Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron

Màng SnO2 pha tạp Sb (ATO) được chế tạo từ bia gốm hỗn hợp (SnO2+ Sb2O3) bằng phương pháp phún xạ magnetron dòng một chiều (DC) trong khí nền Ar ở áp suất 2,10-3 torr. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD), hiệu ứng Hall và phổ truyền qua UV-VIS được sử dụng để khảo sát đặc trưng của màng. Nhiệt độ đế của màng được khảo sát theo hai cách, cách thứ nhất màng được ủ trong khí Ar sau khi được lắng đọng ở nhiệt độ phòng, cách thứ hai màng được lắng đọng trực tiếp theo nhiệt độ đế. Kết quả cho thấy, màng ATO được tạo theo cách thứ nhất dễ dàng cho loại p hơn. Màng có tính chất điện loại p, có cấu trúc đa tinh thể bốn phương (tetragonal – tứ giác) rutile của màng SnO2 tinh khiết, và có độ truyền qua trong vùng khả kiến trên 80 %

ở nhiệt độ ủ tối ưu 500 0C. Tính chất điện của màng tốt nhất với điện trở suất, nồng độ lỗ trống và độ linh động tương ứng là 0,55 .cm, 1,2.1019 cm-3 và 0,54 cm2V1s-1 và phần trăm Sb2O3 tối ưu trong bia là 10 % wt. Từ khóa: Bán dẫn loại p, phún xạ, antimony.

Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron trang 1

Trang 1

Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron trang 2

Trang 2

Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron trang 3

Trang 3

Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron trang 4

Trang 4

Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron trang 5

Trang 5

Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron trang 6

Trang 6

Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron trang 7

Trang 7

Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron trang 8

Trang 8

Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron trang 9

Trang 9

Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron trang 10

Trang 10

Tải về để xem bản đầy đủ

pdf 11 trang Trúc Khang 08/01/2024 5140
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron

Tối ưu hóa tính chất quang điện màng dẫn điện trong suốt SnO2: Sb (ATO) loại p được chế tạo bằng phương pháp phún xạ magnetron
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ T1 - 2015 
Trang 23 
Tối ưu hóa tính chất quang điện màng 
dẫn điện trong suốt SnO2:Sb (ATO) 
loại p được chế tạo bằng phương pháp 
phún xạ magnetron 
 Đặng Hữu Phúc 
 Nguyễn Văn Duẫn 
 Nguyễn Sĩ Hoài Vũ 
 Lê Trấn 
 Lê Văn Hiếu 
 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM 
( Bài nhận ngày 02 tháng 12 năm 2014, nhận đăng ngày 22 tháng 06 năm 2015) 
TÓM TẮT 
Màng SnO2 pha tạp Sb (ATO) được chế 
tạo từ bia gốm hỗn hợp (SnO2+ Sb2O3) bằng 
phương pháp phún xạ magnetron dòng một 
chiều (DC) trong khí nền Ar ở áp suất 2,10
-3 
torr. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD), hiệu ứng Hall 
và phổ truyền qua UV-VIS được sử dụng để 
khảo sát đặc trưng của màng. Nhiệt độ đế 
của màng được khảo sát theo hai cách, cách 
thứ nhất màng được ủ trong khí Ar sau khi 
được lắng đọng ở nhiệt độ phòng, cách thứ 
hai màng được lắng đọng trực tiếp theo nhiệt 
độ đế. Kết quả cho thấy, màng ATO được 
tạo theo cách thứ nhất dễ dàng cho loại p 
hơn. Màng có tính chất điện loại p, có cấu 
trúc đa tinh thể bốn phương (tetragonal – tứ 
giác) rutile của màng SnO2 tinh khiết, và có 
độ truyền qua trong vùng khả kiến trên 80 % 
ở nhiệt độ ủ tối ưu 500 
0
C. Tính chất điện 
của màng tốt nhất với điện trở suất, nồng độ 
lỗ trống và độ linh động tương ứng là 
0,55 .cm, 1,2.10
19
 cm
-3
 và 0,54 cm
2
V
1
s
-1
 và 
phần trăm Sb2O3 tối ưu trong bia là 10 % wt. 
Từ khóa: Bán dẫn loại p, phún xạ, antimony. 
GIỚI THIỆU 
Trong những năm đầu của thế kỷ 21, các loại 
màng dẫn điện trong suốt(TCO) loại n như 
ITO[26], ZnO pha tạp kim loại nhóm III[12], 
SnO2 pha tạp kim loại nhóm V[24] hoặc 
Flo(F)[25]đã phát triển đến đỉnh cao và đạt đến 
mức bão hòa với điện trở suất cỡ10-4 Ω.cm, nồng 
độ hạt tải âm cỡ 1021 cm-3, độ truyền qua trong 
vùng ánh sáng khả kiến trên 80 %. Kết quả đạt 
được này đã được ứng dụng vào thực tiễn như 
điện cực trong suốt cho pin mặt trời, các loại 
LED, cửa sổ điện sắc, màn hình hiển thị phẳng 
[2, 5] Chính vì sự bão hòa của TCO loại n 
cũng như công nghệ bán dẫn cần được phát triển 
rộng hơn trong tương lai, TCO loại p được các 
nhà khoa học tập trung nghiên cứu trong những 
năm gần đây, với hy vọng kết hợp được cả hai 
loại TCO nhằm tạo ra các thiết bị quang điện đa 
dạng hơn. 
TCO loại p được quan tâm nghiên cứu trước 
nhất là vật liệu có cấu trúc delafositte AMO2 
hoặc AMO2 pha tạp kim loại, nhưng những kết 
quả nghiên cứu về loại vật liệu chỉ đáp ứng được 
tính chất điện của TCO, chẳng hạn CuY1-xCaxO2 
Science & Technology Development, Vol 18, No.T1- 2015 
Trang 24 
[7],CuScO2 [8], CuCrO2 [10], CuCr1-xMgxO2 [9, 
10] đạt được điện trở suất nhỏ hơn 1 .cm nhưng 
độ truyền qua trong vùng khả kiến dưới 50 %, 
