ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU NANO & MÀNG MỎNG c om  ng LÊ THỊ HỒNG an co SEMINAR TỐT NGHIỆP th KHẢO SÁT CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT du o ng LIỆU KHỐI NHIỆT ĐIỆN ZnO ĐỒNG PHA TẠP cu u Ga-In BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phan Bách Thắng TP HỒ CHÍ MINH – 2018 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU NANO & MÀNG MỎNG c om  ng LÊ THỊ HỒNG an co SEMINAR TỐT NGHIỆP th KHẢO SÁT CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU ng KHỐI NHIỆT ĐIỆN ZnO ĐỒNG PHA TẠP Ga-In BẰNG cu u du o PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phan Bách Thắng -TP HỒ CHÍ MINH – 2018 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến PGS.TS Phan Bách Thắng, người Thầy tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho em suốt trình thực seminar tốt nghiệp Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn ThS Tạ Thị Kiều Hạnh, TS Phạm Kim c om Ngọc, ThS Nguyễn Hữu Trương người dành cho em nhiều góp ý chân thành giúp đỡ em trình thực đề tài Đồng thời, em xin cảm ơn Khoa Khoa học Công nghệ vật liệu đặc biệt Thầy Cô Bộ môn Vật liệu Nano Màng Mỏng ng giảng dạy truyền đạt cho em kiến thức bổ ích suốt thời gian qua co Em xin chân thành cảm ơn anh Dũng, anh Tuấn Anh bạn PTN Vật Liệu Kỹ Thuật Cao giúp đỡ hỗ trợ nhiệt tình cho em suốt trình thực an seminar Mình cảm ơn bạn Văn Phụ, Hương Thảo, Thu Thảo thực th đề tài đồng hành với suốt thời gian qua ng Em xin gửi lời cảm ơn đến PTN Vật Liệu Kỹ Thuật Cao Trung Tâm Nghiên du o cứu Vật liệu Cấu trúc Nano Phân tử (INOMAR) hỗ trợ cho em sơ vật chất để thực tốt seminar cu u Cuối em muốn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc động viên, hỗ trợ lớn lao gia đình bạn bè dành cho em suốt thời gian qua TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2018 Sinh viên Lê Thị Hồng i CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .iv DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ SƠ ĐỒ vi c om MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN ng 1.1 Tổng quan hiệu ứng nhiệt điện co 1.1.1 Hiệu ứng Seebeck an 1.1.2 Hiệu ứng Peltier th 1.1.3 Một số tính chất nhiệt điện ng 1.2 Vật liệu khối ZnO du o 1.2.1 Cấu trúc 1.2.2 Vật liệu ZnO đồng pha tạp In Ga (IGZO) u 1.3 Ứng dụng nhiệt điện ZnO cu CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VÀ PHÂN TÍCH VẬT LIỆU 2.1 Quy trình chế tạo 2.2 Các phương pháp phân tích cấu trúc tính chất vật liệu 11 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 11 2.2.2 Phương pháp đo độ cứng Vickers 12 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 14 3.1 Khảo sát độ co vật liệu khối theo quy trình chế tạo 14 ii CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 3.2 Khảo sát độ cứng hệ đo Vickers 15 3.3 Đánh giá quy trình chế tạo mẫu qua phép nhiễu xạ tia X (X-ray) 16 3.3.1 Kiểm chứng tạp chất tồn hỗn hợp bột trước ép nung 16 3.3.2 So sánh giản đồ nhiễu xạ ba mẫu M1, M2, M3 17 KẾT LUẬN 21 c om HƯỚNG PHÁT TRIỂN 22 cu u du o ng th an co ng TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 iii CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Chữ viết