nm,(d) 100 nm
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
•Theo báo cáo của M.Fahland, P.
Karlsson, C. Charton, Thin Solid
Films 392 (2001) 334 và G.
Leftheriotis, P. Yianoulis, D.
Patrikios, Thin Solid Films 306
(1997) 92. Một lớp Ag liên tục có
độ hấp thụ thấp và độ dẫn điện
tốt. Lớp Ag mỏng được xem là
trong suốt trong dải bước sóng
nhìn thấy
Hình 4: Sự phụ thuộc của độ
truyền qua cực đại của màng
đa lớp ở bước sóng 580 nm lên
bề dày của lớp Ag đối với lớp
ZnO ở: (a) 20 nm, (b) 30 nm,
(c) 50 nm,(d) 100 nm
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
•Ở độ dày dưới mức tới hạn
điện trở suất và độ hấp thụ
của màng tăng nhanh
•Do có sự chuyển từ dạng
màng liên tục sang dạng ốc
đảo tách biệt của nguyên tử
Ag
Hình 4: Sự phụ thuộc của độ
truyền qua cực đại của màng
đa lớp ở bước sóng 580 nm lên
bề dày của lớp Ag đối với lớp
ZnO ở: (a) 20 nm, (b) 30 nm,
(c) 50 nm,(d) 100 nm
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
•Phổ truyền qua của màng
ZnO/Ag/ZnO có sự dịch
chuyển bờ hấp thụ về phía
bước sóng dài
•Phổ truyền qua của màng
(20nm)ZnO/Ag/ZnO(20nm)
có độ truyền qua cao nhất,
hơn 90%
Hình 5: Sự phụ thuộc của độ
truyền qua màng ZnO/Ag/ZnO
lên độ dày của lớp ZnO
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
•S.S. Lin, J.L. Huang báo
cáo trong [24, 25] đối với Tivà Al- pha tạp vào màng
ZnO, độ ghồ ghề sẽ tăng khi
tăng bề dày
•Màng (ZnO/Ag/ZnO với độ
dày lớp ZnO 20nm sẽ có độ
ghồ ghề nhỏ nhất
Hình 5: Sự phụ thuộc của độ
truyền qua màng ZnO/Ag/ZnO
lên độ dày của lớp ZnO
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
•G. Laukaitis, S. Lindroos,
S. Tamulevieius, M. Leskela
trong công trình [26] đã báo
cáo rằng độ ghồ ghề rất gần
với sự phát triển cấu trúc
hình học của màng
•Yếu tố này sẽ ảnh hưởng tới
phổ truyền qua và độ dẫn
điện của màng
Hình 5: Sự phụ thuộc của độ
truyền qua màng ZnO/Ag/ZnO
lên độ dày của lớp ZnO
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Hình 6: Hình chụp AFM của màng ZnO/Ag/ZnO với độ dày
lớp ZnO khác nhau (a) 20 nm, (b) 50 nm and (c) 100 nm
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
•Lớp Ag không cố định. Có
sự khếch tán lớp Ag vào lớp
Ag
•Làm thay đổi độ ghồ ghề
của màng và như vậy cũng
làm thay đổi cấu trúc hình
học của màng
Hình 7: Ảnh cross-sectional
SEM của màng ZnO(50
nm)/Ag(6 nm)/ ZnO(50 nm)
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Hình 8: Sự phụ thuộc của điện trở suất và độ truyền qua
cực đại lên độ dày của lớp Ag đối với màng ZnO(20
nm)/Ag/ZnO(20 nm)
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Hình 9: So sánh giữa những màng ZnO/Ag/ZnO có
bề dày lớp Ag khác nhau
và lớp ZnO có độ dày là 20, 30 và 50 nm
KẾT LUẬN
Nhiều cấu trúc màng đa lớp ZnO/Ag/ZnO đã được
tạo ra và khảo sát tính chất điện, quang. Màng đa lớp
tốt nhất đạt được có điện trở suất 3 ohm/sq với độ
truyền qua trên 90% ở bước sóng 580 nm.
Có thể tổng hợp điện cực có điện trở suất nhỏ ở nhiệt
độ phòng không cần sử dụng đế ở nhiệt độ cao hoặc ủ
nhiệt.
Có thể chế tạo màng loại này trên vật liệu polymer