riêng CuAlO2 [19] có điện trở suất khoảng 1 
.cm nhưng độ truyền qua cũng chỉ dưới 70 % 
trong vùng khả kiến. Do những hạn chế của vật 
liệu delafositte, ZnO pha tạp N hoặc đồng pha tạp 
kim loại nhóm III và N đã được quan tâm nghiên 
cứu, nhưng kết quả không như mong muốn vì 
tính chất điện kém bền do tạp acceptor giảm dần 
theo thời gian [6, 13, 16, 20]. Một loại vật liệu 
triển vọng có khả năng đáp ứng được tính chất 
điện và quang của TCO loại p chính là SnO2 bởi 
vì chúng có độ rộng vùng cấm lớn khoảng 
3,6 eV, độ bền cơ, nhiệt và hóa cao. Hơn nữa 
SnO2 pha tạp các kim loại nhóm III dễ hình thành 
loại p do Sn có hóa trị IV. 
Những năm gần đây, màng SnO2 loại p pha 
tạp các kim loại nhóm III bước đầu được một số 
tác giả nghiên cứu như SnO2 pha tạp Al của Bon 
Heun Koo [21], SnO2 pha tạp Ga của Hee Young 
Lee [22] và Zhenguo Ji [14], SnO2 pha tạp In của 
tác giả Zhenguo Ji [11], hay SnO2 pha tạp Sb của 
J. Ni, X. Zhao [15]. Ngoài ra SnO2 còn được pha 
tạp kim loại nhóm II như Zn của Jia Miao Ni 
[23], và đồng pha tạp 2 kim loại In và Ga với 
mục đích tăng độ linh động của Zhenguo Ji [17]. 
Đại đa số các công trình sử dụng phương pháp 
chế tạo là phún xạ RF [23], chỉ một vài công 
trình sử dụng các phương pháp sol-gel [11], sray-
pyrolysis [17]... 
Trong các công trình sử dụng phương pháp 
RF đã nêu trên, các thông số chế tạo màng như 
công suất phún xạ, áp suất phún xạ, đặc biệt nhiệt 
độ ủ màng đã được khảo sát nhưng nhiệt độ ủ 
màng, thời gian ủ màng và đặc biệt nhiệt độ áp 
trực tiếp trên đế trong quá trình lắng đọng rất 
khác nhau ở các công trình khác nhau. Vấn đề 
này chưa thấy công trình nào giải thích một cách 
rõ ràng, hơn nữa phương pháp phún xạ 
magnetron DC chưa được công trình nào nghiên 
cứu. Vì vậy, trong công trình này chúng tôi 
nghiên cứu tính chất quang điện, cấu trúc tinh thể 
của màng SnO2 pha tạp antimony (Sb) được lắng 
đọng trên đế thạch anh bằng phương pháp phún 
xạ magnetron DC từ bia gốm hỗn hợp SnO2 và 
Sb2O3. Các thông số cần được khảo sát như nhiệt 
độ đế trực tiếp trong quá trình chế tạo, nhiệt độ ủ 
màng và phần trăm pha tạp Sb2O3 trong bia. 
THỰC NGHIỆM 
Màng SnO2:Sb (ATO) được chế tạo bằng 
phương pháp phún xạ magnetron dc từ bia g ... o
C. 
Tính chất điện của màng ATO 
Kết quả (Bảng 1) cho thấy tất cả màng SnO2 
được lắng đọng trực tiếp từ nhiệt độ phòng (tp) 
lên 500 
oC đều có tính chất điện loại n, kể cả mẫu 
được ủ lên 600 oC sau khi được tạo ở 500 oC. 
Trong khi đó, màng được tạo từ bia ATO chứa 
15 %wt Sb2O3 cho kết quả dẫn điện loại p khi 
nhiệt độ đế đạt 500 oC, rõ ràng Sb bắt đầu thay 
thế Sn trong mạng SnO2 ở nhiệt độ này, điều này 
đã đề cập ở phần “Khảo sát cấu trúc màng ATO”, 
và nồng độ lỗ trống tăng từ bậc 1015 cm-3 lên bậc 
10
16
 cm
-3, đồng thời độ linh động giảm 6 lần khi 
màng được lắng đọng ở nhiệt độ đế 500 oC rồi ủ 
lên 600 