tắt Ý nghĩa TEG Thermoelectric Generator Pin nhiệt điện IGZO Indium Gallium doped Zinc Kẽm oxit pha tạp Indium oxide Gallium X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X u du o ng th an co ng XRD cu c om STT iv CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mơ tả hiệu ứng Seebeck (nguồn: www.electrical4u.com) Hình 1.2 Mơ tả hiệu ứng Peltier (nguồn: www.mhtl.uwaterloo.ca) Hình 1.3 Cấu trúc hexagonal wurtzite ZnO [5] Hình 2.1 Các mẫu IGZO sau chế tạo 11 Hình 2.2 Sự nhiễu xạ tia X bề mặt nguyên tử [6] 11 c om Hình 2.3 Máy đo độ cứng Vickers PTN Vật liệu kỹ thuật cao 12 Hình 3.1 So sánh giản đồ nhiễu xạ bột IGZO sau sấy 120oC giản đồ nhiễu xạ bột oxit 16 cu u du o ng th an co ng Hình 3.2 So sánh giản đồ nhiễu xạ tia X ba mẫu M1, M2 M3 17 v CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ SƠ ĐỒ Bảng 3.1 Kết đo độ co mẫu sau chế tạo 14 Bảng 3.2 Kết đo độ cứng mẫu sau chế tạo 15 Bảng 3.3 Các thông số từ giản đồ nhiều xạ tia X mẫu M1 sau chế tạo 18 Bảng 3.4 Các thông số từ giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M2 sau chế tạo 18 Bảng 3.5 Các thông số từ giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M3 sau chế tạo 19 c om Bảng 3.6 Kết đo Hall ba mẫu M1, M2, M3 20 Sơ đồ 2.1 Quy trình chế tạo vật liệu khối loại n IGZO ng Sơ đồ 2.2 Chu trình nung mẫu 1000oC 10 cu u du o ng th an co Sơ đồ 2.3 Chu trình nung mẫu 1400oC 10 vi CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt MỞ ĐẦU Hiện nay, nhu cầu sử dụng nguồn lượng người ngày tăng cao lượng điện, lượng gió, lượng ánh sáng… Tuy nhiên, tất nguồn lượng có hạn Vì thế, nhà khoa học ln có thách thức để tạo thiết bị lượng có tính ứng dụng cao để đáp ứng nhu cầu người c om cách hiệu tiết kiệm Bên cạnh đó, Trái đất dần nóng lên nhiều nguyên nhân gây nên, nguồn nhiệt thải từ lò đốt, thiết bị điện tử phương tiện lại ng không tận dụng triệt để gây ảnh hưởng lớn đến môi trường đời co sống người Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, để khắc phục vấn đề nêu trên, nhà khoa học dày công nghiên cứu cho đời thiết bị tạo nguồn an điện dựa hiệu ứng nhiệt gọi tắt hiệu ứng nhiệt điện Hiệu ứng nhiệt điện có ưu th điểm vơ lớn, có khả chuyển hóa trực tiếp lượng nhiệt thành lượng ng điện mà khơng cần qua bước trung gian Thiết bị nhiệt nhiệt (TEG) có tiềm việc chuyển hóa lượng, hoạt động không gây tiếng ồn du o không gây ô nhiễm môi trường u Với tiềm đó, ngày thiết bị nhiệt nhiện nghiên cứu phổ cu biến nước tiên tiến giới Tuy nhiên, hiệu suất hoạt động thiết bị nhiệt điện chưa cao Vì thế, toán lớn cần nhà khoa học nghiên cứu khắc phục Để cải thiện hiệu suất thiết bị nhiệt điện, điều quan trọng cần phải tạo loại vật liệu có tính chất nhiệt điện tốt Các nhà khoa học nghiên cứu chế tạo nhiều vật liệu ứng dụng nhiệt điện dựa loại oxit hay hợp kim chúng Bi2Te3 kết hợp với Bi2Se3 PbTe kết hợp với SnTe tạo bán dẫn loại n Bi2Te3-xSex Pb1-xSnxTe hay để tạo bán dẫn loại p có kết CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt hợp Bi2Te3 với Sb2Te3 loại p BixSb2-xTe3 PbTe kết hợp với PbSe cho loại p PbTe1-xSex.