Luận văn tốt nghiệp Đại học Màng mỏng ZnO Phần 2

Ánh sáng từ nguồn được hội tụ và đi vào máy đơn sắc, bị tán sắc bởi cách tử vàhội tụ trên khe ra. Ánh sáng đơn sắc này chia làm hai tia: Một tia đi tới mẫu để đo vàmột tia còn lại thì đi đến mẫu tham chiếu như là một mẫu chuẩn. Ánh sáng truyền quamẫu và mẫu tham chiếu được đo bằng đầu dò Silicon photodiode và chuyển đổi từ tínhiệu quang sang tín hiệu điện Q/E.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn tốt nghiệp Đại học " Màng mỏng ZnO " Phần 2Luận văn tốt nghiệp Đại học 1Hình 17: Mô tả dụng cụ đo hệ số truyền qua của màng mỏng quang học.Trong đó: 1 – gương cầu; 2 – nguồn sáng; 3 – ống kính; 4 – chắn sáng quay M – đế chưa tráng phủ màng; CT – đ ế tráng phủ m àng QP – hệ tách chùm đơn sắc; Q/E – hệ chuyển đổi tín hiệu quang sang tín hiệu điện ; CT – bộ chỉ thị các giá trị CT và  M . Ánh sáng từ n guồn được hội tụ và đi vào máy đơn sắc, bị tán sắc bởi cách tử vàhội tụ trên khe ra. Ánh sáng đơn sắc này chia làm hai tia: Một tia đi tới mẫu đ ể đo vàmột tia còn lại thì đi đến mẫu tham chiếu như là một mẫu chuẩn. Ánh sáng truyền quamẫu và mẫu tham chiếu được đo bằng đầu dò Silicon photodiode và chuyển đổi từ tínhiệu quang sang tín hiệu điện Q/E. Hệ số truyền qua Tλ được tính theo công thức sau: (1.15) CT : quang năng chùm qua đ ế tráng phủ m àngTrong đó:  M : quang năng chùm qua đ ế chưa tráng phủ m àng.Màng ZnO có độ truyền qua khá lớn nên có thể xác định khá chính xác các thông sốquang như chiết suất n, độ dày d, hệ số tắt k,độ rộng vùng cấm… của màng mỏngthông qua các phổ truyền qua của chúng. SVTH: Trần Văn Th ảoLuận văn tốt nghiệp Đại học 2Hình 18:Đường đi của ánh sáng qua màng. ZnO là bán dẫn có độ rộng vùng cấm tương đối lớn (3,3 - 4 eV) và có độ truyềnqua cao (>80%) trong vùng ánh sáng khả kiến (0,4 < λ< 0,8 µm). Độ truyền qua giảmmạnh khi λ< 0,4 µm do sự hấp thụ riêng củ a bán dẫn.1.8. Cấu trúc ZnO 1 .8.1.Cấu trúc tinh thể của ZnO. Hầu hết các hợp ch ất bán dẫn hai cấu tử II-VI kết tinh ở dạng lập phương zinc-blende (B3) hoặc sáu phương wurtzite (B4) với mỗ i anion được bao quanh b ởi 4cation tại các đỉnh của tứ diện và ngược lại. Ở nhiệt độ phòng, wurtzite là dạng ổnđịnh nhiệt động, trong khi đó dạng zinc-blende ch ỉ có được khi kết tinh trên đế có cấutrúc lập phương, và dạng rocksalt (NaCl-B1) chỉ tồn tại ở áp suất cao. ZnO wurtzitedạng sáu phương có cấu trúc xếp chặt như sau: SVTH: Trần Văn Th ảoLuận văn tốt nghiệp Đại học 3Hình 19 Tron g cấu trúc wurtzite, các ion O2- và Zn 2+ thay phiên xếp chồng lên nhautheo mạng lục giác xếp chặt, trong đó mỗi anion được bao quanh bởi 4 cation vàngược lại. Các ion Zn2+ chiếm phân n ửa số vị trí tứ d iện trong mạng này. Số phối trí 4này đ ặc trưng cho liên kết cộng hoá trị sp3, tuy nhiên ZnO có bản chất liên kết chínhlà liên