ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ PFIEV LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGHIÊN CỨU MỐI NỐI DỊ THỂ P-N TRÊN NỀN VẬT LIỆU ZnO GVHD: PGS.TS. ĐẶNG MẬU CHIẾN SVTH: NGUYỄN ĐÌNH CHƯƠNG MSSV: V0600223 Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 5/2012 i TÓM TẮT LUẬN VĂN LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin cảm ơn ba mẹ đã nuôi dưỡng và tạo điều kiện cho con theo đuổi con đường học vấn. Em chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô đã dạy dỗ em trong suốt quãng đường đi học với những kiến thức bổ ích cùng những lời khuyên, những kinh nghiệm quý báu. Em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Quý Đạo, người đã giúp nhiều sinh viên có được cơ hội học tập và làm việc tại một trong các trường danh tiếng nhất nước Pháp. Em chân thành cảm ơn PGS.TS Đặng Mậu Chiến đã hướng dẫn em thực hiện luận văn này. Em chân thành cảm ơn thầy Lưu Tuấn Anh, khoa Công Nghệ Vật Liệu, trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, chủ nhiệm lớp Vật Liệu Tiên Tiến vì đã theo sát lớp trong tất cả các năm học. Xin được gửi lời cảm ơn đến các ông Guy Feuillet, Ivan-Christophe Robin, David Vaufrey, Jean Arroyo, Gilbert Gaude, Jean-Louis Santailler, anh Raúl Salazar, anh Walf Chikhaoui, bà Joëlle Bonaimé và các đồng nghiệp khác tại Trung Tâm Nghiên Cứu CEA Grenoble đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong quá trình thực tập và thực hiện luận văn tại trung tâm. Xin cảm ơn các bạn học lớp Vật Liệu Tiên Tiến, thuộc Chương Trình Đào Tạo Kỹ Sư PFIEV, đặc biệt là bạn Trần Khắc Biên Cương và bạn Nguyễn Khắc Hồng đã ủng hộ và giúp đỡ trong quá trình học cùng lớp cũng như trong thời gian làm luận văn. Cuối cùng, xin cảm ơn tất cả những người thân, bạn bè khác đã luôn quan tâm, chia sẻ và ủng hộ mình trong suốt thời gian đi học cũng như thời kỳ mình thực hiện luận văn. Nguyễn Đình Chương ii TÓM TẮT LUẬN VĂN TÓM TẮT LUẬN VĂN Đèn LED đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn trong đời sống hàng ngày nhờ khả năng phát ra ánh sáng theo màu như ý muốn, mức tiêu thụ năng lượng thấp, có thể đạt kích thước nhỏ, không chứa những chất độc hại có khả năng gây nguy hiểm đến sức khỏe của con người. Tuy nhiên, đèn LED vẫn còn một số hạn chế cần khắc phục để có thể đạt được hiệu quả quang học của các loại đèn thông dụng hiện nay. Đèn LED làm từ các sợi nano ZnO là hướng nghiên cứu mới trên thế giới hiện nay nhằm thay thế các đèn LED từ GaN nhờ: − Hiệu quả cao mà cấu trúc đèn LED bằng sợi nano mang lại so với các cấu trúc theo từng lớp thông dụng. − Các tính chất quang và điện tốt hơn của ZnO. Vấn đề hiện đang ngăn cản sự sử dụng các đèn LED từ sợi nano này đến từ bản thân vật liệu ZnO, do đó các nghiên cứu trên những cấu trúc ZnO với các loại vật liệu khác là một nhánh rẽ từ hướng nghiên cứu chính này. Luận văn sẽ đi theo nhánh rẽ đó với hai loại vật liệu: một polymer dẫn điện (PEDOT:PSS) và một hợp chất của đồng (CuSCN). Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu và thực hiện các cấu trúc sợi nano ZnO được phủ bởi hai loại chất này, sau đó thực hiện các phép đo tính chất điện hoặc điện phát quang. Mặc dù đã hoàn thành bước đo các tính chất điện của các cấu trúc 2D và thực hiện được các cấu trúc trên sợi nano, bước đo các tính chất trên những cấu trúc sợi nano vẫn chưa được hoàn tất vào thời điểm thực hiện luận văn này. Từ các kết quả đã đạt được, các hướng phát triển cho các cấu trúc này sẽ được đề ra vào cuối luận văn. iii Mục lục LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii Chương 1: Tổng quan 1 Chương 2: ZnO – vật liệu và tính chất 3 2.1. Giới thiệu 3 2.2. Tính chất 4 2.2.1. Cấu trúc tinh thể 4 2.2.2. Cấu trúc điện tử 7 2.2.3. Các tính chất khác 8 2.3. Tổng quan về các khuyết tật bên trong tinh thể ZnO 9 2.4. Vấn đề bất đối xứng trong việc pha tạp ZnO 10 2.5. Các hướng khắc phục trở ngại 11 Chương 3: PEDOT 12 3.1. Các polymer dẫn điện 12 3.2. PEDOT:PSS 16 3.3. Mối nối ZnO – PEDOT:PSS trong các báo cáo khoa học 18 3.4. Thí nghiệm chế tạo mối nối PEDOT:PSS – ZnO 20 3.4.1. Các thí nghiệm trên thủy tinh 21 3.4.2. Các thí nghiệm trên mẫu ZnO phẳng 23 3.4.3. Các thí nghiệm trên sợi nano ZnO 28 3.5. Mô phỏng mối nối bằng phần mềm Silvaco 38 3.6. Kết luận về các thí nghiệm PEDOT:PSS 43 Chương 4: CuSCN 44 4.1. Tính chất của CuSCN 44 4.1.1. Cấu trúc tinh thể của CuSCN 44 4.1.2. Cấu trúc miền năng lượng và các khuyết tật 45 4.2. Các kết quả đã được báo cáo 47 4.3. Các thí nghiệm chế tạo mối nối ZnO – CuSCN 51 4.3.1. Thí nghiệm trên các mẫu ZnO trên đế sapphire 51 4.3.2. Thí nghiệm trên các mẫu ZnO 52 4.3.3. Thí nghiệm trên các mẫu sợi nano ZnO 55 4.4. Mô phỏng mối nối bằng phần mềm Silvaco 56 4.5. Kết luận về các thí nghiệm với CuSCN 60 Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 61 Phụ lục A: Các cấu trúc tinh thể của ZnO 63 Phụ lục B: Vấn đề bất đối xứng trong việc pha tạp ZnO 67 A.1. Các khuyết tật nội tại của ZnO và trở ngại trong việc pha tạp loại p 67 A.1. Các khuyết tật điểm nội tại của ZnO 67 A.1. Các khuyết tật điểm nội tại của ZnO 67 A.2. Mật độ các khuyết tật và năng lượng hình thành của chúng 68 A.2. Mật độ các khuyết tật và năng lượng hình thành của chúng 68 A.3. Các mức chuyển tiếp của khuyết tật 69 A.3. Các mức chuyển tiếp của khuyết tật 69 A.4. Các rào cản chuyển dịch và năng lượng kích hoạt khuếch tán 70 A.4. Các rào cản chuyển dịch và năng lượng kích hoạt khuếch tán 70 A.5. Lỗ trống