[1] Tuy nhiên loại vật liệu có nhược điểm độc hại cho hiệu suất không cao Trong thiết bị nhiệt điện, thành phần mang vai trị định nên thiết bị khối bán dẫn loại n loại p dùng ghép nối làm điện cực p-n .c om Dựa kết khảo sát qua đề tài trước nhóm nghiên cứu vật liệu khối loại n ZnO đồng pha tạp nguyên tố nhóm III(A) Ga In – viết tắt IGZO, phạm vi tiểu luận này, nhóm nghiên cứu tiến hành đánh giá quy ng trình chế tạo vật liệu khối loại n IGZO tỉ lệ Zn:Ga:In = 95:4.5:0.5 % at nhằm tìm co quy trình chế tạo tốt Việc đành giá tiến hành qua nội dung khảo sát sau: th kết nhiệt độ 14000C an ▪ Thực chế tạo vật liệu khối IGZO theo quy trình xử lý khác nhau, thiêu ng ▪ Khảo sát độ co vật liệu theo quy trình chế tạo du o ▪ Khảo sát độ cứng vật liệu theo quy trình chế tạo ▪ Thực phân tích phép đo nhiễu xạ tia X (XRD) qua đánh giá ảnh hưởng cu u quy trình chế tạo lên tính chất điện vật liệu khối IGZO CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ❖ Chế tạo mẫu M2 Bột sau sấy, ta thêm nước để ép tạo hình với lực 18 nung 1000oC Sau nghiền ép lại để nung 1400oC, tạo thành sản phẩm mẫu M2 ❖ Chế tạo mẫu M3 Bột sau sấy, ta đem nung 1000oC sau ép tạo hình với lực 18 nung ng th an co ng c om 1400oC tạo thành sản phẩm M3 cu u du o Sơ đồ 2.2 Chu trình nung mẫu 1000oC Sơ đồ 2.3 Chu trình nung mẫu 1400oC 10 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt .c om Hình 2.1 Các mẫu IGZO sau chế tạo co 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X ng 2.2 Các phương pháp phân tích cấu trúc tính chất vật liệu Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) sử dụng để xác định cấu trúc toàn phần an vật liệu, bao gồm số mạng, xác định vật liệu chưa biết, hướng đơn th tinh thể, hướng đa tinh thể, ứng suất, hướng, bề dày màng… [6] ng Khi chiếu chùm tia X có bước sóng λ lên tinh thể, nút mạng trở thành 𝑛𝜆 = 2𝑑ℎ𝑘𝑙 𝑠𝑖𝑛 𝜃 (2.1) cu u du o tâm nhiễu xạ Ta có cơng thức nhiễu xạ Bragg: [6] Hình 2.2 Sự nhiễu xạ tia X bề mặt nguyên tử [6] Trong đó: n số nguyên; 𝜆 bước sóng tia X (nm); 𝑑ℎ𝑘𝑙 khoảng cách hai mặt lân cận (nm); 𝜃 góc tới (độ) 11 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Để xác định số mạng a,c cho hệ lục phương ta sử dụng công thức: 𝑑ℎ𝑘𝑙 = ℎ2 + ℎ𝑘 + 𝑘 𝑙2 ( ) + 𝑎2 𝑐2 (2.2) Trong đó: (hkl) số Miller mặt mạng; a, c số mạng (nm) Ta tính kích thước tinh thể vật liệu dựa vào công thức Scherrer: 𝐾𝜆 𝛽 cos 𝜃 c om 𝐿= (2.3) Trong đó: L kích thước tinh thể (nm); 𝜆 bước sóng tia X (nm); K số ng hình dạng tinh thể; β độ bán rộng đỉnh phổ (radian); 𝜃 góc tới (radian) co 2.2.2 Phương pháp đo độ cứng Vickers Phương pháp đo độ cứng Vickers dùng để đo độ cứng cho vật liệu từ an mềm đến cứng với lớp cần đo mỏng (có thể tới 0.04 – 0.06 mm) mẫu cu u du o ng th mỏng (dày 0.3 – 0.5 mm), coi độ cứng chuẩn nghiên cứu khoa học [10] Hình 2.3 Máy đo độ cứng Vickers PTN Vật liệu kỹ thuật cao 12 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mũi đâm dùng phương pháp đo độc ứng Vickers làm kim cương, hình tháp, đáy vng, góc nhị diện 136o Độ cứng xác định tỷ số lực tải tác dụng diện tích bề mặt vết lõm Đặt tải Chuẩn bị Cố định bề mặt mẫu mẫu co an 𝐿 𝐷2 th 𝐻𝑉 = 1.8544 ∙ ng Chọn tải c om Quy trình đo độ cứng phương pháp Vickers [11] L: Tải (kgf) Hệ thống