Luận án tiến sĩ: Chế tạo và khảo sát tính chất màng mỏng ZnO ứng dụng quang điện tử
Nghiên cứu chế tạo màng mỏng ZnO ứng dụng quang điện tử, tối ưu hiệu suất pin mặt trời và cảm biến ánh sáng.
Luan An
luận văn
Số trang
148
Thời gian đọc
23 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- Vai trò Màng mỏng ZnO trong ứng dụng quang điện tử
- Số trang:
- 148 trang
- Tác giả:
- Luan An
Tóm tắt nội dung luận án
I.Vai trò Màng mỏng ZnO trong ứng dụng quang điện tử
Công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ. Nhu cầu về tốc độ xử lý và khả năng lưu trữ của máy tính ngày càng tăng. Vi điện tử hiện đại đã chạm đến giới hạn lý thuyết về tốc độ truyền dữ liệu và dung lượng bộ nhớ. Giải pháp cho vấn đề này nằm ở sự kết nối giữa các hiện tượng điện tử và quang học trong vật liệu bán dẫn. Nghiên cứu tập trung vào hiện tượng quang điện tử thay vì chỉ điện tử thuần túy. Sự phát triển của viễn thông sợi quang là yếu tố then chốt. Công nghệ này cung cấp băng thông rộng, cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao. Dù thông tin được truyền bằng photon, quá trình xử lý vẫn chủ yếu dùng điện tử. Điều này đòi hỏi các bộ chuyển đổi điện tử-photon (quang điện tử). Nhiều linh kiện quang điện tử đã được ứng dụng rộng rãi. Laser bán dẫn, điốt phát quang là ví dụ. Chúng được dùng trong khoa học, công nghệ, truyền thông và máy tính. Quang điện tử đánh dấu bước phát triển mới. Ý tưởng kỹ thuật quang tích hợp hình thành từ ứng dụng sợi quang. Đây là việc tích hợp các phần tử xử lý thông tin bằng photon trên một chip. Công nghệ chế tạo chip tương tự kỹ thuật vi điện tử (IC) bán dẫn. Photon có ưu điểm tốc độ truyền cao hơn điện tử. Tuy nhiên, việc điều khiển dòng photon phức tạp hơn. Quang tích hợp là kỹ thuật rất triển vọng. Nền tảng cho quang tử học là các vật liệu quang tử. Vật liệu quang tử đang được nghiên cứu rộng rãi trên toàn cầu.
1.1. Bán dẫn quang điện tử Vượt qua giới hạn vi điện tử
Công nghệ thông tin hiện đại đối mặt với những thách thức lớn. Tốc độ xử lý và khả năng lưu trữ dữ liệu của máy tính đã đạt giới hạn. Các quá trình dựa trên chuyển động của điện tử không còn đủ. Giới hạn lý thuyết về tốc độ truyền và khả năng nhớ đã xuất hiện. Việc sử dụng mối liên hệ giữa điện tử và quang học trong chất bán dẫn mở ra hướng đi mới. Nghiên cứu tập trung vào các hiện tượng quang điện tử. Điều này thay thế cho việc chỉ nghiên cứu điện tử thuần túy. Giải pháp này giúp vượt qua các rào cản hiện tại.
1.2. Công nghệ quang tích hợp và vật liệu quang tử
Công nghệ viễn thông sợi quang đóng vai trò quan trọng trong kỷ nguyên thông tin. Ưu điểm chính là khả năng cung cấp băng thông rộng. Dữ liệu được truyền với tốc độ hàng trăm Gigabit mỗi giây. Photon được sử dụng để truyền thông tin. Tuy nhiên, các khâu xử lý (thu, điều biến, khuếch đại) vẫn chủ yếu dùng điện tử. Cần có các bộ chuyển đổi điện tử-photon (quang điện tử). Nhiều linh kiện quang điện tử đã ứng dụng rộng rãi. Các thiết bị như laser bán dẫn, điốt phát quang là ví dụ. Kỹ thuật quang tích hợp là ý tưởng mới. Nó tích hợp các phần tử xử lý thông tin dùng photon trên một chip. Ưu điểm của photon là tốc độ truyền cao hơn điện tử. Vật liệu quang tử là nền tảng cơ bản cho sự phát triển của quang tử học. Chúng đang được nghiên cứu rộng rãi trên thế giới.
