Nghiên cứu chế tạo màng mỏng Cu2O bằng phương pháp lắng đọng hóa học pha hơi

Trong bài báo này là nghiên cứu kết quả trên màng mỏng Cu2O bằng phương pháp CVD từ Cu (Acac) 2. Nghiên cứu XRD và SEM cho thấy tinh thể Cu2O với cấu trúc khối, nhiệt độ ảnh hưởng đến trạng thái bề mặt của màng mỏng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu chế tạo màng mỏng Cu2O bằng phương pháp lắng đọng hóa học pha hơiTạp chí Hóa học, 55(1): 125-129, 2017DOI: 10.15625/0866-7144.2017-00430Nghiên cứu chế tạo màng mỏng Cu2O bằng phương pháplắng đọng hóa học pha hơiLê Văn HuỳnhTrường Đại học Kinh tế – Kỹ thuật Công nghiệpĐến Tòa soạn 10-5-2016; Chấp nhận đăng 6-02-2017AbstractCu2O thin films are widely used in many fields such as: solar panel, catalysts for chemical reactions, especially inthe field of electronics. Cu2O thin films manufacture by vapor phase deposition methods chemical. This is the methodby which solid material, is deposited from the vapor phase, through the the chemical reaction, near the surface to beheated. Obtained in the form of solids coatings, powder or the the crystal form. The advantage of CVD method is ableto make the thin film with evenly thickness and less porous, even when complicated shapes. In this paper is the researchresults on Cu2O thin films by method CVD from Cu(Acac)2. XRD and SEM research showed that Cu2O crystals withcubic structure, temperature affects the surface states of thin films.Keywords. Cu2O thin film fabrication, chemical vapor deposition.1. MỞ ĐẦULắng đọng hóa học pha hơi (CVD) là mộtphương pháp, theo đó vật liệu rắn được lắng đọng từpha hơi, thông qua các phản ứng hóa học xảy ra, ởgần bề mặt đế được nung nóng. Vật liệu rắn thuđược là dạng lớp phủ, bột hoặc đơn tinh thể. Điểmđặc biệt của công nghệ CVD là có thể chế tạo đượcmàng mỏng với độ dày đồng đều và ít bị xốp, ngaycả khi hình dạng đế phức tạp, có thể lắng đọng chọnlọc và giới hạn trong một khu vực nào đó trên đế cótrang trí hoa văn.Phương pháp CVD được sử dụng để chế tạonhiều loại màng mỏng như: Chế tạo các màng mỏngứng dụng trong công nghệ vi mạch điện tử, màngcách điện, dẫn điện, lớp chống gỉ, chống oxi hóa.Chế tạo sợi quang chịu nhiệt và có độ bền tốt. Sửdụng được với những vật liệu nóng chảy ở nhiệt độcao, dùng để chế tạo pin mặt trời, các vật liệu siêudẫn ở nhiệt độ cao.Màng mỏng Cu2O được ứng dụng trong nhiềulĩnh vực, nhất là trong công nghệ chế tạo pin mặttrời. Để chọn lọc những tính chất nổi trội của từngloại vật liệu, thường người ta phủ Cu2O lên các chấtnền khác nhau [1, 2].Màng mỏng Cu2O không những được ứng dụngtrong pin mặt trời, mà còn có khả năng xúc tác chonhiều phản ứng hóa học khác nhau. MàngCu2O/MgO có khả năng xúc tác cho phản ứng đềhidro hóa cyclohexanol. Trong phản ứng này, hoạttính của Cu2O/MgO tỏ ra hơn hẳn so với xúc tác Cukim loại [3, 6].Màng mỏng Cu2O trên Ta, Ru và SiO2 được chếtạo từ tiền chất ban đầu là axetylacetonat Cu(II) vàđược ứng dụng làm dây dẫn dạng màng có kíchthước nanomet trong các thiết bị điện tử [4].Khả năng thăng hoa của một số phứcaxetylaxetonnat kim loại, trong quá trình phân hủynhiệt, được ứng dụng trong công nghệ chế tạo màngmỏng. Màng mỏng LaNiO3 được chế tạo bằng cáchphủ nhúng trên nền Pt/Ti/SiO2/Si sau đó nung ở700oC, màng có tính dẫn điện như kim loại và điệntrở suất rất thấp, được sử dụng làm vật liệu điện cựcthay thế cho màng mỏng gốm [5].Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu chế tạomàng mỏng Cu2O bằng phương pháp lắng đọng hóahọc pha hơi.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUCác hóa chất được sử dụng để nghiên cứu:Axetylaxeton (Acac) C5H8O2, CuSO4.5H2O củahãng Merck (CHLB Đức) sản xuất, có độ sạch PA.Cân 2,496 g CuSO4.5H2O (M = 249,6066) rồihòa tan vào 10 ml dung dịch H2SO4 10 %, chuyểnvào bình định mức 50 ml, sau đó định mức bằngnước cất đến vạch mức và lắc đều sẽ thu được dungdịch Cu2+ có nồng độ gần đúng 0,2 M.Chuẩn bị dung dịch amoni axetylaxetonat(NH4Acac): Cho dung dịch NH3 25 % vào dungdịch axetylaxeton (Acac) theo tỷ lệ molAcac/NH4OH = 1/0,9, sẽ thu được chất rắn màu125Lê Văn HuỳnhTCHH, 55(1) 2017trắng, tan tốt trong nước theo phương trình sau:NH4OH + Acac NH4Acac + H2OSau một thời gian, NH4Acac ở trạng thái rắnchuyển sang dạng dung dịch trong suốt.Sử dụng phương pháp Xtaix để tổng hợpaxetylaxetonat Cu(II) [7-10].Cho dung dịch amoni axetylaxetonat NH4(Acac)lấy với lượng dư 50 %, vào dung dịch muối Cu(II),khuấy đều, xuất hiện kết tủa có màu xanh lục nhạtcủa axetylaxetonat Cu(II), theo phương trình sau:Cu(II) + 2NH4(Acac) + 2H2OCu(Acac)2.2H2O + 2NH4+Tiếp tục khuấy trộn thêm 60 phút. Phức chất tạothành được tách ra, rồi lọc, rửa bằng nước cất trênphễu lọc thủy tinh xốp. Sản phẩm được làm khô vàbảo quản trong bình hút ẩm. Việc lấy dư 50 %NH4(Acac) là để cân bằng chuyển dịch hoàn toàn vềphía tạo thành sản phẩm. Ổn định pH = 3 4 củadung dịch phản ứng, trong khoảng pH này không thểtạo ra kết tủa hydroxyt của đồng Cu(OH)2 được,nhằm mục đích là để tạo ra sản phẩm tinh khiết.Phương pháp lắng đọng hóa học pha hơi là mộtquá trình ngưng tụ một vật liệu rắn từ pha hơi. Chấtở pha hơi di chuyển qua một buồng nhờ khí mangđến, tiếp xúc với đế được nung nóng ở nhiệt độ nhấtđịnh. Tại đây các chất sẽ phản ứng hay lắng đọng tạothành pha rắn, toàn bộ quá trình được ...