kiểm tra quang học cho giá trị trung bỉnh đường chéo ng D: Giá trị trung bình hai đường chéo (mm) cu u du o HV: Độ cứng Vickers 13 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Khảo sát độ co vật liệu khối theo quy trình chế tạo Để khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ lên kích thước mẫu, mẫu sau chế tạo đo độ dày, cạnh trước sau nung thước cặp điện tử với độ xác 0.02 mm Mẫu IGZO (Indium Gallium doped Zinc oxide) tạo khối với khn hình c om vng có cạnh 30 mm, thực Phịng thí nghiệm Vật liệu kỹ thuật cao, Đại học Khoa học Tự nhiên Kết độ co mẫu trình bày qua Bảng 3.1 đây: 1000oC Sau co ng Trước du o Nung Cạnh (mm) th Dày (mm) an Mẫu M1 ng Bảng 3.1 Kết đo độ co mẫu sau chế tạo Sự chênh lệch (∆) cu 1400oC Trước u Nung Sau Sự chênh lệch (∆) Mẫu M2 Dày (mm) Cạnh (mm) 7.85 30 7.25 27.78 0.60 2.22 Mẫu M3 Dày (mm) Cạnh (mm) 7.85 30 7.55 30 8.65 30 6.69 25.78 6.89 27.85 7.72 25.78 1.16 4.22 0.66 2.15 0.93 4.22 Bảng 3.1 cho thấy mẫu M2 có phần trăm độ co bề dày cạnh 8.74% 7.17%, so với mẫu M1 (phần trăm độ co bề dày: 14.78%, cạnh: 14.07%) mẫu M3 (phần trăm độ co bề dày: 10.75%, cạnh: 14.07%) Theo chúng tôi, khác biệt độ co bề dày cạnh mẫu xuất phát từ quy trình xử lý trung gian trước ép khối thiêu kết nhiệt độ 1400oC Cụ thể, với mẫu M2 tiến hành ép khối xử lý nhiệt 1000oC, mẫu M2 nhờ lượng 14 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt nhiệt cung cấp đạt trạng thái bán thiêu kết (thiêu kết chưa hoàn toàn) Ở trạng thái bán thiêu kết làm biến tính vật liệu, nghiền ép khối lại nung nhiệt độ 1400oC (nhiệt độ lý tưởng để thiêu kết vật liệu ZnO) lượng nhiệt chưa cung cấp đủ lượng để thiêu kết tốt quy trình chế tạo mẫu M1 (bột vật liệu ban đầu ép khối nung trực tiếp nhiệt độ đỉnh 1400oC) Với quy trình chế tạo mẫu M1 theo thực nghiệm trước nhóm nghiên cứu cho thấy thiêu kết c om xảy hoàn toàn Tương tự, mẫu M3 xử lý nhiệt 1000oC dạng bột làm cho vật liệu bị biến tính (đạt trạng thái bán thiêu kết) đơn lập hạt bột thành phần Do ng đó, ép nung nhiệt độ 1400oC có mức độ thiêu kết chưa tốt mẫu M1 Tuy co nhiên so với mẫu M2 đạt trạng thái thiêu kết tốt an 3.2 Khảo sát độ cứng hệ đo Vickers th Sau chế tạo xong, nhóm nghiên cứu sử dụng máy đo độ cứng Vickers PTN ng Vật Liệu Kỹ Thuật Cao để kiểm tra độ cứng vật liệu, với tải đo 50N cu u du o Bảng 3.2 Kết đo độ cứng mẫu sau chế tạo Độ cứng HV 550 240 420 Mẫu M1 M2 M3 Kết thống kê bảng 3.2 cho thấy độ cứng mẫu M1 lớn (550 HV), mẫu M3 có độ cứng đạt 420 HV mẫu M2 có độ cứng nhỏ (240 HV) Điều phù hợp với kết khảo sát độ co (sự thiêu kết) mẫu mục 3.1 trình bày Khi vật liệu thiêu kết tốt độ cứng mẫu cao ngược lại Độ cứng vật liệu khối có ý nghĩa quan trọng việc áp dụng vào chế tạo thiết bị nhiệt điện, mà cụ thể hiệu suất hoạt động thiết bị Một vật liệu có độ cứng lớn hoạt động tốt nhiệt độ cao.