II.Khám phá tiềm năng vật liệu ZnO cho quang điện tử
Vật liệu quang điện tử đang là trọng tâm nghiên cứu toàn cầu. Các màng bán dẫn đa thành phần như ZnS, ZnO, CdS, CdTe được chú ý. Hợp chất bán dẫn AIIBVI đang thu hút sự quan tâm đặc biệt. Chúng có nhiều tính chất hấp dẫn. Độ rộng vùng cấm lớn ở nhiệt độ phòng là một đặc điểm nổi bật. Điều này mở rộng giới hạn ứng dụng của linh kiện quang điện tử. Phạm vi ứng dụng kéo dài từ miền nhìn thấy đến miền tử ngoại gần. Các hợp chất AIIBVI có chuyển mức vùng cấm thẳng. Chuyển mức phát quang do các tâm sâu có xác suất lớn. Hy vọng về hiệu suất lượng tử cao cho các chuyển dời điện tử là khả thi. Ôxít kẽm (ZnO) là một hợp chất bán dẫn AIIBVI. Vật liệu này có nhiều đặc tính quý giá. Độ rộng vùng cấm lớn, khoảng 3,3 eV ở nhiệt độ phòng. ZnO có độ bền vững, độ rắn và nhiệt độ nóng chảy cao. Nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới đang tập trung nghiên cứu vật liệu ZnO dưới dạng màng mỏng. Nhiều ứng dụng khác nhau đã được khám phá. ZnO là vật liệu phù hợp cho linh kiện quang điện tử hoạt động trong vùng phổ tử ngoại.
2.1. ZnO Vật liệu bán dẫn AIIBVI triển vọng
Vật liệu quang điện tử đang được nghiên cứu rộng rãi. Các màng bán dẫn như ZnS, ZnO, CdS, CdTe có nhiều tiềm năng. Hợp chất bán dẫn AIIBVI đặc biệt thu hút sự chú ý. Chúng sở hữu nhiều tính chất hấp dẫn. Độ rộng vùng cấm lớn ở nhiệt độ phòng là ưu điểm. Điều này giúp mở rộng ứng dụng linh kiện quang điện tử. Phạm vi ứng dụng từ miền nhìn thấy đến miền tử ngoại gần được khai thác. Các hợp chất AIIBVI có chuyển mức vùng cấm thẳng. Chuyển mức phát quang từ các tâm sâu có xác suất lớn. Điều này hứa hẹn hiệu suất lượng tử cao cho chuyển dời điện tử.
2.2. Đặc tính vùng cấm năng lượng và hiệu suất lượng tử
Ôxít kẽm (ZnO) là một hợp chất bán dẫn thuộc nhóm AIIBVI. Vật liệu này có nhiều đặc tính quý báu. Độ rộng vùng cấm lớn, khoảng 3,3 eV ở nhiệt độ phòng, là một ưu điểm. ZnO còn có độ bền vững, độ rắn và nhiệt độ nóng chảy cao. Nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới đang nghiên cứu vật liệu ZnO dạng màng mỏng. Nhiều ứng dụng khác nhau đã được phát hiện. Các chuyển mức phát quang trong ZnO xảy ra với xác suất lớn. Hiệu suất lượng tử phát quang của ZnO có thể đạt gần 100%. Điều này mở ra triển vọng cho việc chế tạo laser ZnO.
III.Tối ưu hóa Màng ZnO Pha tạp nâng cao hiệu suất
Màng ZnO thường được chế tạo với tính dẫn điện loại n. Điều này xuất phát từ các sai hỏng tự nhiên trong cấu trúc. Nồng độ hạt tải điện thường thấp. Tính ổn định của màng cũng không cao. Để cải thiện các đặc tính này, cần có giải pháp. Chế tạo màng ZnO dẫn điện trong suốt và ổn định cao là mục tiêu. Đặc biệt, màng cần hoạt động tốt trong miền nhìn thấy. Người ta thường pha tạp các chất thuộc nhóm III. Các nguyên tố như Ga, Al, In được sử dụng phổ biến. Nồng độ tạp chất trong ZnO có thể đạt đến 10^20 cm^-3. Các màng ZnO pha tạp Al đã được nghiên cứu rộng rãi. Những màng này kết tinh trên đế polyme mang lại nhiều ưu điểm. Điện trở suất của chúng nằm trong khoảng 4 x 10^-3 đến 5 x 10^-4 Ωcm. Mật độ hạt tải điện thường trên 2,6 x 10^20 cm^-3. Độ linh động Hall đạt khoảng 5,78 đến 13,11 cm^2V^-1s^-1. Với độ dày 440 nm, độ truyền qua trung bình trên 80%. Đây là những chỉ số hiệu suất rất ấn tượng. Các màng này có nhiều ưu điểm so với màng kết tinh trên đế thủy tinh. Chúng nhẹ hơn và có thể tích nhỏ hơn.