o
C trong khí Ar trong 1 giờ, điều này 
khẳng định Sb thay thế Sn đáng kể khi màng 
được ủ nhiệt. Chính vì vậy tính chất điện của 
màng cần được khảo sát theo nhiệt độ ủ sau khi 
màng được tạo ở nhiệt độ phòng. 
Bảng 1. Kết quả đo Hall của màng SnO2 và màng ATO được làm từ bia chứa 15 % Sb2O3 được lắng 
đọng theo nhiệt độ đế. 
 Màng SnO2 Màng ATO 
Tên 
mẫu 
Nhiệt 
độ đế 
(
o
C) 
Điện 
trở 
suất 
(.cm) 
Độ 
linh động 
(cm
2
V
1
s
-1
) 
Nồng độ 
hạt tải 
(cm
-3
) 
Loại 
hạt 
tải 
Điện 
trở 
suất 
(.cm) 
Độ 
linh động 
(cm
2
V
1
s
-1
) 
Nồng độ 
hạt tải 
(cm
-3
) 
Loại 
hạt 
tải 
a tp 
b 200 1,0 1,391 -4,5.10
18 
n 43,8 0,02 -7,1.10
18
 n 
c 300 3,5 0,519 -3,4.10
18
 n 1,2 0,44 -1,2.10
19
 n 
d 400 0,5 2,217 -5,2.10
18
 n 1,7 2,79 -1,3.10
18
 n 
e 500 0,05 3,9 -3,6.10
19
 n 43,6 19,3 7,4.10
15
 p 
f 
500 ủ 
600 
2,81 1,27 -1,75.10
18 
n 26,1 3,49 6,9.10
16
 p 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ T1 - 2015 
Trang 29 
Bảng 2. Kết quả đo Hall của màng SnO2 và ATO với 15 % Sb2O3 được lắng đọng ở nhiệt độ phòng đó ủ 
theo nhiệt độ trong môi trường Ar. 
Màng SnO2 Màng ATO 
Tên 
mẫu 
Nhiệt 
độ đế 
(
o
C) 
Điện trở 
suất 
(.cm) 
Độ linh 
động 
(cm
2
V
1
s
-1
) 
Nồng 
độ hạt 
tải 
(cm
-3
) 
Loại 
hạt 
tải 
Điện trở 
suất 
(.cm) 
Độ linh 
động 
(cm
2
V
1
s
-1
) 
Nồng độ 
hạt tải 
(cm
-3
) 
Loại 
hạt 
tải 
a tp 
b 200 17,11 2,51 -1,5.10
17
 n 4,5 0,65 -2,1.10
18
 n 
c 300 
12,8 2,61 -1,8.10
17
 n 
d 400 
71,8 0,81 1,1.10
17
 p 
e 500 
30,6 1,72 1,2.10
17
 p 
f 550 278 1,59 1,4.10
16
 p 0,83 1,73 4,4.10
18
 p 
g 600 153 3,1 1,3.10
16
 p 4,2 2,9 5,1.10
17
 p 
h 650 210 5,89 5,1.10
15
 p 12,8 4,1 1,2.10
17
 p 
Theo kết quả biểu diễn trong Bảng 2, màng 
SnO2 không dẫn điện ở nhiệt độ phòng và trở nên 
dẫn điện loại n khi được ủ ở 200 oC, màng ATO 
cũng cho kết quả tương tự nhưng điện trở suất 
nhỏ hơn rất nhiều so với màng SnO2 ở nhiệt độ ủ 
200 
o
C. Nguyên nhân này do sự tồn tại acceptor 
Sn
2+ đóng góp hạt tải dương và khuyết Oxy đóng 
góp hạt tải âm bù trừ nhau khi màng được lắng 
đọng ở nhiệt độ phòng, và màng trở nên dẫn điện 
loại n khi màng được ủ lên 200 oC do aceptor 
Sn
2+
 chuyển thành Sn4+ cho cả SnO2 và ATO, 
ngoài ra còn có sự phân ly của pha vô định hình 
Sb2O3 thành Sb góp phần cho màng ATO dẫn 
điện loại n tốt hơn màng SnO2. Kết quả Bảng 2 
cũng cho thấy màng SnO2 không dẫn điện khi 
được ủ từ 300 oC đến 500 oC đó là do Sn2+ 
chuyển hoàn toàn thành Sn4+ cùng với sự lấp đầy 
khuyết Oxy từ Oxy của khí nền, trong khi đó 
màng ATO dẫn điện và có tính chất loại nở nhiệt 
độ ủ 300 oC và bắt đầu có tính chất điện loại p ở 
nhiệt độ 400 oC đó là do Sb chèn vào mạng SnO2 
với số lượng đủ lớn. Ở nhiệt độ ủ 550 oC trở lên 
màng SnO2 dẫn điện loại p do sự phân ly của 
SnO2 thành Sn2O3 nhưng điện trở suất cao hơn 
rất nhiều so với màng ATO được chế tạo trong 
cùng điều kiện, điều này chứng tỏ vai trò dẫn 