[10] 15 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Qua kết khảo sát độ cứng Vickers, thấy quy trình chế tạo mẫu M1 tốt cho kết độ cứng cao 3.3 Đánh giá quy trình chế tạo mẫu qua phép nhiễu xạ tia X (XRD) 3.3.1 Kiểm chứng tạp chất tồn hỗn hợp bột trước ép nung Nhằm kiểm tra có mặt tạp chất có hỗn hợp bột với tỉ lệ pha tạp c om Zn:Ga:In = 95:4,5:0,5 tiến hành lấy mẫu bột oxit ZnO, Ga2O3, In2O3 hỗn hợp bột IGZO sau q trình nghiền máy sấy khơ nhiệt độ 1200C đem phân cu u du o ng th an co ng tích phép đo nhiễu xạ tia X Kết biểu diễn qua hình 3.1 Hình 3.1 So sánh giản đồ nhiễu xạ bột IGZO sau sấy 120oC giản đồ nhiễu xạ bột oxit Từ hình 3.1, ta thấy giản đồ nhiễu xạ tia X vật liệu IGZO sau sấy 120oC tương đương với giản đồ nhiễu xạ tia X ZnO Bên cạnh đó, cịn nhận thấy có số đỉnh phổ đặc trưng Ga2O3 In2O3 Các đỉnh phổ đặc trưng Ga2O3 (⚫) vị 16 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt trí góc 2𝜃 30.48o, 35.25o, 48.71o, 50.95o, 60.60o, 64.75o đỉnh phổ đặc trưng In2O3 (⧫) vị trí 2𝜃 50.43o Điều cho thấy, hỗn hợp bột IGZO ban đầu đảm bảo có mặt thành phần tạp chất pha tạp 3.3.2 So sánh giản đồ nhiễu xạ ba mẫu M1, M2, M3 Sau thực chế tạo mẫu M1, M2, M3, tiến hành phân tích nhiễu c om xạ tia X cho mẫu nhằm đánh giả ảnh hưởng quy trình chế tạo lên cấu cu u du o ng th an co ng trúc vật liệu Hình 3.2 So sánh giản đồ nhiễu xạ tia X ba mẫu M1, M2 M3 Từ hình 3.2, nhận thấy giản đồ nhiễu xạ ba mẫu tương tự nhau, hình thành pha ZnGa2O4 (⚫) vị trí 2𝜃 = 35.5o [12], khơng có xuất đỉnh phổ đặc trưng Ga2O3 In2O3, Ga In thay cho Zn vị trí nút mạng sau mẫu nung 1400oC Mặc dù mẫu tạo từ quy trình khác cho đỉnh phổ, pha tương đương khác độ rộng chân phổ dẫn đến làm thay đổi kích thước tinh thể mặt mạng vật liệu 17 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 2𝜃 (độ) Độ bán rộng Kích thước tinh thể (nm) d (nm) (100) (002) 31.84 35.19 0.18 0.21 45.93 39.51 0.28 0.25 (101) 36.36 0.29 28.67 0.25 (102) 47.67 0.53 16.41 0.19 (110) 56.65 0.13 70.89 0.16 (103) 62.92 1.27 7.34 0.15 (200) 66.42 0.26 36.47 0.14 (112) 68.41 0.68 14.09 0.14 (201) 69.15 0.17 56.72 0.14 co ng Mặt mạng c om Bảng 3.3 Các thông số từ giản đồ nhiều xạ tia X mẫu M1 sau chế tạo Bảng 3.3 cho thấy mặt mạng (110) có kích thước tinh thể (70.89 nm) lớn an mặt mạng (103) có kích thước tinh thể (7.34 nm) nhỏ Độ bán rộng đỉnh phổ th nhỏ kích thước tinh thể lớn ngược lại Từ giá trị tính a = ng 0.32 nm c = 0.56 nm, giá trị c/a = 1.75 du o Bảng 3.4 Các thông số từ giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M2 sau chế tạo 2𝜃 (độ) Độ bán rộng Kích thước tinh thể (nm) d (nm) (002) 31.82 34.54 0.17 0.88 42.78 8.54 0.28 0.25 (101) 36.35 0.30 25.02 0.24 (102) 47.78 0.62 11.59 0.19 (110) 56.62 0.10 65.14 0.16 (103) 62.85 1.37 4.93 0.14 (200) 66.42 0.33 19.98 0.14 (112) 68.01 0.78 8.42 0.13 (201) 69.14 0.16 39.51 0.13 Mặt mạng cu u (100) 18 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Kích thước tinh thể mẫu M2 gần tương tự mẫu M1, mặt mạng (110) có kích thước tinh thể (65.14 nm) lớn mặt mạng (103) có kích thước tinh thể (4.93 nm) nhỏ Hằng số mặt mạng a = 0.32 nm c = 0.56 nm Giá trị tỷ số c/a = 1.75 Bảng 3.5 Các thông số từ giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M3 sau chế tạo 2𝜃 (độ) Độ bán rộng Kích thước tinh thể (nm) d (nm) (100) (002) 31.81 35.14 0.16 0.22 46.49 34.22 0.28 0.25 (101) 36.33 0.27 27.46 0.24 (102) 47.63 0.54 13.38 0.19 (110) 56.60 0.11 (103) 62.95 1.46 (200) 66.42 0.45 (112) 68.35 (201) 69.11 0.16 4.61 0.14 14.59 0.14 0.69 9.50 0.13 43.45 0.13 an co 61.45 th ng c om Mặt mạng ng 0.15 du o Từ số liệu bảng 3.5, tương tự trên, mặt mạng (110) mẫu M3 có kích thước tinh thể (61.45 nm) lớn mặt mạng (103) cho kích thước tinh thể (4.61 nm) nhỏ u Hằng số mạng a c 0.32 nm 0.56 nm cu Qua Bảng 3.3, 3.4 3.5 tính tỷ số c/a ≈ 1.75 chênh lệch với giá trị tỷ số c/a = 1.6 ZnO Sự tăng lên tỷ số c/a giải thích thay ion In vào vị trí ion Zn, xen kẽ nguyên tử In mạng ZnO bán kính ion In (0.081 nm) lớn bán kính ion Zn (0.074) Để tìm hiểu sâu ảnh hưởng cấu trúc lên tính chất nhiệt điện mà cụ thể tính chất điện vật liệu Chúng tơi tiến hành thử nghiệm phép đo Hall mẫu kết thể qua bảng 3.6 đây: 19 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Bảng 3.6 Kết đo Hall ba mẫu M1, M2, M3 Độ linh động Điện trở suất (cm-3) (cm2/V.s) (𝛺.cm) M1 -4.6x1019 16 8.5x10-3 M2 -3.7x1015 1.2 1.3x103 M3 -2x1018 14 1.9x10-2 c om Nồng độ hạt tải Tên mẫu Quan sát bảng 3.6, nhận thấy độ linh động có khác biệt lớn mẫu M2 với mẫu M1 M3 Độ linh động mẫu M2 (1.2 cm2/V.s) nhỏ nhiều so với ng M1 (16 cm2/V.s) M3 (14 cm2/V.s) co Bên cạnh đó, mặt mạng đặc trưng cho tính chất khác vật liệu Chúng xem xét mặt mạng vật liệu có mặt mạng (002) an thể tính chất điện thỏa mãn thay đổi độ linh động Trong đó, độ linh động th điện tử bị ảnh hưởng chế tán xạ như: tán xạ biên hạt, tán xạ ion tạp ng chất, tán xạ dao động mạng, tán xạ va chạm điện tử tự do.[6] Mà kích du o thước tinh thể vật liệu lớn làm cho chất lượng tinh thể tốt, vật liệu sai hỏng tán xạ điện tử sai hỏng dẫn đến độ linh động cao Từ thơng số kích thước tinh thể ba mẫu, nhận thấy kích thước tinh thể mặt mạng (002) mẫu M2 (8.54 cu u nm) giá trị nhỏ so với hai mẫu M1 (39.51 nm) M3 (34.22 nm) có giá trị gần tương đương Vì mẫu M1, M3 có độ linh động gần cao nhiều so với mẫu M2 Điều phù hợp với kết đo Hall Như vậy, vật liệu IGZO có cấu trúc đa tinh thể, nhiên tính chất mặt mạng không Qua phép đo Hall nhiễu xạ tia X thấy mặt mạng (002) thể tính chất điện rõ ràng mẫu M1 có độ dẫn điện tốt Nhận xét: Từ phân tích phép đo nhiễu xạ cho mẫu M1, M2, M3 cho thấy quy trình chế tạo mẫu M1 cho kết tốt 20 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt KẾT LUẬN Muốn tăng hiệu suất cho thiết bị nhiệt điện, cần phải có loại vật liệu có tính chất nhiệt điện tốt là: dẫn điện tốt, dẫn nhiệt hệ số Seebeck lớn Sau trình tìm hiểu chế tạo, em đạt kết sau: c om ✓ Chế tạo thành công bán dẫn loại n ZnO đồng pha tạp Ga In theo 03 quy trình khác ✓ Biết cách đo độ cứng cho vật liệu nhận xét tính chất vật liệu biết độ ng cứng co ✓ Biết cách phân tích phổ nhiễu xạ tia X vật liệu ✓ Từ kết trên, nhận thấy quy trình chế tạo mẫu M1 tốt nhất, tạo mẫu cu u du o ng th an có độ cứng cao nhất, tính dẫn điện tốt kết tinh tốt 21 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt HƯỚNG PHÁT TRIỂN Để tìm vật liệu khối bán dẫn loại n IGZO có tính chất nhiệt điện đạt tối ưu nữa, thực khảo sát việc thay đổi phần trăm tạp chất In, Ga cu u du o ng th an co ng c om pha tạp vào ZnO thời gian tới 22 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [3] Nguyễn Văn Tuyên (2012), Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano ZnO, TiO2 dùng cho pin mặt trời sử dụng chất nhạy màu, Luận văn thạc sỹ Vật lý chất rắn, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội .c om [4] Nguyễn Tư (2016), Nghiên cứu chế tạo tính chất quang vật liệu ZnO, ZnO pha tạp C, Luận án tiến sỹ, Trường Đại học Bách Khoa, Hà Nội [6] Nguyễn Hữu Trương (2014), Nghiên cứu chế tạo màng ZnO đồng pha tạp ng Ga-In làm điện cực suốt chịu nhiệt độ cao, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Khoa co học tự nhiên, Tp Hồ Chí Minh an [10] Nguyễn Khắc Xương (2016), Vật liệu kỹ thuật (chế tạo, cấu trúc, lựa chọn th ứng dụng), Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội ng [11] Khoa Khoa học Công Nghệ vật liệu, Giáo trình mơn Thực tập tổng hợp Minh u Tiếng Anh: du o phân tích vật liệu chuyên ngành 2, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Tp Hồ Chí cu [1] Thermoelectric Materials, Devices and Systems: Technology Assessment [2] Tritt, T.M (2002), Thermoelectric Materials: Principles, Structure, Properties, and Applications, Clemson University, South Carolia [5] Gul Amin (2012), ZnO and CuO Nanostructures: Low Temperature Growth, Characterization, their Optoelectronic and Sensing Applications, Linköping University, Norrköping, Sweden 23 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt [7] Toshiki Tsubota, Michitaka Ohtaki, Koichi Eguchi, and Hiromichi Arai, Thermoelectric Properties of ZnO Doped with The Group 13 Elements, Department of Materials Science and Technology, Graduate School of Engineering Sciences, Kyushu University, Janpan [8] Nhat Hong Nguyen Tran, Huu Truong Nguyen, Yi-Ren Liu, Masoud c om Aminzare, Anh Thanh Tuan Pham, Sunglae Cho, Deniz P Wong, Kuei-Hsien Chen, Tosawat Seetawan, Ngoc Kim Pham, Hanh Kieu Thi Ta, Cao Vinh Tran, and Thang Bach Phan (2016), “Thermoelectric properties of Indium and Gallium dually-doped ZnO ng thin films”, ACS Apllied Materials & Interfaces, 8, pp 33916 – 33923 [9] Jing Wang, Ruosong Chen, Lan Xiang, Sridhar Komarneni, “Synthesis, co properties and applications of ZnO nanomaterials with oxygen vacancies: A review”, an Ceramics International, S0272-8842(18), pp 30313-4 th [12] Yih-Shing Lee a, Zuo-Ming Dai, Cheng-I Lin, Horng-Chih Lin (2011), ng “Relationships between the crystalline phase of an IGZO target and electrical properties cu u du o of a-IGZO channel film”, Ceramics International, 38S (2012), pp S595–S599 24 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... Phương pháp nhiễu x? ?? tia X ng 2.2 Các phương pháp phân tích cấu trúc tính chất vật liệu Phương pháp nhiễu x? ?? tia X (XRD) sử dụng để x? ?c định cấu trúc toàn phần an vật liệu, bao gồm số mạng, x? ?c... NGHỆ VẬT LIỆU BỘ MÔN VẬT LIỆU NANO & MÀNG MỎNG c om  ng LÊ THỊ HỒNG an co SEMINAR TỐT NGHIỆP th KHẢO SÁT CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU ng KHỐI NHIỆT ĐIỆN ZnO ĐỒNG PHA TẠP Ga-In... sánh giản đồ nhiễu x? ?? bột IGZO sau sấy 120oC giản đồ nhiễu x? ?? bột oxit Từ hình 3.1, ta thấy giản đồ nhiễu x? ?? tia X vật liệu IGZO sau sấy 120oC tương đương với giản đồ nhiễu x? ?? tia X ZnO Bên cạnh