3.1. Thách thức độ dẫn điện và giải pháp pha tạp nhóm III
Màng ZnO chế tạo thường mang tính dẫn điện loại n. Nguyên nhân là do tồn tại các sai hỏng tự nhiên. Nồng độ hạt tải điện trong màng thường thấp. Điều này ảnh hưởng đến tính ổn định của vật liệu. Để khắc phục, cần chế tạo màng ZnO dẫn điện trong suốt. Màng cũng cần có độ ổn định cao. Đặc biệt, yêu cầu hoạt động tốt trong miền nhìn thấy. Giải pháp là pha tạp thêm các chất. Các nguyên tố nhóm III như Ga, Al, In thường được sử dụng. Pha tạp giúp cải thiện đáng kể các tính chất điện của màng.
3.2. Hiệu quả pha tạp Cải thiện độ dẫn và độ truyền quang
Nồng độ tạp chất trong ZnO có thể đạt mức rất cao, lên đến 10^20 cm^-3. Màng ZnO pha tạp Al trên đế polyme cho thấy hiệu suất vượt trội. Điện trở suất của chúng rất thấp, khoảng 4 x 10^-3 đến 5 x 10^-4 Ωcm. Mật độ hạt tải điện cao, trên 2,6 x 10^20 cm^-3. Độ linh động Hall đạt 5,78 đến 13,11 cm^2V^-1s^-1. Với độ dày 440 nm, độ truyền qua quang học trung bình trên 80%. Những đặc tính này mang lại nhiều ưu điểm. Màng nhẹ hơn và có thể tích nhỏ hơn so với màng trên đế thủy tinh.
IV.Tính chất quang điện tử ZnO Nền tảng thiết bị mới
ZnO là vật liệu lý tưởng cho linh kiện quang điện tử. Các thiết bị này hoạt động hiệu quả trong vùng phổ tử ngoại. Các chuyển mức phát quang trong ZnO xảy ra với xác suất lớn. Đối với ZnO, hiệu suất lượng tử phát quang có thể đạt gần 100%. Đây là một triển vọng lớn. Nó mở ra khả năng chế tạo laser ZnO với hiệu quả cao. Nghiên cứu tập trung vào việc phát triển các ứng dụng này. Vật liệu ZnO còn có độ bền vững vượt trội. Độ rắn cao là một đặc tính quan trọng khác. Nhiệt độ nóng chảy cao của ZnO mang lại lợi thế. Những đặc tính vật lý này giúp ZnO ổn định. Nó ổn định trong nhiều điều kiện hoạt động khắc nghiệt. Điều này hỗ trợ việc tích hợp ZnO vào các hệ thống quang điện tử đa dạng.
4.1. Đặc trưng quang phổ và triển vọng laser ZnO
ZnO là vật liệu tối ưu cho các linh kiện quang điện tử. Thiết bị này hoạt động hiệu quả trong vùng phổ tử ngoại. Các chuyển mức phát quang trong ZnO diễn ra với xác suất cao. Hiệu suất lượng tử phát quang của ZnO có thể đạt gần 100%. Điều này mở ra triển vọng lớn. Nó cho phép chế tạo laser ZnO. Các đặc tính quang phổ độc đáo của ZnO là nền tảng. Nghiên cứu tiếp tục khám phá khả năng của vật liệu này.