O (VO) 70 A.5. Lỗ trống O (VO) 70 iv A.6. Lỗ trống Zn (Vzn) 72 A.6. Lỗ trống Zn (Vzn) 72 A.7. Nguyên tử Zn ở vị trí xen kẽ (ZnI) 73 A.7. Nguyên tử Zn ở vị trí xen kẽ (ZnI) 73 A.8. Nguyên tử Zn ở vị trí của nguyên tử O, nguyên tử O ở vị trí xen kẽ và ở vị trí của nguyên tử Zn 74 A.8. Nguyên tử Zn ở vị trí của nguyên tử O, nguyên tử O ở vị trí xen kẽ và ở vị trí của nguyên tử Zn 74 A.9. Tóm tắt về các khuyết tật tự nhiên trong ZnO 76 A.9. Tóm tắt về các khuyết tật tự nhiên trong ZnO 76 A.2. Các tạp chất lẫn vào ZnO 76 A.10. Hydrogen 77 A.10. Hydrogen 77 A.11. Nguyên tử của các nguyên tố thuộc nhóm III (Al, Ga, In) tại vị trí của nguyên tử Zn 78 A.11. Nguyên tử của các nguyên tố thuộc nhóm III (Al, Ga, In) tại vị trí của nguyên tử Zn78 A.12. Nguyên tử của các nguyên tố thuộc nhóm VII (F, Cl, Br) tại vị trí của nguyên tử O79 A.12. Nguyên tử của các nguyên tố thuộc nhóm VII (F, Cl, Br) tại vị trí của nguyên tử O 79 A.3. Các kết quả pha tạp đạt được cho đến nay 79 A.13. Thay thế các nguyên tử Zn bằng các nguyên tử của nguyên tố thuộc nhóm IA 79 A.13. Thay thế các nguyên tử Zn bằng các nguyên tử của nguyên tố thuộc nhóm IA 79 A.14. Thay thế các nguyên tử Zn bằng các nguyên tử của nguyên tố thuộc nhóm IB 79 A.14. Thay thế các nguyên tử Zn bằng các nguyên tử của nguyên tố thuộc nhóm IB 79 A.15. Thay thế các nguyên tử O bằng các nguyên tử của nguyên tố thuộc nhóm VA 79 A.15. Thay thế các nguyên tử O bằng các nguyên tử của nguyên tố thuộc nhóm VA 79 A.4. Các hướng khắc phục trở ngại 80 A.16. Tăng độ hòa tan của các chất pha tạp 81 A.16. Tăng độ hòa tan của các chất pha tạp 81 A.17. Tạo ra các mức nhận điện tử ít sâu hơn trong ZnO 84 A.17. Tạo ra các mức nhận điện tử ít sâu hơn trong ZnO 84 A.18. Thay đổi cấu trúc vùng cấm để giảm năng lượng ion hóa và sự bù trừ 85 A.18. Thay đổi cấu trúc vùng cấm để giảm năng lượng ion hóa và sự bù trừ 85 A.19. Tạo các mối nối dị thể với các vật liệu loại p khác ngoài ZnO 85 A.19. Tạo các mối nối dị thể với các vật liệu loại p khác ngoài ZnO 85 A.5. Điều chỉnh độ rộng vùng cấm bằng các hợp chất ZnMgO và ZnCdO 85 A.20. Một vài tính chất 86 A.20. Một vài tính chất 86 A.21. Các cấu trúc dị thể ZnMgO và ZnCdO 86 A.21. Các cấu trúc dị thể ZnMgO và ZnCdO 86 Phụ lục B: Chế tạo các sợi nano ZnO bằng phương pháp điện hóa 89 v Danh mục hình ảnh Hình 1: Các cấu trúc tinh thể của ZnO.[1] 5 Hình 2: Các mặt thường gặp trong cấu trúc ZnO wurtzite.[1] 6 Hình 3: Sơ đồ sắp xếp các nguyên tử tại các mặt Zn và O.[2] 7 Hình 4: Cấu trúc miền năng lượng qua tính toán lý thuyết.[1] 7 Hình 5: Các mức năng lượng của các khuyết tật trong tinh thể ZnO.[4] 9 Hình 6: Một số polymer dẫn điện. Các polymer này đều có các liên kết đôi xen kẽ với các liên kết đơn.