kết ion (62%) [17,19]. Hằng số m ạng a = 3,246 A0 và t ỷ lệ trục c/a=1,602. Cácnút khuyết ôxy trong mạng là nguyên nhân làm cho ZnO mang tính bán dẫn loại n. Độ dẫn điện của màng ZnO nhiều khi không đủ cao để đáp ứng trong một sốthiết b ị. Để tăng thêm tính dẫn điện của màng ZnO ta ph ải tìm cách pha tạp. Chất phatạp thường là các nguyên tố nhóm III trong bảng hệ thống tuần hoàn như Al, Ga…Việc lựa chọn ch ất pha tạp phụ thuộc vào phương pháp tạo màng, điều kiện tạo màngvà mụ c đích sử dụng. Khi pha tạp nhôm (Al) vào m ạng ZnO, nồng độ hạt tải electrontăng lên và vật liệu d ẫn điện tốt hơn. Trong các thiết b ị sử dụng vật liệu ZnO, cấu trúc tinh thể màng là một đặc tínhquan trọng. Ví d ụ, màng ZnO cần ph ải định hướng chủ yếu theo trục c vuông góc vớibề mặt đế trong các bộ chuyển đổ i sóng dọc (longitudinal bulk wave transducers) vàbộ lọc sóng âm bề mặt (SAW filters). Sự định hướng tinh thể theo một phương mongmuốn phụ thuộc vào điều kiện ch ế tạo và bản chất củ a vật liệu làm đ ế. Với những điềukiện chế tạo thích hợp, màng ZnO thường có định hướng theo trụ c c ngay cả khi màngđược tráng phủ trên đ ế thu ỷ tinh. Điều đó được lí giải vì sắp xếp theo phương này tạocho màng có độ xít chặt cao nhất.Theo Ohyama, nhiệt độ sôi củ a dung môi ảnh hưởnglớn đến định hướng tinh th ể m àng. Dung môi có nhiệt độ sôi cao (2-methoxyethanol)cho phép sự hồi phục cấu trúc trước khi hình thành màng, do đ ó màng có th ể địnhhướng tinh thể tố t chủ yếu theo trục c. SVTH: Trần Văn Th ảoLuận văn tốt nghiệp Đại học 4 1 .8.2. Sự tạo sai hỏng trong tinh thể chất bán dẫn ZnO. Trong ph ần trên ta đã xét cấu trúc m ạng tinh thể ZnO lý tưởng, tức là m ạngtrong đó toàn bộ các phần tử cấu tạo nên vật rắn nằm ở các vị trí nút mạng đều tuântheo qui lu ật đối xứng, tuần hoàn trong không gian tinh th ể. Tuy nhiên trong tinh th ểthực luôn tồn tại các sai hỏng trong cấu trúc. 1 .8.3. Sai hỏ ng điểm trong cấu trúc. Trong tinh thể ZnO thự c luôn có những nguyên tử (hoặc ion) có khả năng b ậtra khỏ i vị trí cân bằng (vị trí nút m ạng) và đi vào vị trí xen kẽ giữ a các nút m ạng, hoặcdời khỏ i mạng tinh thể, để lại một vị trí trống (nút khuyết) ở nút m ạng cân b ằng cũ.Có 2 dạng sai hỏng điểm (point defects): -Sai hỏng Frenkel: nguyên tử dời khỏ i nút mạng và xen lẫn giữa mạng, để lạinút khuyết tại vị trí nút m ạng (không có nguyên tử). -Sai hỏng Schottky: nguyên tử dời khỏi m ạng tinh th ể, đ ể lại nút khuyết ở nútmạng.Hình 20: Mô tả sai hỏng trong cấu trúc tinh thể. Khi T> 0K, xét về m ặt năng lư ợng, trong các tinh th ể thực luôn tồn tại sai hỏngđiểm, điều này có th ể chứng minh như sau. Gọi số nút khuyết trong m ạng tinh thể là n,trạng thái bền vững nhiệt động củ a hệ cân b ằng với n nút khuyết tương đương với cự ctiểu năng lượng Gibbs : (1.16)Nếu gọi Es là n ...