Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại P được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron

Bài viết nghiên cứu tính chất quang điện, cấu trúc tinh thể của màng SnO2 pha tạp antimony (Sb) được lắng đọng trên đế thạch anh bằng phương pháp phún xạ magnetron DC từ bia gốm hỗn hợp SnO2 và Sb2O3.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2:Sb (ATO) loại P được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetronTAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ T1 - 2015Tối ưu hóa tính chất quang điện màngdẫn điện trong suốt SnO2:Sb (ATO)loại p được chế tạo bằng phương phápphún xạ magnetron Đặng Hữu Phúc Nguyễn Văn Duẫn Nguyễn Sĩ Hoài Vũ Lê Trấn Lê Văn HiếuTrường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM( Bài nhận ngày 02 tháng 12 năm 2014, nhận đăng ngày 22 tháng 06 năm 2015)TÓM TẮTMàng SnO2 pha tạp Sb (ATO) được chếtạo từ bia gốm hỗn hợp (SnO2+ Sb2O3) bằngphương pháp phún xạ magnetron dòng một-3chiều (DC) trong khí nền Ar ở áp suất 2,10torr. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD), hiệu ứng Hallvà phổ truyền qua UV-VIS được sử dụng đểkhảo sát đặc trưng của màng. Nhiệt độ đếcủa màng được khảo sát theo hai cách, cáchthứ nhất màng được ủ trong khí Ar sau khiđược lắng đọng ở nhiệt độ phòng, cách thứhai màng được lắng đọng trực tiếp theo nhiệtđộ đế. Kết quả cho thấy, màng ATO đượctạo theo cách thứ nhất dễ dàng cho loại phơn. Màng có tính chất điện loại p, có cấutrúc đa tinh thể bốn phương (tetragonal – tứgiác) rutile của màng SnO2 tinh khiết, và cóđộ truyền qua trong vùng khả kiến trên 80 %0ở nhiệt độ ủ tối ưu 500 C. Tính chất điệncủa màng tốt nhất với điện trở suất, nồng độlỗ trống và độ linh động tương ứng là19-32 1 -10,55 .cm, 1,2.10 cm và 0,54 cm V s vàphần trăm Sb2O3 tối ưu trong bia là 10 % wt.Từ khóa: Bán dẫn loại p, phún xạ, antimony.GIỚI THIỆUTrong những năm đầu của thế kỷ 21, các loạimàng dẫn điện trong suốt(TCO) loại n nhưITO[26], ZnO pha tạp kim loại nhóm III[12],SnO2 pha tạp kim loại nhóm V[24] hoặcFlo(F)[25]đã phát triển đến đỉnh cao và đạt đếnmức bão hòa với điện trở suất cỡ10-4 Ω.cm, nồngđộ hạt tải âm cỡ 1021 cm-3, độ truyền qua trongvùng ánh sáng khả kiến trên 80 %. Kết quả đạtđược này đã được ứng dụng vào thực tiễn nhưđiện cực trong suốt cho pin mặt trời, các loạiLED, cửa sổ điện sắc, màn hình hiển thị phẳng[2, 5]… Chính vì sự bão hòa của TCO loại ncũng như công nghệ bán dẫn cần được phát triểnrộng hơn trong tương lai, TCO loại p được cácnhà khoa học tập trung nghiên cứu trong nhữngnăm gần đây, với hy vọng kết hợp được cả hailoại TCO nhằm tạo ra các thiết bị quang điện đadạng hơn.TCO loại p được quan tâm nghiên cứu trướcnhất là vật liệu có cấu trúc delafositte AMO2hoặc AMO2 pha tạp kim loại, nhưng những kếtquả nghiên cứu về loại vật liệu chỉ đáp ứng đượctính chất điện của TCO, chẳng hạn CuY1-xCaxO2Trang 23Science & Technology Development, Vol 18, No.T1- 2015[7],CuScO2 [8], CuCrO2 [10], CuCr1-xMgxO2 [9,10] đạt được điện trở suất nhỏ hơn 1 .cm nhưngđộ truyền qua trong vùng khả kiến dưới 50 %,riêng CuAlO2 [19] có điện trở suất khoảng 1.cm nhưng độ truyền qua cũng chỉ dưới 70 %trong vùng khả kiến. Do những hạn chế của vậtliệu delafositte, ZnO pha tạp N hoặc đồng pha tạpkim loại nhóm III và N đã được quan tâm nghiêncứu, nhưng kết quả không như mong muốn vìtính chất điện kém bền do tạp acceptor giảm dầntheo thời gian [6, 13, 16, 20]. Một loại vật liệutriển vọng có khả năng đáp ứng được tính chấtđiện và quang của TCO loại p chính là SnO2 bởivì chúng có độ rộng vùng cấm lớn khoảng3,6 eV, độ bền cơ, nhiệt và hóa cao. Hơn nữaSnO2 pha tạp các kim loại nhóm III dễ hình thànhloại p do Sn có hóa trị IV.Những năm gần đây, màng SnO2 loại p phatạp các kim loại nhóm III bước đầu được một sốtác giả nghiên cứu như SnO2 pha tạp Al của BonHeun Koo [21], SnO2 pha tạp Ga của Hee YoungLee [22] và Zhenguo Ji [14], SnO2 pha tạp In củatác giả Zhenguo Ji [11], hay SnO2 pha tạp Sb củaJ. Ni, X. Zhao [15]. Ngoài ra SnO2 còn được phatạp kim loại nhóm II như Zn của Jia Miao Ni[23], và đồng pha tạp 2 kim loại In và Ga vớimục đích tăng độ linh động của Zhenguo Ji [17].Đại đa số các công trình sử dụng phương phápchế tạo là phún xạ RF [23], chỉ một vài côngtrình sử dụng các phương pháp sol-gel [11], sraypyrolysis [17]...Trong các công trình sử dụng phương phápRF đã nêu trên, các thông số chế tạo màng nhưcông suất phún xạ, áp suất phún xạ, đặc biệt nhiệtđộ ủ màng đã được khảo sát nhưng nhiệt độ ủmàng, thời gian ủ màng và đặc biệt nhiệt độ áptrực tiếp trên đế trong quá trình lắng đọng rấtkhác nhau ở các công trình khác nhau. Vấn đềnày chưa thấy công trình nào giải thích một cáchrõ ràng, hơn nữa phương pháp phún xạTrang 24magnetron DC chưa được công trình nào nghiêncứu. Vì vậy, trong công trình này chúng tôinghiên cứu tính chất quang điện, cấu trúc tinh thểcủa màng SnO2 pha tạp antimony (Sb) được lắngđọng trên đế thạch anh bằng phương pháp phúnxạ magnetron DC từ bia gốm hỗn hợp SnO2 vàSb2O3. Các thông số cần được khảo sát như nhiệtđộ đế trực tiếp trong quá trình chế tạo, nhiệt độ ủmàng và phần trăm pha tạp Sb2O3 trong bia.THỰC NGHIỆMMàng SnO2:Sb (ATO) được chế tạo bằngphương pháp phún xạ magnetron dc từ bia gốmhỗn hợp (SnO2 và Sb2O3), với phần trăm khốilượng (% wt) Sb2O3 ...