[6] 13 Hình 7: Các liên kết trong polymer dẫn điện.[6] 14 Hình 8: Sơ đồ cơ chế dịch chuyển của điện tử trong polymer dẫn điện.[6] 15 Hình 9: Cấu trúc phân tử PEDOT:PSS.[6] 16 Hình 10: Ảnh chụp STM của PEDOT:PSS theo hướng vuông góc và song song.[6] 17 Hình 11: Sơ đồ mặt cắt ngang của một lớp PEDOT:PSS.[6] 18 Hình 12: Sơ đồ của các hạt PEDOT và các chuỗi PSS trong các giai đoạn xử lý nhiệt.[8] 18 Hình 13: Đặc tuyến I-V của Bhupendra et al.[10] 19 Hình 14: Giản đồ miền năng lượng của cấu trúc do Bhupendra et al. thực hiện.[10] 19 Hình 15: Các kết quả đo điện và điện phát quang của R. Könenkamp et al.[11] 20 Hình 16: Một số mẫu PEDOT:PSS phủ lên thủy tinh 22 Hình 17: Đường biểu diễn độ dày của lớp PEDOT:PSS theo tốc độ quay 23 Hình 18: Kiểm tra tính dẫn điện của điện cực 25 Hình 19: Đặc tuyến I-V của một mẫu 25 Hình 20: Mô hình diode 26 Hình 21: Đặc tuyến I-V của một mẫu m-ZnO - PEDOT:PSS 27 Hình 22: Các sợi nano trên đế sapphire (bằng MOCVD) có đường kính trung bình khoảng 300 nm và chiều dài trung bình 2 μm 28 Hình 23: Các sợi nano trên đế ZnO (bằng phương pháp điện hóa) 29 Hình 24: Ảnh chụp SEM bề mặt của mẫu làm bằng phương pháp phủ quay. Các vùng ngăn cách nhau là các vị trí sợi nano bao phủ bởi PEDOT:PSS 30 Hình 25: Các khối nhô lên nằm tại vị trí các sợi nano 30 Hình 26: Phần đầu của một sợi nano. Sự không liền mạch của lớp PEDOT:PSS có thể do sự co rút khi xử lý nhiệt 31 Hình 27: Ảnh chụp SEM ở chế độ BSE (Back-Scatterred Electron) cho thấy có một lớp PEDOT:PSS phủ bên ngoài sợi nano 31 Hình 28: Các sợi nano được bọc bởi một lớp PEDOT:PSS. Tỉ lệ sợi nano thẳng/sợi nano gãy khá cao (120 sợi nano thẳng/144 sợi nano tổng cộng) 33 Hình 29: Các sợi nano được phủ đều PEDOT:PSS. Đường kính trung bình của các sợi nano khoảng 240 nm 34 Hình 30: Một sợi nano gãy. Lớp PEDOT:PSS thường dày hơn trên các sợi nano này so với các sợi nano thẳng 34 Hình 31: Các lớp PEDOT:PSS thường mỏng hơn trên các sợi nano thẳng 35 Hình 32: Đường kính của sợi nano này khoảng 150 nm, bằng một nửa đường kính trung bình của các sợi nano trên đế sapphire 36 Hình 33: Hình chụp ở chế độ BSE cho thấy lớp PEDOT:PSS phủ đến tận chân của các sợi nano .37 Hình 34: Hình chụp trên mặt cắt. Các sợi nano rất thẳng và được phủ đều, tuy nhiên đường kính của chúng nhỏ hơn đường kính trung bình 38 Hình 35: Mô phỏng mặt cắt cấu trúc sợi nano – PEDOT:PSS 39 Hình 36: Mô phỏng mật độ tái tổ hợp. Mật độ này trong ZnO gần như bằng 0 40 Hình 37: Đặc tuyến I-V 40 vi Hình 38: Mô phỏng mật độ tái tổ hợp. Vùng màu đỏ có mật độ tái tổ hợp cao hơn 41 Hình 39: Mô phỏng cấu trúc miền năng lượng ở 5 V và 10 V 41 Hình 40: a) Mô phỏng mật độ tái tổ hợp ở điện thế 1V; b) Cấu trúc miền năng lượng ở 0 V; c) Cấu trúc miền năng lượng ở 1 V 42 Hình 41: a) Mô phỏng các mật độ dòng bằng các vector; b) Mật độ dòng gần đỉnh của sợi nano; c) Mật độ dòng tại chân của sợi nano 43 Hình 42: Cấu trúc tinh thể của CuSCN.