4.2. Độ bền vật lý và tính chất nhiệt độ cao của ZnO
Vật liệu ZnO có độ bền vững đáng nể. Độ rắn cao cũng là một đặc tính vật lý quan trọng. Nhiệt độ nóng chảy của ZnO rất cao. Những đặc tính này mang lại khả năng ổn định vượt trội. ZnO có thể duy trì hiệu suất trong nhiều môi trường khác nhau. Kể cả trong các điều kiện hoạt động khắc nghiệt. Các tính chất này rất quan trọng. Chúng hỗ trợ việc phát triển linh kiện quang điện tử bền bỉ và đáng tin cậy.
V.Ứng dụng đột phá của Màng ZnO trong công nghệ tương lai
Màng ZnO được dự đoán sẽ thay thế màng ITO truyền thống. Điều này là xu hướng tất yếu trong tương lai. Lý do chính là vật liệu ZnO có giá thành rất rẻ. Ưu điểm kinh tế này giúp giảm chi phí sản xuất đáng kể. Nó tăng khả năng cạnh tranh của các sản phẩm. Màng dẫn điện trong suốt ZnO có nhiều ứng dụng đa dạng. Chúng được sử dụng trong màn hình tinh thể lỏng (LCD). Các cửa sổ điện từ cũng là một lĩnh vực ứng dụng. Thiết bị điện quang uốn được là một tiềm năng lớn. Gương phản xạ nhiệt, cả loại dễ phủ và khó phủ, đều có thể tích hợp màng ZnO. Màng kết tinh trên đế polyme có nhiều ưu điểm. Chúng nhẹ hơn và có thể tích nhỏ hơn. Điều này so với màng kết tinh trên đế thủy tinh. Các đặc tính này mở rộng khả năng cho các thiết bị linh hoạt và di động.
5.1. Tiềm năng thay thế màng ITO và lợi thế kinh tế
Màng ZnO được dự đoán sẽ thay thế màng ITO truyền thống trong tương lai gần. ITO đã được sử dụng rộng rãi nhưng có những hạn chế. Lý do chính cho sự chuyển đổi này là vật liệu ZnO có giá thành rất phải chăng. Ưu điểm về chi phí này giúp giảm đáng kể giá thành sản xuất. Nó làm tăng khả năng cạnh tranh của các thiết bị quang điện tử trên thị trường. ZnO cung cấp một giải pháp hiệu quả về chi phí. Đồng thời, nó duy trì hiệu suất tương đương hoặc vượt trội trong nhiều ứng dụng quan trọng.
5.2. Đa dạng ứng dụng Thiết bị quang điện tử linh hoạt
Màng dẫn điện trong suốt ZnO có rất nhiều ứng dụng. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các màn hình tinh thể lỏng. Các cửa sổ điện từ cũng được hưởng lợi từ loại màng này. Thiết bị điện quang uốn được là một lĩnh vực ứng dụng đầy hứa hẹn. Các gương phản xạ nhiệt, cả loại dễ phủ và khó phủ, cũng có thể tích hợp màng ZnO. Đặc biệt, màng kết tinh trên đế polyme có nhiều ưu điểm. Chúng nhẹ hơn và có thể tích nhỏ hơn so với màng trên đế thủy tinh. Điều này mở rộng khả năng cho việc phát triển các thiết bị điện tử linh hoạt và di động.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (148 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộmë ®Çu Sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c«ng nghÖ th«ng tin ngµy nay ®ßi hái tèc ®é xö lý còng nh- kh¶ n¨ng nhí cña m¸y tÝnh cµng cao. Hai ®iÒu trªn kh«ng thÓ ®¹t ®-îc nÕu chØ dùa vµo c¸c qu¸ tr×nh liªn quan ®Õn chuyÓn ®éng cña ®iÖn tö, bëi v× vi ®iÖn tö hiÖn ®¹i ®· ®¹t ®Õn giíi h¹n lý thuyÕt ë c¶ hai mÆt lµ tèc ®é truyÒn d÷ liÖu vµ kh¶ n¨ng nhí cña m¸y tÝnh [11]. VÊn ®Ò nµy sÏ ®-îc gi¶i quyÕt tèt h¬n, c¶ trong nghiªn cøu khoa häc còng nh- trong thùc tiÔn nÕu sö dông mèi liªn hÖ gi÷a c¸c hiÖn t-îng liªn quan ®Õn chuyÓn ®éng cña ®iÖn tö vµ quang häc trong chÊt b¸n dÉn. §Ó lµm ®-îc ®iÒu ®ã cÇn ph¶i tËp trung nghiªn cøu c¸c hiÖn t-îng quang ®iÖn tö [5, 13], thay v× viÖc nghiªn cøu c¸c hiÖn t-îng ®iÖn tö ®¬n thuÇn.
