Chế tạo và khảo sát một số tính chất đặc trưng của màng mỏng TiO2

Bài viết tổng hợp màng TiO2 bằng phương pháp phún xạ Magnetron DC trên các loại đế thủy tinh, Silic, ITO. Khảo sát một số tính chất đặc trưng của màng nhằm đưa ra điều kiện tốt nhất để chế tạo lớp đệm định hướng cho sự phát triển của thanh nano TiO2 bằng phương pháp thủy nhiệt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chế tạo và khảo sát một số tính chất đặc trưng của màng mỏng TiO2TAÏP CHÍ ÑAÏI HOÏC SAØI GOØN Soá 8 - Thaùng 2/2012 CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA MÀNG MỎNG TiO2 PHẠM VĂN VIỆT() CAO MINH THÌ() LÊ VĂN HIẾU()TÓM TẮT Trong bài báo này, chúng tôi tổng hợp màng TiO2 bằng phương pháp phún xạMagnetron DC trên các loại đế thuỷ tinh, Silic, ITO. Khảo sát một số tính chất đặc trưngcủa màng nhằm đưa ra điều kiện tốt nhất để chế tạo lớp đệm định hướng cho sự phát triểncủa thanh nano TiO2 bằng phương pháp thuỷ nhiệt. Dùng phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổRaman khảo sát đặc trưng cấu trúc của màng, tính chất quang của màng được khảo sátbằng phương pháp đo truyền qua UV – Vis, hấp thụ. Kết quả đã tạo được màng TiO2 cócấu trúc đa tinh thể với kích thước hạt cỡ 70 nm ở nhiệt độ phòng. Điều khiển được sựhình thành các pha tinh thể của TiO2 bằng cách ủ nhiệt. Ở nhiệt độ trên 7000C, có sựchuyển pha của màng từ anatase sang rutile. Độ truyền qua của màng TiO2 trên các loạiđế thuỷ tinh, ITO trong vùng ánh sáng khả kiến cao khoảng 85%. Từ khoá: TiO2, anatase, rutile, pin mặt trời, phún xạ…ABSTRACT In this article, we synthesized TiO2 thin films by sputtering magnetron DC on glass,silicon and ITO substrates. We also studied some characteristics of the films to provide thebest conditions to create ballast orientations for the development of TiO2 nanorods byhydrothermal method. The typical structure of films was tested by X-ray diffraction andRaman spectroscopy; the optical characteristics of thin films was determined by UV – Visspectroscopy and the absorption of films. The results showed that TiO2 thin films receivedwere of polycrystalline structure with average crystalline size of 70nm at roomtemperature. We controlled the formation of crystalline phase of TiO2 thin films bythermal annealing. At temperatures above 7000C, the transition phase changes fromanatase phase to rutile phase. The transmittance films on glass, ITO substrates were about85% in visible light. Key words: TiO2, anatase, rutile, solar cells, sputtering…() ThS, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên TP. Hồ Chí Minh() PGS.TS, Trường Trường ĐH Kĩ thuật công nghệ TP. Hồ Chí Minh (HUTECH); Hội Vật lí TP. Hồ ChíMinh() PGS.TS, Trường ĐH Khoa học Tự nhiên TP. Hồ Chí MinhCHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA MÀNG MỎNG TiO21. GIỚI THIỆU hướng cho sự phát triển của thanh nano Vật liệu cấu trúc một chiều (1D) đang TiO2 trong các khảo sát sau này[10].được các nhà khoa học đặc biệt quan tâm 2. THÍ NGHIỆMvà nghiên cứu. Các cấu trúc phổ biến của Chúng tôi tiến hành chế tạo màngcấu trúc một chiều bao gồm: dây nano mỏng TiO2 bằng phương pháp phún xạ(nanowires), thanh nano (nanorod), ống Magnetron DC từ hệ chân không tại phòngnano (nanotube)… [1-9]. Các cấu trúc này thí nghiệm Tổng hợp Vật liệu màng mỏngcó rất nhiều ứng dụng thú vị trong một số – Khoa Khoa học Vật liệu – Trường ĐHlĩnh vực như: thiết bị quang điện, pin mặt Khoa học Tự nhiên TP. Hồ Chí Minh.trời [3-5], dò khí, cảm biến chất hữu cơ [6- Màng mỏng TiO2 được phủ trên đế Si, thuỷ8], quang xúc tác [9]. Bên cạnh việc chế tinh ở điều kiện chế tạo là giữ nguyên cáctạo được các cấu trúc này, thì việc tăng tính thông số: áp suất phún xạ 11.1 mtorr, thờiđịnh hướng cho cấu trúc một chiều, đặc gian phún xạ là 60 phút, dòng phún xạ 0.3biệt là thanh nano, trở thành một vấn đề rất A; thay đổi các khoảng cách bia đế lần lượtquan trọng. Để định hướng cho thanh nano là 4, 5, 6, và 7 cm. Bên cạnh đó, chúng tôitrực giao với đế, bám dính chặt chẽ với đế tiến hành thay đổi các nhiệt độ ủ từ 300cần phải có hai điều kiện. Đó là, thứ nhất: đến 700oC để nghiên cứu sự chuyển phaphủ một lớp mầm trên bề mặt đế và thứ hai của vật liệu này; chúng tôi tiến hành khảolà lớp đệm đó phải ưu tiên phát triển theo sát cấu trúc bằng phổ nhiễu xạ tia X, phổmột mặt mạng nhất định. Chính vì vậy, Raman, quan sát hình thái cấu trúc bề mặtchúng tôi tiến hành chế tạo màng mỏng bằng cách chụp ảnh FESEM, khảo sát phổTiO2 đồng thời khảo sát các tính chất đặc truyền qua, phổ hấp thụ của các màng bằngtrưng của màng, lựa chọn ra điều kiện tối chụp phổ UV-VIS.ưu trong việc chế tạo lớp mầm giúp định3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Tổng hợp màng TiO2 trên đế Si 3.1.1. Tốc độ lắng đọng màng TiO2 ở các khoảng cách bia – đế khác nhau Hình 1: Sự phụ thuộc giữa tốc độ lắng đọng TiO2 theo khoảng cách bia – đếCHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG CỦA MÀNG MỎNG TiO2 Qua hình 1, chúng tôi nhận thấy tốc độ bia – đế tăng thì năng lượng đập vào nhỏ, vìlắng đọng giảm khi khoảng cách bia – đế vậy tốc độ lắng đọng giảm [11].tăng lên. Sự biến đổi này liên quan đến sự va 3.1.2. Khảo sát cấu trúc tinh thể củachạm giữa các nguyên tử bia với khí phản màng TiO2ứng (oxi) trong buồng chân không. Các 3.1.2.1. Khoảng cách bia – đế khácnguyên tử Titan được bắn phá bởi các ion nhaukhí hiếm (trơ về mặt hoá học) bứt ra khỏi bề Tiến hành đo phổ Raman bằng hệmặt bia, sau đó tham gia phản ứng với oxi Horiba Jobin Yvon tại phòng thí nghiệmtạo thành các phân tử TiO2 hình thành trên công nghệ nano thuộc Đại học Quốc giađế tạo màng. Các phân tử TiO2 đập vào đế Tp.Hồ Chí Minh. Kết quả được biểu diễnvới năng lượng cần thiết, khi khoảng cách trên hình 2. Hình 2: Phổ Raman của TiO2 trên đế Silic tại nhiệt ...