[14] 45 Hình 43: Cấu trúc miền năng lượng của CuSCN. Các chấm đen thuộc về vùng hóa trị.[14] 46 Hình 44: Đặc tuyến I-V của Bakacsiz et al.[15] 48 Hình 45: Đặc tuyến J-V của Q. Zhang et al.[16] 49 Hình 46: Giản đồ miền năng lượng của cấu trúc Au/CuSCN/ZnO/ITO.[16] 50 Hình 47: Lớp CuSCN ở hình e) và f) được phủ ở 20oC, lớp CuSCN ở hình g) và h) được phủ ở 0oC và dày đặc hơn.[17] 51 Hình 48: Đặc tuyến I-V của mẫu được chọn 52 Hình 49: Đặc tuyến I-V của mẫu ZnO mặt c 53 Hình 50: Đặc tuyến I-V của mẫu có ZnO mặt m. Hình nhỏ là đặc tuyến theo thang tuyến tính 54 Hình 51: Sự phát sáng quanh bản cực bằng vàng 55 Hình 52: Ảnh SEM các sợi nano được bọc bởi một lớp CuSCN 56 Hình 53: Mô phòng mặt cắt cấu trúc sợi nano ZnO-CuSCN 57 Hình 54: Đường biểu diễn mật độ tái tổ hợp và đặc tuyến I-V. Quá trình tái tổ hợp trong CuSCN mạnh hơn trong ZnO 57 Hình 55: Mô phỏng mật độ tái tổ hợp trong cấu trúc và mật độ dòng. Mật độ dòng thường song song với mặt bên của sợi nano 58 Hình 56: Trong cấu trúc với lớp cách điện (hình bên phải), mật độ tái tổ hợp trong CuSCN giảm 59 Hình 57: Mô phỏng mật độ tái tổ hợp. Với lớp cách điện, mật độ tái tổ hợp giảm trong vùng CuSCN 60 Phụ lục 1.58: Sơ đồ cấu trúc tinh thể ZnO wurtzite.[1] 63 Phụ lục 1.59: Sơ đồ các mặt trong cấu trúc lục giác.[1] 65 Phụ lục 1.60: Cấu trúc wurtzite và zinc blende cùng thứ tự sắp xếp các mặt.[1] 66 Phụ lục 2.61: Cấu trúc miền năng lượng của tinh thể ZnO hoàn hảo và có lỗ trống O.[20] 71 Phụ lục 2.62: Mô hình lỗ trống O ở các trạng thái điện tích trung hòa, +1 và +2.[20] 71 Phụ lục 2.63: Mô hình lỗ trống Zn.[20] 73 Phụ lục 2.64: Mô hình nguyên tử Zn ở vị trí xen kẽ và trạng thái điện tích 2+.[20] 74 Phụ lục 2.65: Mô hình nguyên tử Zn ở vị trí nguyên tử O.[20] 75 Phụ lục 2.66: Sơ đồ hai cấu hình nguyên tử O ở vị trí xen kẽ.[20] 75 Phụ lục 2.67: Mô hình nguyên tử O ở vị trí nguyên tử Zn.[20] 76 Phụ lục 2.68: Mô hình ion H+ ở vị trí xen kẽ.[20] 77 Phụ lục 2.69: Mô hình ion H+ ở vị trí nguyên tử O.[20] 78 Phụ lục 2.70: Năng lượng hình thành của các khuyết tật nội tại và (NH)O trong ZnO.[20] 82 Phụ lục 2.71: Năng lượng hình thành của NO tùy theo các chất tiền tố khác nhau theo thế hóa học của O.[20] 83 Phụ lục 2.72: Mô hình vùng năng lượng và các chênh lệch mức năng lượng (eV) của các mối nối MgO/ZnO và ZnO/CdO.[20] 87 Phụ lục 2.73: Hình chụp TEM của một sợi nano có cấu trúc core-shell ZnO/ZnMgO.