điện của hạt tải dương chủ yếu là do Sb3+ thay thế 
Sn
4+
 chứ không do Sn3+ thay thế Sn4+ quyết định. 
Thật vậy, ở nhiệt độ trên 550 oC, nồng độ lỗ 
trống của màng SnO2 thuần giảm dần do Sn2O3 bị 
oxy hóa tăng dần, đồng thời độ linh động tăng 
dần lên theo nhiệt độ ủ, điều này trái ngược hoàn 
toàn với kết quả của màng ATO, ngoại trừ nhiệt 
độ ủ 650 oC cả hai màng đều có số lỗ trống giảm. 
Kết quả cho thấy màng có điện trở suất thấp nhất 
tương ứng với bia ATO chứa 15 %wt Sb2O3 ở 
nhiệt độ ủ tốt nhất là 550 oC, nhưng để khẳng 
định hơn nữa sự đóng góp của hạt tải dương của 
Sn
3+
 có đáng kể hay không, cần tăng thời gian ủ 
của các màng ATO loại p có và không có pha 
tinh thể Sn2O3 từ 1 giờ lên 2 giờ. 
Science & Technology Development, Vol 18, No.T1- 2015 
Trang 30 
Bảng 3. Kết quả đo Hall của màng ATO được lắng đọng ở nhiệt độ phòng sau đó ủ 1 giờ và 2 giờ trong 
môi trường khí Ar. 
Màng ATO ủ trong 1 giờ Màng ATO ủ trong 2 giờ 
Tên 
mẫu 
Nhiệt 
độ đế 
(
o
C) 
Điện trở 
suất 
(.cm) 
Độ 
 linh động 
(cm
2
V
1
s
-1
) 
Nồng độ 
hạt tải 
(cm
-3
) 
Điện trở 
suất 
(.cm) 
Độ 
linh động 
(cm
2
V
1
s
-1
) 
Nồng độ 
hạt tải 
(cm
-3
) 
Loại 
hạt 
tải 
e 500 30,6 1,72 1,2.10
17
 0,78 2,48 3,2.10
18
 p 
f 550 0,83 1,73 4,4.10
18
 1 1,13 5,5.10
18
 p 
g 600 4,2 2,9 5,1.10
17
 2,13 1,13 2,6.10
18
 p 
h 650 12,8 4,1 1,2.10
17
 3,1 0,95 2,1.10
18
 p 
Như đã đề cập ở phần “Khảo sát cấu trúc 
màng ATO”, vai trò dẫn điện loại p của Sn3+ có 
ảnh hưởng đến tính ổn định của màng hay không 
cần phải được xác định rõ. Kết quả (Bảng 3) 
khẳng định sự đóng góp của Sn3+ vào vai trò dẫn 
điện loại p là không đáng kể thông qua số hạt tải 
dương của màng ATO không có pha Sn2O3 tăng 
nhiều hơn màng có pha Sn2O3 ở nhiệt độ ủ trong 
2 giờ so với 1 giờ. Vậy nồng độ lỗ trống tăng lên 
từ sự thay thế Sb3+ vào vị trí Sn4+ là chủ yếu và lỗ 
trống do Sn3+ đóng góp là thiểu số. Vấn đề còn lại 
cần xác định %wt Sb2O3 trong bia sao cho khi 
màng được lắng đọng từ chúng có nồng độ Sb3+ 
thay thế Sn4+ nhiều nhất. 
Bảng 4. Kết quả đo Hall của màng ATO được lắng đọng ở nhiệt độ phòng từ các bia ATO chứa % wt 
Sb2O3 (5, 10, 15 %) khác nhau sau đó ủ lên 500 
o
C trong khí Ar. 
Tên mẫu 
% wt Sb2O3 chứa 
trong bia ATO 
Điện trở suất 
(.cm) 
Độ linh động 
(cm
2
V
1
s
-1
) 
Nồng độ hạt tải 
(cm
-3
) 
Loại 
hạt tải 
a 5 36,8 0,18 9,5.10
17
 P 
b 10 0,55 0,54 1,2.10
19
 P 
c 15 0,78 2,48 3,2.10
18
 P 
Kết quả (Bảng 4) cho thấy màng có điện trở 
suất thấp nhất 0,55 .cm với nồng độ lỗ trống 
cao nhất cỡ 1,2.1019 cm-3 tương ứng với bia ATO 
chứa 10 %wt Sb2O3. Rõ ràng số lượng Sb
3+
 thay 
thế Sn4+ vừa đủ sẽ cho số lỗ trống cao nhất. Còn 
khi %wt Sb2O3 trong bia quá lớn, Sb
3+
sẽ không 
thay thế hết vào mạng tạo ra các hạt tải âm thừa 
bù trừ bớt các hạt tải dương nên số lỗ trống giảm 
xuống. 
Tính chất quang của màng ATO 