Sù ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ viÔn th«ng sîi quang ®ãng mét vai trß quan träng trong sù bïng næ cña c«ng nghÖ th«ng tin. Mét -u thÕ lín nhÊt cña nã lµ kh¶ n¨ng cung cÊp b¨ng th«ng réng, cã thÓ truyÒn d÷ liÖu víi tèc ®é hµng tr¨m Gigabit trªn gi©y [5]. Trong c«ng nghÖ c¸p quang sö dông LED galli-asenic vµ laze, photon ®-îc sö dông ®Ó truyÒn t¶i th«ng tin, nh-ng ë phÇn xö lý (thu, ®iÒu biÕn, khuÕch ®¹i, ph©n kªnh, chuyÓn kªnh …) th× chñ yÕu dïng ®iÖn tö. Nh- vËy, cÇn ph¶i cã bé chuyÓn ®æi ®iÖn tö photon (quang ®iÖn tö).
NhiÒu linh kiÖn quang ®iÖn tö nh- laze b¸n dÉn, ®ièt ph¸t quang, cöa sæ quang häc. ®· ®-îc sö dông trong khoa häc, c«ng nghÖ ®iÖn tö, kü thuËt th«ng tin liªn l¹c, kü thuËt m¸y tÝnh, tù ®éng vµ ®iÒu khiÓn quang häc. Quang ®iÖn tö ®· ®¸nh dÊu mét sù ph¸t triÓn míi cña kü thuËt ®iÖn tö. Sù ph¸t triÓn cña kü thuËt vi ®iÖn tö, nhÊt lµ tõ khi sîi quang ®-îc øng dông réng r·i trong c«ng nghÖ th«ng tin, ®· h×nh thµnh c¸c ý t-ëng vÒ kü thuËt quang tÝch hîp.
§ã lµ kü thuËt tÝch hîp trªn mét tÊm m¹ch (chip) c¸c phÇn tö xö lý th«ng tin, chñ yÕu dïng photon. C«ng nghÖ chÕ t¹o c¸c tÊm m¹ch nh- vËy còng gièng nh- kü thuËt vi ®iÖn tö (IC) trong b¸n dÉn, ®-îc thùc hiÖn ®ång thêi theo tõng líp. ViÖc sö dông photon cã -u ®iÓm lín so víi ®iÖn tö lµ tèc ®é truyÒn cao h¬n nhiÒu, song viÖc dïng tr-êng ®iÖn tõ ®Ó ®iÒu khiÓn dßng photon phøc t¹p h¬n ®èi víi dßng ®iÖn tö. Khi phÇn lín c¸c kh©u cña c«ng nghÖ th«ng tin ®Òu sö dông photon, viÖc tÝch hîp gi÷a truyÒn dÉn, xö lý, l-u tr÷ th«ng tin sÏ thùc sù t¹o ra mét b-íc ®ét ph¸ míi trong lÜnh vùc quang tö häc (photonics).
Nh×n mét c¸ch tæng qu¸t, quang tÝch hîp lµ mét kü thuËt rÊt cã triÓn väng. Tuy nhiªn, cho ®Õn nay ch-a xuÊt 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com hiÖn phÇn tö cã vai trß c¬ b¶n cña kü thuËt quang tö gièng nh- c¸c m¹ch IC trong kü thuËt b¸n dÉn. NÒn t¶ng c¬ b¶n cho sù ph¸t triÓn cña quang tö häc lµ c¸c vËt liÖu quang tö. HiÖn nay, vËt liÖu quang tö ®ang ®-îc nghiªn cøu réng r·i t¹i nhiÒu phßng thÝ nghiÖm trªn thÕ giíi.
