Tổng hợp lớp film bán dẫn mầm tinh thể ZnO trên kính dẫn trong suốt ito với thiết bị tự chế spin – coating

Bài viết này trình bày về thiết bị spin coater được thiết kế, chế tạo và ứng dụng để tổng hợp vật liệu màng mỏng đồng nhất trên chất nền phẳng với chi phí phù hợp, dễ sử dụng, khả năng hoạt động ở 2 pha tốc độ với khoảng tốc độ điều chỉnh là 300 - 4800 rpm, độ ổn định tốc độ cao và phù hợp với chất nền phẳng có nhiều hình dạng khác nhau với kích thước tối đa 10 cm. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp lớp film bán dẫn mầm tinh thể ZnO trên kính dẫn trong suốt ito với thiết bị tự chế spin – coating Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Số44A, 2020 TỔNG HỢP LỚP FILM BÁN DẪN MẦM TINH THỂ ZNO TRÊN KÍNH DẪN TRONG SUỐT ITO VỚI THIẾT BỊ TỰ CHẾ SPIN – COATINGVĂN THANH KHUÊ, HUỲNH NGUYỄN VIỆT ĐỨC, VÕ THÀNH CÔNG, NGUYỄN VĂN TRỌNG Khoa Công nghệ Hoá học, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh vanthanhkhue@iuh.edu.vnAbstract. Thiết bị spin coater được thiết kế, chế tạo và ứng dụng để tổng hợp vật liệu màng mỏngđồng nhất trên chất nền phẳng với chi phí phù hợp, dễ sử dụng, khả năng hoạt động ở 2 pha tốc độ vớikhoảng tốc độ điều chỉnh là 300 - 4800 rpm, độ ổn định tốc độ cao và phù hợp với chất nền phẳng có nhiềuhình dạng khác nhau với kích thước tối đa 10 cm. Thiết bị được phát triển trên nền tảng Arduino và côngnghệ in nhựa 3D . Film bảng mỏng của vật liệu chất bán dẫn mầm tinh thể ZnO phủ trên đế kính dẫn trongsuốt ITO có kích thước 25 mm x 25 mm được tổng hợp bằng thiết bị tự chế spin-coater và phương phápnhiệt. Các phương pháp phân tích hóa lý hiện đại scanning electron microscopy và x-ray diffraction đượcáp dụng để nghiên cứu hình thái học và cấu trúc tinh thể của lớp vật liệu. Lớp mầm tinh thể ZnO, là giaiđoạn quan trọng trước khi phát triển tinh thể với các hình thù khác nhau ứng dụng trong, điện cực quangđiện, thiết bị điện tử quang điện hoá như màn hình cảm ứng, cảm biến, transistor, solar cell.Từ khóa. Vật liệu bán dẫn, Zinc oxide, spin-coating, film bản mỏng, tinh thể. CONSTRUCTING A ZnO NUCLEI CRYSTAL SEMICONDUCTOR LAYER ONTO ITO GLASS WITH A CUSTOM-MADE SPIN-COATING EQUIPMENT Abstract. A custom-made spin coating equipment was designed and fabricated to apply insynthesizing the homogeneous thin films of nuclei materials with low cost and easy to use. The as-fabricated equipment can work at the rate of from 300 to 4800 rpm. The equipment was built onArduino technique and 3D printing technology. On the other hand, thin film of ZnO crystallinenuclei material was synthesized on an ITO glass with diameter 25 mm x 25 mm by using the as-fabricated spin coater and annealing method. Modern physicochemical analytical techniques usedto characterize the thin film material such as X-ray diffraction (XRD), scanning electronmicroscopy (SEM) resulting in the crystal structure and morphology of the film. The nuclei filmof material is crucial stage of growing the material on a planar base.Keywords: semiconducting materials, zinc oxide, spin-coating, thin film, crystal.1 GIỚI THIỆUĐược nghiên cứu và sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ 20 [1], phương pháp spin coating (phủ quay) đã đượcnhiều nhà khoa học trên thế giới sử dụng trong việc chế tạo các vật liệu, thiết bị hoặc linh kiện ở kích thướcnhỏ (Micro-fabrication) [2] từ ngưỡng micromet [3] và có thể thu nhỏ đến kích thước nanomet [4]. SpinCoating bao gồm các ưu điểm như: vật liệu có độ đồng đều và tinh khiết cao, có thể điều khiển tính chấtlớp màng dễ dàng bằng tốc độ quay, thời gian quay, gia tốc và khắc phục nhược điểm của các phương phápkhác: thiết bị sử dụng đơn giản, thao tác dễ dàng, nhanh chóng. Tuy nhiên, spin coating vẫn có nhược điểm:độ chọn lọc vật liệu phủ trên một khu vực nhất định khó thực hiện và phức tạp, không thể phủ màng trênnhững bề mặt nền tinh vi, phức tạp, gồ gề, chỉ có thể sử dụng trong môi trường phòng thí nghiệm nhỏ lẻphục vụ nghiên cứu, phương pháp không có tính tự động hoá cao.198 TỔNG HỢP LỚP FILM BÁN DẪN MẦM TINH THỂ ZNO TRÊN KÍNH DẪN TRONG SUỐT ITO VỚI THIẾT BỊ TỰ CHẾ SPIN – COATING Spin coating là phương pháp sử dụng lực ly tâm của đĩa đặt vật thể khi quay ở tốc độ cao (300~10.000rpm) để phủ đều dung dịch có độ nhớt xác định trên bề mặt vật thể cần phủ, được gọi là chất nền, như kínhpolymer, kính thủy tinh dẫn điện trong suốt - ITO/FTO (indium tin oxide/fluorine doped tin oxide), tấmsilicon,... với độ dày mong muốn, kết hợp với quá trình bay hơi dung môi để hình thành film vật liệu bảnmỏng. Nguyên nhân là do trong quá trình phủ quay, sự tương tác giữa lực bám giữa bề mặt chung của dungdịch/chất nền và lực ly tâm tác động lên dung dịch, làm dung dịch có xu hướng tỏa tròn tạo thành một lớpphủ có độ dày nhỏ và đồng đều [5]. Quy trình phủ quay được thực hiện như sau: (1) Đầu tiên, dung dịchđược rót một lượng dư trên bề mặt chất nền cần phủ, đĩa quay ở trạng thái đứng yên hoặc quay với vận tốcgóc chậm, (2) đĩa quay được tăng tốc dần đến tốc độ mong muốn và duy trì trong khoảng thời gian nhấtđịnh. [6] Tuy quy trình thực hiện phương pháp đơn giản, đã có nhiều bài báo lý thuyết và thực nghiệm được thựchiện nhằm giải thích sự phục thuộc các tính chất điện, quang, hình thái học của vật liệu vào các thông sốquy trình spin coating [7, 8]. Vì vậy, việc kiểm soát chính xác tốc độ ...