ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nghiên cứu sinh: Hoàng Thị Thu Tên đề tài: Nghiên cứu, chế tạo khảo sát ảnh hưởng điện cực cấu trúc nano lên hiệu suất lượng tử nội linh kiện quang điện Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn Mã số: 62 44 07 01 Cán hướng dẫn: PGS TS Trần Quang Trung PGS.TS Trương Quang Nghĩa Tp.HCM, tháng 05 năm 2010 TÓM TẮT Indium tin oxide (ITO) oxit tin flo (FTO) sử dụng rộng rãi cửa sổ điện cực (TCO) thiết bị quang điện tử Tuy nhiên ôxít kim loại ngày cạn kiệt hạn chế nguyên tố Indi Trái Đất độ truyền qua bị giới hạn vùng hồng ngoại gần, khuyết tật cấu trúc FTO gây dòng rò rỉ không mong muốn thiết bị FTO ITO vật liệu dòn dễ gãy, ứng dụng cho linh kiện quang điện cần tính mềm dẻo Thêm vào việc sản xuất ITO đòi hỏi công nghệ cao tốn kéo theo giá thành ITO lên cao Việc tìm kiếm vật liệu điện cực với ổn định, độ truyền qua cao độ dẫn điện xuất sắc đặc biệt giá thành rẻ mục tiêu quan trọng lĩnh vực quang điện tử Trong vài năm gần đây, Graphene - loại vật liệu cacbon cấu trúc nano hai chiều với cấu trúc phân tử phẳng, dày nguyên tử bền vững - khám phá thu hút ý lớn giới khoa học lĩnh vực thực nghiệm lý thuyết, có số lượng lớn nghiên cứu thời gian gần Graphene có cấu trúc xếp theo hình lục giác nguyên tử cacbon tạo nên dạng phẳng bề dày nguyên tử, kính hiển vi điện tử, graphene có hình dáng màng lưới tổ ong Graphene khối kết cấu nhiều cấu trúc nano khác làm cacbon cacbon nanotube, buckyball, graphite Cấu trúc nano đặc biệt hứa hẹn tiềm ứng dụng nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật tính chất đặc biệt ưu việt Các nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết để phát triển linh kiện vi điện tử cấu trúc nano dựa Graphene thực làm cho trở thành ứng cử viên đầy hứu hẹn cho ngành điện tử tương lai Các ứng dụng Graphene lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác : chế tạo sensor, hợp phức nano, siêu tụ điện, làm màng dẫn điện suốt, pin mặt trời, vật liệu tích trữ khí, transistor làm cho trở thành chủ đề nghiên cứu hấp dẫn năm gần Graphene dễ thay đổi hình dạng, sử dụng nhiều việc chế tạo linh kiện hay thiết bị có đặc tính dễ dàng uốn cong hay trải rộng Màng Graphene mỏng mà độ dẫn cao, cần vài đơn lớp độ dẫn với độ dẫn màng ITO dày 100 nm Graphene vật liệu siêu cứng, có khả chống ăn mòn hóa học chống va chạm cao Hơn nữa, Graphene làm cửa sổ quang học tốt Do đó, Graphene màng dẫn điện suốt có khả bảo vệ lớp bên tốt Với tính chất tuyệt vời vậy, Graphene ứng cử viên tốt hẳn ITO, thay ITO hoàn hảo Tuy nhiên công nghệ sản xuất graphene phương pháp CVD, cho màng Graphene có độ dẫn điện tốt công nghệ đắt tiền, chưa thể hạ giá thành vật liệu graphene Vì định hướng dây nano kim loại nhà khoa học quan tâm nghiên cứu giá thành rẻ phương pháp chế tạo đơn giản Ag nanowires xuất với độ dẫn điện tốt độ truyền qua cao, công nghệ chế tạo đơn giản hoàn toàn thay ITO Vấn đề cần khắc phục khả bền với môi trường Ag nanowires điều mở hướng nghiên cứu vật liệu nano - Hiện chế tạo màng dẫn điện suốt Ag nano wires có điện trở 17Ω/ với độ truyền qua 94%, 10Ω/ với độ truyền qua 82% (phép đo mũi dò, Máy đo phổ hấp thụ UV - Vis V530 Tiêu chí màng dẫn điện suốt điện trở phải thấp đồng thời độ truyền qua cao tốt) Kết ban đầu đáng khích lệ so với kết tác giả công bố tạp chí uy tín: Kết Resistance Transmitt (Ω / ) 10 ance (%) 82 100 80 17 92 13 85 Hoang Thi Thu, Tran Quang Trung Preparation of the transparent silver nanowires electrode on flexible substrate Hội Nghị Quang Học Quang Phổ Toàn Quốc lần thứ Tp Hồ Chí Minh; 26-29, tháng 11 năm 2012 Hybrid transparent electrodes of silver nanowires and carbon nanotubes: a low-temperature solution process Tokuno et al Nanoscale Research Letters 2012, 7:281 http://www.nanoscalereslett.com/content/7/1/281 Improved Thermal Oxidation Stability of SolutionProcessable Silver Nanowire Transparent Electrode by Reduced Graphene Oxide (2012) dx.doi.org/10.1021/am301913w | ACS Appl Mater Silver Nanowire Networks as Flexible Transparent, Conducting Films: Extremely High DC to Optical Conductivity Ratios Published online June 24, 2009 Ảnh SEM sợi Ag điều chế phương pháp hóa học phương pháp rẻ tiền dễ thực Chế tạo điện cực dẫn điện suốt dựa tổ hợp lai AgNWS-Graphene đế dẻo Màng dẫn điện suốt với điện trở điện trở màng ITO (màng đánh giá tốt nay) Để khắc phục nhược điểm bền Ag nanowires môi trường, định hướng mà tiến hành composit Agnanowires graphene, lợi dụng tính bền Graphene bảo vệ cho lớp Ag bên Hybrid dạng cho độ truyền qua độ dẫn điện tốt Bước đầu chế tạo màng có điện trở 14.4Ω/ truyền qua 81% So với số liệu công bố báo nhóm tác giả Yang Liu, Quanhong Chang and Lei Huang năm 2013 32.5 Ω/ Conducting Graphene Hybrid Films truyền qua 81.5% (Transparent, Flexible with a Subpercolating Network of Silver Nanowires Published on 06 March 2013 on http://pubs.rsc.org | doi:10.1039/C3TC30178H) Hiện chế tạo loại điện cực dẫn điện suốt đế dẻo, có cấu trúc nano với độ dẫn điện cao độ truyền qua tốt Hiện bước đầu ứng dụng sợi Ag việc tạo hiệu ứng Plasmonic làm tăng công suất quang LED InGaN/GaN đạt kết khả quan (bài báo Enhanced optical output power by the silver localized surface plasmon coupling through side facets of micro-hole patterned InGaN/GaN light-emitting diodes, Manuscript ID: 208649, OPTICS INFORBASE) Trong thời gian tới ứng dụng sợi nano Ag, màng Graphene, Graphene quan tum dot tổ hợp lai chúng làm điện cực linh kiện quang điện nhằm thay điện cực TCO cổ điển, tăng hiệu suất lượng tử nội linh kiện quang điện Xác nhận cán hướng dẫn Trần Quang Trung ... dụng sợi nano Ag, màng Graphene, Graphene quan tum dot tổ hợp lai chúng làm điện cực linh kiện quang điện nhằm thay điện cực TCO cổ điển, tăng hiệu suất lượng tử nội linh kiện quang điện Xác... ưu việt Các nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết để phát triển linh kiện vi điện tử cấu trúc nano dựa Graphene thực làm cho trở thành ứng cử viên đầy hứu hẹn cho ngành điện tử tương lai Các ứng dụng... độ dẫn điện xuất sắc đặc biệt giá thành rẻ mục tiêu quan trọng lĩnh vực quang điện tử Trong vài năm gần đây, Graphene - loại vật liệu cacbon cấu trúc nano hai chiều với cấu trúc phân tử phẳng,