C¸c vËt liÖu quang ®iÖn tö cã nhiÒu øng dông nh- c¸c mµng b¸n dÉn hai hoÆc ba thµnh phÇn nh- ZnS, ZnO, CdS, CdTe, CuInSe2, CdHgTe … C¸c hîp chÊt b¸n dÉn AIIBVI ®ang thu hót sù quan t©m nghiªn cøu ®Æc biÖt do cã nhiÒu tÝnh chÊt rÊt hÊp dÉn nh- ®é réng vïng cÊm lín ë nhiÖt ®é phßng, cho phÐp më réng giíi h¹n øng dông c¸c linh kiÖn quang ®iÖn tö tõ miÒn nh×n thÊy ®Õn miÒn tö ngo¹i gÇn. C¸c hîp chÊt AIIBVI ®Òu cã chuyÓn møc vïng cÊm th¼ng, ®ång thêi c¸c chuyÓn møc ph¸t quang g©y bëi c¸c t©m s©u cã x¸c suÊt lín, nªn cã thÓ hy väng c¸c chuyÓn dêi ®iÖn tö víi hiÖu suÊt l-îng tö cao [1, 12]. ¤xÝt kÏm (ZnO) lµ hîp chÊt b¸n dÉn thuéc nhãm AIIBVI cã nhiÒu ®Æc tÝnh quÝ b¸u nh- ®é réng vïng cÊm lín (cì 3,3 eV ë nhiÖt ®é phßng), cã ®é bÒn v÷ng, ®é r¾n, nhiÖt ®é nãng ch¶y cao. NhiÒu phßng thÝ nghiÖm trªn thÕ giíi ®ang tËp trung nghiªn cøu vËt liÖu ZnO ë d¹ng mµng máng vµ ®· t×m ®-îc nhiÒu øng dông kh¸c nhau.
ZnO lµ vËt liÖu cho linh kiÖn quang ®iÖn tö ho¹t ®éng trong vïng phæ tö ngo¹i, c¸c chuyÓn møc ph¸t quang x¶y ra víi x¸c suÊt lín. §èi víi ZnO hiÖu suÊt l-îng tö ph¸t quang cã thÓ ®¹t gÇn 100%, më ra triÓn väng trong viÖc chÕ t¹o laze ZnO. Mµng ZnO ®-îc chÕ t¹o th-êng mang tÝnh dÉn ®iÖn lo¹i n do tån t¹i sai háng tù nhiªn vµ còng v× vËy nång ®é h¹t t¶i thÊp vµ tÝnh æn ®Þnh kh«ng cao. §Ó chÕ t¹o c¸c mµng ZnO dÉn ®iÖn trong suèt trong miÒn nh×n thÊy vµ cã tÝnh æn ®Þnh cao, ng-êi ta th-êng pha t¹p chÊt nhãm III nh-: Ga, Al, In [34, 49, 58, 80, 83, 122, 126, 134, 140, 166, 182, 190].
Nång ®é t¹p trong ZnO cã thÓ lªn ®Õn 1020cm-3. Ng-êi ta dù ®o¸n trong t-¬ng lai mµng ZnO sÏ thay thÕ cho mµng ITO truyÒn thèng do vËt liÖu ZnO cã gi¸ thµnh rÊt rÎ [4]. C¸c mµng dÉn trong suèt ZnO pha t¹p Al ng-ng kÕt trªn ®Õ polyme nh- ®· c«ng bè [120, 183, 192] cã ®iÖn trë suÊt trong kho¶ng 4 10-3 5 10-4 cm víi mËt ®é h¹t t¶i trªn 2,6 1020 cm-3 vµ ®é linh ®éng Hall cì 5,78 13,11 cm2V-1s-1, ®é dµy 440 nm víi ®é truyÒn qua trung b×nh trªn 80% cã nhiÒu -u ®iÓm h¬n so víi c¸c mµng ng-ng kÕt trªn ®Õ thñy tinh, ch¼ng h¹n nh- nhÑ h¬n, thÓ tÝch nhá h¬n. C¸c mµng dÉn ®iÖn trong suèt nµy cã thÓ ®-îc sö dông trong c¸c mµn h×nh tinh thÓ láng, c¸c cöa sæ ®iÖn tõ, c¸c thiÕt bÞ ®iÖn quang uèn ®-îc, c¸c g-¬ng ph¶n x¹ nhiÖt dÔ phñ vµ khã phñ.