[22] 88 Phụ lục C.74: Quá trình tạo sợi nano ZnO bằng phương pháp điện hóa 90 Phụ lục C.75: Ảnh chụp SEM của một mẫu sợi nano làm bằng phương pháp điện hóa. Các sợi nano này không thật sự đồng nhất 91 Ph5u lục C.76: Các liên kết không bão hòa trên mặt Zn và O liên kết với các ion OH– và H+ 92 vii Phụ lục C.77: Ảnh SEM của một mẫu ZnO (mặt phân cực O) trên sapphire sau quá trình etching bằng acid. Tại các điểm nhọn có thể xuất hiện các điện thế cao bất thường và sợi nano mọc hiệu quả hơn tại đây. Trong hình nhỏ là mặt Zn của một mẫu khác sau bước etching 92 Phụ lục C.78: Mẫu gồm các sợi nano sau khi đã trải qua bước etching 93 Phụ lục C.79: Ảnh chụp SEM các điểm mọc sợi nano 93 viii Danh mục bảng biểu Bảng 1: Một số tính chất của ba loại PEDOT:PSS 20 Bảng 2: Tốc độ phủ quay và độ dày của lớp PEDOT:PSS trên một số mẫu 24 Bảng 3: Bảng tóm tắt các giá trị đo được trên một số mẫu mặt c 26 Bảng 4: Bảng tóm tắt các giá trị điện trở và điện thế đo được trên mẫu mặt m 27 Phụ lục 2.5: Bảng tóm tắt các tạp chất thường lẫn vào trong ZnO 77 Phụ lục 2.6: Năng lượng liên kết và các mức chuyển tiếp của các nhóm phức khác nhau 84 Phụ lục 2.7: Năng lượng hình thành được tính toán từ lý thuyết của các cấu trúc wurtzite MgO, ZnO, CdO 86 ix Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Chương 1: Tổng quan Bóng đèn dây tóc có thể là phát minh thành công nhất của Thomas Edison, và cũng có thể là phát minh duy nhất của ông còn được sử dụng ngày nay. Với việc phủ lưới điện rộng khắp, những bóng đèn dây tóc đã thay đổi diện mạo của các thành phố và thay đổi hoàn toàn cuộc sống của con người. Chúng vẫn được sử dụng rộng rãi trên thế giới, nhất là tại các nước nghèo và những vùng nông thôn. Tuy nhiên, điều này đang được thu hẹp. Ngoài một số ưu điểm không thể bàn cãi, nhất là hệ số hoàn màu cao (CRI – Color Rendering Index), bóng đèn dây tóc có những nhược điểm buộc con người phải tìm những cách chiếu sáng khác thay thế, nhất là vào thời kì khan hiếm năng lượng hiện nay. Bóng đèn dây tóc tiêu thụ rất nhiều năng lượng và không hiệu quả vì phần lớn phổ phát sáng của nó nằm trong vùng hồng ngoại và không có tác dụng chiếu sáng. Phần lớn năng lượng tiêu thụ chuyển thành nhiệt, làm bay hơi dây tóc, do đó làm giảm tuổi thọ của thiết bị. Vì vậy, bóng đèn huỳnh quang và bóng đèn LED ngày càng được sử dụng nhiều hơn. Vào ngày 8 tháng 12 năm 2008, Liên Minh Châu Âu thậm chí đã đi trước một bước khi thông qua dự thảo loại bỏ dần bóng đèn dây tóc kể từ ngày 1 tháng 9 năm 2009, tiến tới việc loại bỏ hoàn toàn bóng đèn dây tóc vào năm 2012. Điều này có thể giúp tiết kiệm lượng điện năng tiêu thụ tương đương với năng lượng của 11 triệu hộ gia đình tại Châu Âu sử dụng. Các lựa chọn thay thế ngày càng được mở rộng, tuy nhiên lại mang những nhược điểm khác: thời gian đáp ứng lâu hơn, sự xuất hiện của các chất độc