00060000127 chế tạo nghiên cứu một số tính chất của vật liệu bán dẫn oxit và ứng

ĐẠI HOC QUỐC GIA HÀ NỘI A TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỤ' NHIEN T Ê N Đ Ề T À I: Chế tạo, nghiên cửu một số tính chất của vật liệu bán dẫn oxit và ứng dụng làm cảm biến MÃ SỐ : QG - 09 - 05 CHỦ TR Ì ĐẺ T À I: P G S. N G U Y Ê N T Ừ N IỆ M HÀ NỘ I-2011 BÁO CÁO TÓM TẮT 1- Tên đề tài : Chế tạo, nghiên cứu một số tỉnh chất của vật liệu bán dẫn oxit và ứng dụng làm cảm biển 2- Mã số : QG - 0 9 - 0 5 3- Thời gian thực hiện : 24 tháng ( từ 03/2009 tới 03/2011) 4- Chủ trì đề tài : PGS. TS Tạ Đình Cảnh, Bộ môn Vật lý chất rắn, khoa Vật lý, trường ĐHKHTN - ĐHQG Hà nội 5- Cán bộ tham gia đề t à i : PGS.TS Nguyễn Thị Thục Hiền PGS.TS Lê Thị Thanh Binh NCS. Nguyễn Việt Tuyên ThS.

Nguyễn Thanh Bình ThS. Trần vĩnh Thắng CN. Nguyễn Từ Niệm 6- Mục tiêu và nội dung nghiên cứu : + Nghiên cứu chế tạo vật liệu bán dẫn oxit ZnO (màng mỏng ZnO pha tap In, hạt nano ZnO và hạt nano ZnO pha tap chất) + Nghiên cứu tính chất cấu trúc, hấp thụ, huỳnh quang của các mẫu đo đã được chế tạo. + Nghiên cửu khả năng ứng dụng : chế tạo cảm biếm trong đóng ngắt quang, làm mất màu xanh methylen khi sử đụng quang xúc tác của hạt nano ZnO.

7- Các kết quả đ ạt được : 7.1 Kết quả khoa học: • Đã chế tạo thành công bia gốm ZnO (<D =75mm) tinh khiết và ZnO pha tạp chất In với các hàm lượng khác nhau bằng công nghệ gốm truyền thống. Đã chế tạo màng ZnO và màng ZnO pha tạp In bằng phương pháp phún xạ r. magnetron tò các bia gốm tự chế tạo trên các loại đế khác nhau như: thủy tinh và S i0 2. Các màng ZnO tinh khiết và pha tạp In là đa tinh thể, có cấu trúc lục giác wurtzite và có định hướng ưu tiên theo hướng trục c.

Các màng ZnO pha tạp In đươc chế tạo từ bia ZnO với hàm lượng tạp chất ln 20 3 là 2%, điều kiện ngưng kết: P a ^ jS .IO 3 Torr, P=200W và Tđ = 150°c có điện trở suất thấp nhất (p = 4,5.10'4 Qcm), nồng độ hạt tải n = 8,1.1 o20 cm'3 và độ linh động Hall là |J. =17,13 cmVVs và độ truyền qua trung bình trong vùng ánh sáng nhìn thấy 90%. Giá ữị điện trở suất này có thể so sánh với những công bố quốc tế tốt nhất về độ dẫn của ZnO. • Đã chế tạo thành công các cấu trúc nano dạng hạt của ZnO và ZnO pha tạp kim loại chuyển tiếp bằng phương pháp vi sóng.

Đây là một phương pháp đơn giàn nhưng cho hiệu quả cao vì các sản phẩm có kích thước nhỏ, độ đồng đều cao. Ảnh hưởng của một số yếu tố quan trọng nhất như dung môi và chất hoạt hóa lên hình dạng, cẩu trúc và tính chất của hạt nano sản phẩm đã được nghiên cứu và giải thích. Kết quả cho thấy dung môi và chất hoạt hóa có ảnh hưởng mạnh lên hình thái của sản phẩm thu được. Dung môi thích hợp để tạo ra hạt nano ZnO là isopropanol và PVP là chất hoạt hóa có tác dụng làm giảm kích thước hạt và tăng độ bền của các hạt nano trong môi trường dung dịch.