2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com GÇn ®©y, cã nhiÒu c«ng bè ®· chÕ t¹o ZnO lo¹i p b»ng c¸ch pha t¹p ®ång thêi N vµ Ga [101, 194, 196] hoÆc chÕ t¹o mµng ZnO trong m«i tr-êng khÝ NH3-O2 víi nhiÖt ®é ®Õ cao tõ 400 550 oC ®· më ra kh¶ n¨ng øng dông cô thÓ cho c¸c thiÕt bÞ quang kh¸c nhau. Do cã chuyÓn dêi ®iÖn tö th¼ng vµ n¨ng l-îng liªn kÕt exciton tù do lín (60 meV) nªn ZnO lµ vËt liÖu rÊt høa hÑn cho c¸c lo¹i linh kiÖn quang ®iÖn tö ho¹t ®éng trªn c¬ së exciton ë nhiÖt ®é phßng nh- bé läc sãng ©m [30, 56], mµn h×nh hiÓn thÞ, g-¬ng ph¶n x¹ nhiÖt. C¸c tÝnh to¸n lý thuyÕt còng nh- c¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm ®· cho thÊy, b¸n dÉn trë nªn cã tÝnh chÊt s¾t tõ ë nhiÖt ®é phßng khi pha t¹p nguyªn tè tõ (nh- c¸c kim lo¹i chuyÓn tiÕp 3d: Fe, Co, Ni, Mn …) vµo vËt liÖu b¸n dÉn cã ®é réng vïng cÊm lín nh- ZnO, GaN vµ TiO2. §é hßa tan cña Mn vµ Co trong ZnO lµ lín h¬n so víi ®é hßa tan cña c¸c nguyªn tè kim lo¹i chuyÓn tiÕp 3d kh¸c.
Ngoµi ra, tr¹ng th¸i hãa trÞ cña Co lµ æn ®Þnh vµ b¸n kÝnh cña i«n Co2+ gÇn b»ng b¸n kÝnh cña i«n Zn2+, dÉn ®Õn kh¶ n¨ng cã thÓ dÔ dµng thay thÕ Zn b»ng Co trong b¸n dÉn ZnO [93]. Phæ huúnh quang cña mµng ZnO ë nhiÖt ®é phßng theo nhiÒu t¸c gi¶ [45, 48, 58] th-êng tån t¹i nhiÒu d¶i kh¸c nhau phô thuéc vµo ph-¬ng ph¸p chÕ t¹o vµ ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn mµng. D¶i ph¸t x¹ ë vïng tö ngo¹i gÇn bê hÊp thô cã ®Ønh n»m ë kho¶ng 380 nm th-êng ®-îc gi¶i thÝch lµ do qu¸ tr×nh t¸i hîp exciton [87, 99]. D¶i phæ tõ 390 410 nm lu«n lu«n tån t¹i víi c¸c lo¹i mÉu ZnO cã nguån gèc tõ nhiÒu c¬ chÕ t¸i hîp bøc x¹ gÇn bê hÊp thô.
D¶i ph¸t x¹ ë vïng mµu xanh, ®Ønh phæ huúnh quang trong kho¶ng b-íc sãng 500 510 nm cã ®Æc ®iÓm lµ rÊt réng vµ tï. HiÖn nay, cã rÊt nhiÒu quan ®iÓm kh¸c nhau vÒ nguån gèc cña ®Ønh t¸i hîp nµy [30, 59, 91]. D¶i ph¸t x¹ ë vïng mÇu da cam víi ®Ønh 620 nm, lµ do trong m¹ng tinh thÓ ZnO tån t¹i c¸c nót khuyÕt cña Zn hay c¸c i«n O ë vÞ trÝ ®iÒn kÏ t¹o thµnh cÆp ®ono-axepto [91]. D¶i ph¸t x¹ vïng mÇu ®á cã ®Ønh chÝnh ë 663 nm vµ c¸c lÆp l¹i phonon cña nã.
B¶n chÊt cña d¶i nµy lµ do c¸c t¹p chÊt Fe+3 hoÆc Li+ ë c¸c hãa chÊt ban ®Çu ®-îc sö dông ®Ó chÕ t¹o mÉu [99]. Tuy nhiªn, c¬ chÕ bøc x¹ g©y ra c¸c phæ huúnh quang trong ZnO vÉn cßn nhiÒu vÊn ®Ò cÇn ®-îc nghiªn cøu vµ lµm s¸ng tá. Mµng ZnO pha t¹p Al, Ga vµ In cã ®é ph¶n x¹ hång ngo¹i tèt nªn ®-îc dïng ®Ó phñ lªn c¸c cöa kÝnh trong x©y dùng. Khi pha c¸c t¹p chÊt Pd, Pt mµng ZnO trë nªn cã tÝnh chÊt nh¹y khÝ hy®r« [61,76, 85].