hại như thủy ngân, không tương thích với một số môi trường làm việc hoặc không thể điều chỉnh độ sáng theo ý muốn bằng dòng điện. Việc sử dụng các đèn LED có thể giúp vượt qua các nhược điểm này nhờ vào các tính chất đặc biệt của chúng. Các diode phát sáng (LED) đã được thương mại hóa từ trước. Chúng nhỏ gọn hơn, ít tiêu thụ năng lượng hơn, có tuổi thọ cao hơn và phát ra ánh sáng với các màu sắc khác nhau. Các đèn LED đều tiên đã được phát triển vào các năm 1960. Chúng được làm từ hợp chất của gallium, arsenic và phosphore và phát ánh sáng màu đỏ (có bước sóng 655 nm). Về sau, đèn LED với các màu sắc khác đã được chế tạo bằng cách pha tạp các bán dẫn của gallium. Ngày nay, đèn LED đỏ, xanh lá cây và xanh đã xuất hiện trên thị trường và đáp ứng nhu cầu của các ứng dụng khác nhau, mở đường cho việc tạo ra ánh sáng trắng. Đèn LED trắng có thể đạt đến độ sáng 300 lm/W, cao hơn giá trị của các nguồn sáng khác (thường vào khoảng từ 15 đến 100 lm/W). Có hai hướng tiếp cận để tạo ra ánh sáng trắng: bằng cách kếp hợp các đèn LED ba màu cơ bản trên cùng một bóng đèn, hoặc sử dụng một diode bán dẫn phát sáng ở bước sóng ngắn (vùng màu xanh hoặc cực tím) và một chất chuyển đổi bước sóng có khả năng hấp thụ ánh sáng từ diode và phát ra ánh sáng thứ cấp có bước sóng dài hơn. Những chất 1 [...]... vật liệu khác ngoài ZnO, có thể được pha tạp loại p, để thực hiện một mối nối dị thể Những phần tiếp theo sẽ trình bày các nghiên cứu thực hiện trên hai loại vật liệu, một là một loại polymer (PEDOT – PSS), vật liệu còn lại là CuSCN, trong các cấu trúc với ZnO phẳng hoặc sợi nano 11 Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Chương 3: PEDOT Như đã trình bày trong phần trước, mối nối đồng thể nZnO – p ZnO. .. phương pháp đo đạc Cuối luận văn là kết luận về tiềm năng tạo mối nối p-n với ZnO của hai loại vật liệu này và hướng phát triển về sau 2 Chương 5: Kết luận và hướng phát triển Chương 2: ZnO – vật liệu và tính chất Trong phần này, vật liệu ZnO cùng các tính chất cấu trúc, quang, điện và các khuyết tật tự nhiên của nó sẽ được giới thiệu Chương này cũng sẽ nói về vấn đề cơ bản của vật liệu, đó là việc pha... mối nối dị thể (heteojunction) giữa vật liệu ZnO loại n và một vật liệu khác loại p, trên các cấu trúc hai chiều hoặc trên các sợi nano Luận văn này được thực hiện tại Bộ Phận Linh Kiện Quang Học và Quang Tử (Département Optique et Photonique – DOPT), thuộc CEA Grenoble Nhóm nghiên cứu của DOPT đã chế tạo thành công các sợi nano bằng phương pháp MOVPE (Metal-Organic Vapor-Phase Epitaxy) và nghiên cứu. .. p ZnO vẫn chưa được chế tạo thành công do vấn đề pha tạp loại p của ZnO, bất chấp những nỗ lực nhằm vượt qua nó Do đó, một mối nối dị thể giữa một cấu trúc