Các hạt nano nhỏ nhất có dạng hình cầu và kích thước trung bình là vào khoảng 5-10 nm, kết quả này có thể so sánh được với các công bố trên thế giới. • Đã chế tạo thành công và khảo sát c á c đặc trưng lóp chuyển tiếp dị thể n-ZnO:In/p-Si có hiệu ứng pin mặt trời. Chế tạo thành công thiết bị đóng ngắt quang tự động trên cơ sở lớp chuyển tiếp dị thể n- ZnO:In/ p-Si và có khả năng dùng làm thiêt bị đóng ngăt tự động. • Hạt nano ZnO đã được chế tạo thành công bằng phương pháp thủy nhiệt đơn giản.Vật liệu có các hạt tròn cấu tạo từ các chuồi nano ZnO đường kính khoảng 50 nm gắn kết với nhau.

Khả năng xúc tác quang của hạt nano ZnO được khảo sát bằng dung dịch xanh methylen. Kết quả cho thấy vật liệu nano ZnO có khả năng quang xúc tác khá t ố t , quá trình xúc tác xảy ra gần như hoàn toàn trong khoảng thời gian 120 phút.2 Kết quả công bố : đã công b ổ 09 bài báo 1. Synthesis o f Undoped- and M -doped ZnO (M — Co, Mn) N anopowder in Water using M icrowave Irradiation. Nguyen Viet Tuy en , Ta Dinh Canh, Nguyen Ngoe Long, Nguyen Xuan Nghi a, Bui Nguyen Quoc Trinh and Zhongrong Shen.

Influence o f soỉvents on the growth o f zinc oxide nanoparticỉes fa b ricaîed by m icrowave irradiation, Ta Dinh Canh, Nguyen Viet Tuyen, Nguyen Ngoe Long. VNU Journal of Science Mathematics- Physics, 25 (2009) 71-76 3. Stabilization o f ZnO nanoparticles prepared by microwave irration method. Nguyen Viet Tuyen, Nguyen Ngoc Long, Nguyen Dai Hung, Nguyen Quang Hoa, Ta Dinh Canh.

Proceedings of the 6 th Vietnam National Conference on Solid State Physics and Materials Science (2009), Da nang, pp. O ptical properties o f nano ZnO material prepared by hydrothermal method. Bui Van Pho, Nguyen Thi Thuc Hien, Nguyen Xuan Nghia, Vu Thi Thanh Thuy, Ngo Xuan Dai and Sai Cong Doanh. Proceedings of the 6 lh Vietnam National Conference on Solid State Physics and Materials Science (2009), Da nang, pp.

Khảo sát khá năng xúc tác của hạt nano ZnO bằng xanh methylen. Ngô Thanh Dung, Nguyễn Thị Thục Hiền, Đỗ Đức Đại, Ngọ Xuân Đại và Bùi Văn Phố. Tuyển tập các báo cáo khoa học Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 6 (2009), Đà nẵng, trang 338-341 6. Chế tạo và nghiên cứu mẫu bột nano Zn2Sn04.

Nguyễn Thanh Bình, Lê Thị Thanh Bình, Nguyễn Ngọc Long, Phạm Văn Thắng. Tuyển tập các báo cáo khoa học Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 6 (2009), Đà nằng, trang 656-659 7. Tổng hợp bột nano S n 02 ph a tạp Zn bằng phương ph á p thủy nhiệt. Nguyễn Thanh Bình, Lê Thị Thanh Bình, Nguyễn Viết Đức, Nguyễn Ngọc Long.

Tuyển tập các báo cáo khoa học Hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 6 (2009), Đà nẵng, trang 669-672 8. Preparation and characteristics o f the In-doped ZnO thin film s and the n-ZnO:In/p-Si heterojunction fo r optoelectronic switch, Ta Dinh Canh, Nguyen Viet Tuyen, Nguyen Ngoc Long and Vo Ly Thanh Ha. VNƯ Journal of Science, Mathematics-Physics, 26 (2010) 9-16. Synthesis and characteristics o f single-crystal N i-doped ZnO nanorods by a m icrowave i r r a t i o n.