C¸c chuyÓn tiÕp dÞ thÓ ZnO ®-îc dïng 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com lµm c¸c linh kiÖn quang ®iÖn tö chÊt l-îng cao ho¹t ®éng ë vïng tö ngo¹i vµ lµm pin mÆt trêi chÊt l-îng cao. §Æc biÖt, hiÖn nay vËt liÖu ZnO cã cÊu tróc nan« ®ang ®-îc tËp trung nghiªn cøu víi hy väng trong t-¬ng lai nã sÏ cho phÐp chÕ t¹o mét thÕ hÖ míi c¸c linh kiÖn cã nhiÒu tÝnh chÊt -u viÖt so víi c¸c mÉu d¹ng khèi. Do cã nhiÒu ®Æc tÝnh quý b¸u vµ kh¶ n¨ng øng dông rÊt phong phó nªn chóng t«i ®· chän vËt liÖu ZnO lµ ®èi t-îng ®Ó nghiªn cøu trong luËn ¸n nµy. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, mét sè c¬ së nghiªn cøu trong n-íc trong ®ã cã phßng thÝ nghiÖm VËt lý ChÊt r¾n - Khoa VËt lý - tr-êng §¹i häc Khoa häc Tù nhiªn - §HQG Hµ Néi ®· sö dông c¸c ph-¬ng ph¸p kh¸c nhau ®Ó chÕ t¹o vµ nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt vËt lý cña vËt liÖu quang ®iÖn tö ZnO.
NhiÖt ®é nãng ch¶y cña vËt liÖu ZnO rÊt cao (kho¶ng 1973 oC) vµ lµ vËt liÖu th¨ng hoa rÊt dÔ bÞ t¸ch pha, nªn mµng ZnO th-êng ®-îc chÕ t¹o b»ng c¸c ph-¬ng ph¸p nh-: ph-¬ng ph¸p epitaxy b»ng chïm ph©n tö, ph-¬ng ph¸p laze xung, ph-¬ng ph¸p phón x¹ cat«t, ph-¬ng ph¸p phun tÜnh ®iÖn, ph-¬ng ph¸p bèc bay axetat kÏm trong ch©n kh«ng, ph-¬ng ph¸p sol-gel. §Ó nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt quang vµ huúnh quang cña mµng ZnO tinh khiÕt vµ ZnO pha t¹p chÊt, chóng t«i sö dông ph-¬ng ph¸p phæ hÊp thô vµ phæ quang huúnh quang. Trong phÐp ®o phæ quang huúnh quang, nhiÖt ®é mÉu ®-îc thay ®æi tõ nhiÖt ®é 11 K ®Õn nhiÖt ®é phßng. §©y lµ ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu nh¹y ®èi víi nh÷ng vËt liÖu cã nång ®é t©m t¹p thÊp mµ kh«ng cÇn t¹o ®iÖn cùc cho mÉu ®o.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Nghiên cứu chế tạo màng mỏng ZnO ứng dụng quang điện tử (n.d.) [Luận án tiến sĩ]. LuanAn.net. https://luanan.net/vat-ly/vat-ly-chat-ran/luan-an-tien-si-che-tao-mang-mong-zno-ung-dung-quang-dien-tu
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Nghiên cứu chế tạo màng mỏng ZnO ứng dụng quang điện tử" nghiên cứu về vấn đề gì?
Nghiên cứu chế tạo màng mỏng ZnO ứng dụng quang điện tử, tối ưu hiệu suất pin mặt trời và cảm biến ánh sáng.
Luận án "Nghiên cứu chế tạo màng mỏng ZnO ứng dụng quang điện tử" có bao nhiêu trang?
Luận án "Nghiên cứu chế tạo màng mỏng ZnO ứng dụng quang điện tử" có 148 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Nghiên cứu chế tạo màng mỏng ZnO ứng dụng quang điện tử" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.