của ZnO và một vật liệu khác là hướng đi khác nhằm chế tạo ra đèn LED dựa trên ZnO Nhiều loại vật liệu đa được thử nghiệm, như ZnTe, GaN loại p Trong luận văn này, hai loại vật liệu được đề cập đến: một polymer dẫn điện (PEDOT:PSS) và CuSCN PEDOT:PSS... tích bề mặt và thể tích lớn làm tăng diện tích phát quang, do đó các cấu trúc một chiều này rất được chú ý Hướng tiếp cận này có thể mang lại các đèn LED có hiệu quả cao và giá thành thấp Tuy vậy, như sẽ trình bày ở phần sau, vật liệu ZnO rất khó được pha tạp loại p Điều đó dẫn đến việc tìm các giải pháp thay thế cho mối nối p-n từ ZnO Một trong các giải pháp, được nghiên cứu trong luận văn này, là thực... ZnO loại p đều nhằm vào việc tạo ra mối nối đồng thể p-n của ZnO, một hướng khác để vượt qua vấn đề này là tìm các loại vật liệu bán dẫn loại p khác ngoài ZnO Một vài vật liệu đã từng được thử nghiệm: GaN loại p, CuSCN, các ô-xít của Cu, các polymer dẫn điện (PEDOT:PSS, PFO, PVK, …), kim cương Các vật liệu này có nhược điểm là không có hằng số mạng phù hợp với ZnO (ngoại trừ các polymer) Chúng tạo... ra một vùng cấm với độ rộng khoảng 1.7 eV 3.3 Mối nối ZnO – PEDOT:PSS trong các báo cáo khoa học Các mối nối ZnO – PEDOT:PSS đã được thực hiện và đăng trong các báo cáo khoa học Tuy 18 Chương 5: Kết luận và hướng phát triển nhiên, khá ít công trình được thực hiện nhằm chế tạo các mối nối ZnO – PEDOT:PSS cho các ứng dụng LED PEDOT:PSS được sử dụng làm vật liệu loại p trong cấu trúc p-n hoặc đơn giản... Chúng tạo ra các trạng thái bề mặt tại liên diện với ZnO Do đó, cần tìm các vật liệu có thể tối thiểu hóa những ảnh hưởng tiêu cực này Trong luận văn này, hai loại vật liệu được chọn: PEDOT:PSS và CuSCN và sẽ được giới thiệu ở phần sau Trong chương này, các tính chất cấu trúc, quang học và điện tử của ZnO đã được giới thiệu Vấn đề pha tạp loại p trong vật liệu này cũng đã được đề cập, cùng với một vài hướng... hương dựa trên ZnO được dùng để kiểm tra độ tươi của thực phẩm hoặc thức uống nhờ vào sự nhạy cảm của chúng đối với trimethylamin trong mùi hương • Điện trở không tuyến tính cao trong ZnO đa tinh thể: các varistors dựa trên ZnO đã được chế tạo bằng các lớp ZnO bán dẫn đa tinh thể • Hệ số quang học không tuyến tính lớn: các tinh thể và màng mỏng ZnO có các tính chất quang học không tuyến tính, có thể được... động • Khả năng cho các tinh thể có kích thước lớn: đây là một tính chất thú vị của ZnO Các tinh thể có thể được tổng hợp bằng các kỹ thuật khác nhau, và các đế đơn tinh thể kích thước lớn đã được thương mại hóa Đây là ưu điểm lớn của ZnO đối với GaN, vốn không có đế GaN của riêng nó mà phải được tổng hợp trên các đế ngoại lai như sapphire hay ZnO, tạo ra các ứng suất tại liên diện • Có khả năng được