Nguyen Viet Tuyen, Nguyen Ngoc Long and Ta Dinh Canh. E-Journal of Surface Science and Nanotechnology (eJSSNT) (2010) (in the press) 7.2 Ket quả đào tạo: - Số cử nhân đirợc đào tạo trong khuôn khổ đề tà i : 03 ỉ ) Lê Thị Thịnh, “Chế tạo và khảo sát tính chất hạt nano ZnO và ZnO pha tạp Ni bằng phương pháp vi són g” (K 50 SPVL năm 2009) 2) Đoàn Văn T rí,"Chế tạo và khảo sát tính chất hạt nano ZnO bằng phương pháp vi sổ n g ” (K 50 VL năm 2009) 3) Nùng Văn Đơn, ‘'Tổng hợp và khảo sát các tỉnh chất hạt nano ZnO băng ph ư ơn g p h á p rung siêu âm từ axetat kẽm và POLYVINYL PYRROLIDONE (PVP) (K 51 VL năm 20Ỉ0) " - Số thạc s ĩ được đào tạo trong khuôn khổ đề tài : 02 1) Nguyễn Đ ại Hùng, “Chế tạo và khảo sát tính chất hạt nano ZnO và ZnO pha tạp bằng phương pháp vi són g” (đã bảo vệ thành công năm 2009). Ma sổ: 60 44 07 t 2)Ngô xuân Đinh, “Chế tạo và khảo sát hat nano ZnO được sử dụng và không sử dụng chất phụ gia PVP" (đã bảo vệ thành công năm 2010). Mã sổ: 60 44 07 - S ố tiến s ĩ được hỗ trợ đào tạo trong khuôn khổ đề tà i: 01 1) Nguyễn Việt Tuyên, “Chế tạo và nghiên cứu các tỉnh chất của màng mỏng và vật liệu cấu trủc nano trên cơ sở oxìt kẽm ph a tạp chất và khả năng ứng dụng của chúng”.

M ã sổ: 62 44 01 (đã bảo vệ thành cổng cấp cơ sở vào tháng 12/2010 do tôi là hướng dẫn chỉnh) 8 - Tình hình kỉnh phí đề tài: Đã chi theo đúng dự toán được phê duyệt: 80 000 000 VNĐ (Tám mươi triệu đồng chẵn) KHOA QUẢN LÝ CHỦ TRÌ ĐỀ TÀI GS. TS Bạch Thành Công PGS. TS Tạ Đình Cánh TRƯỜNG ĐẠI • HỌC • KHOA HỌC • T ự• NHIÊN A7/ Nguyễn H oàng Lương SUMMARY REPORT I.Project Title : Preparation and studies som e properties o f oxide semiconducting materials and applications f o r sensors II.Project D irector: Assoc. D r Ta Dinh Canh Faculty o f Physics, HUS, 334 Nguyen Trai, Thanh Xuan, Hanoi III.Code Number: QG - 0 9 - 0 5 IV.Key Project S taff: Assoc.

D r Nguyen Thi Thuc Hien Assoc. D r Le Thi Than Binh MS. Nguyen Thanh Binh MS. Tran Vinh Thang BS.

Nguyen Viet Tuyen BS. Nguyen Tu Niem V. Purposes and contens of the project: In the project, heterojunction solar cells consisting o f a wide band gap transparent conductive oxide (TCO) on a crystal silicon (Si) wafer have a number of potential advantages such as an excellent blue response, simple processing steps, and low processing temperatures. One promising type of TCO/Si solar cells uses aluminum doped ZnO (ZnO:Al) or indium doped ZnO (ZnO:In)) on p-type Si wafer, where the ZnO film is prepared by spray pyrolysis, sol-gel methods, or r.

In this work a detailed investigation on the n- ZnO:In film properties and the I-V characteristic, photocurrent of the n-ZnO:In/p-Si heterojunction has been carried out and the results are discussed. Undoped and M-dope I ZnO (M = Co, Mn) nanopowders have been successfully synthesize 1 by microwave-assisted approach using Zn(N 0 3)2.2H20 and NaOlh The results obtained from x-ray diffraction (XRD) analysis an ' the transmission electron microscopy (TEM) showed that the mean i article size was about 10-15 nm. The XRD analysis of the synthesize ' samples also showed a single phase ZnO structure without any a iitional phase. Magnetic property studies o f the as-prepared M-d oed ZnO (M = Co, Mn) samples showed them to be paramagi *tic material.

However, thermal annealing in air of particular san )les at 800°C for 3 h resulted in transforming the samples into a room temperature ferromagnetic material. ZnO nanoparticles have been successfully fabricated by microwave irradiation method. However, after the nucleation and growth process are completed, the average size o f the particles continues to increase due to diffusion limited coarsening. This process reduces the quality o f ZnO nanoparticles so restraining the particles from self aggregating is very important.