Hình 5. B) Phổ truyền qua của màng ATO 
được chế tạo từ nhiệt độ phòng sau đó ủ trong 
khí Ar theo nhiệt độ. 
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
0
20
40
60
80
100
a-nhiệt độ phòng, 
 b-200
o
C, 
c-300
o
C, 
d-400
o
C, 
 e-500
o
C, 
f- 550
o
C 
g-600
o
C 
h-650
o
C 
Bước sόng (nm)
Ð
ộ 
tr
u
yề
n
 q
u
a
 (
T
%
)
h ge
c
b
a
d
f
Hình 5. A) Phổ truyền qua của màng SnO2 được 
chế tạo từ nhiệt độ phòng sau đó ủ trong khí Ar 
theo nhiệt độ. 
200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
0
20
40
60
80
100
a-nhiệt độ phòng, 
 b-200
o
C, 
c-300
o
C, 
d-400
o
C, 
 e-500
o
C, 
f- 550
o
C 
g-600
o
C 
h-650
o
C 
a
Bước sόng (nm)
Ð
ộ 
tr
u
yề
n
 q
u
a 
(T
%
)
h
f
e
g
c
b
d
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ T1 - 2015 
Trang 31 
Kết quả về tính chất điện ở phần “Tính chất 
điện của màng ATO” cho thấy màng ATO có 
điện trở suất tốt hơn khi chúng được lắng đọng ở 
nhiệt độ phòng rồi được ủ theo nhiệt độ, vì vậy 
đề tài này không khảo sát phổ truyền qua trong 
vùng bước sóng 200  1100 nm của các màng 
SnO2 và màng ATO được lắng đọng trực tiếp 
theo nhiệt độ đế mà chỉ khảo sát phổ truyền qua 
của màng SnO2và màng ATO được ủ theo nhiệt 
độ trong khí Ar sau khi được lắng đọng ở nhiệt 
độ phòng. 
Hình 5A biểu diễn phổ truyền qua trong vùng 
bước sóng 200  1100 nm của các màng SnO2 
được ủ theo nhiệt độ trong khí Ar sau khi được 
lắng đọng ở nhiệt độ phòng. Ở nhiệt độ phòng, 
màng tạo được chứa pha SnO đúng như giải thích 
trong phần “Tính chất điện của màng ATO”, 
nghĩa là mức acceptor Sn2+ là tâm sâu nên hấp 
thụ một phần ánh sáng khả kiến có bước sóng 
nhỏ hơn 450 nm như đã đề cập trong công trình 
[1, 18], do đó độ rộng vùng cấm của màng 
SnO2và ATO bị giảm. Trong khi đó màng được ủ 
ở nhiệt độ đế trên 200 0C, pha SnO được cung 
cấp năng lượng nhiệt chuyển dần thành SnO2 vì 
thế độ truyền qua của màng tăng dần lên trên 
80 % trong vùng khả kiến đồng thời bờ hấp thu 
tử ngoại dịch dần từ vùng khả kiến về vùng bước 
sóng ngắn hơn khi nhiệt độ ủ tăng dần đến 
500 
o
C, còn trên 500 
o
C sự biến đổi này không 
đáng kể, nghĩa là pha SnO gần như không còn. 
Trong khi đó phổ truyền qua của màng ATO 
trong cùng vùng bước sóng 200  1100 nm 
 (Hình 5B) cho thấy sự khác biệt so với phổ 
truyền qua của màng SnO2 trong cùng vùng bước 
sóng, cụ thể độ truyền qua trung bình của màng 
ATO rất thấp khi nhiệt độ ủ dưới 400 oC, đó là do 
sự phân ly của Sb2O3 thành Sb, nên ánh sáng bị 
hấp thụ đều trong toàn vùng khả kiến, điều này 
hoàn toàn hợp lý với giải thích ở phần “Khảo sát 
cấu trúc màng ATO”, và khi nhiệt độ ủ đạt 
400 
o
C, Sb bắt đầu chèn dần vào mạng dẫn đến 
độ truyền qua của màng tăng lên và đạt trên 80 % 
khi nhiệt độ ủ đạt 500 oC. 
Hình 6 biểu diễn phổ truyền qua trong vùng 
2001100 nm của các màng ATO được lắng 
đọng ở nhiệt độ phòng từ các bia chứa % wt 
Sb2O3 (5, 10, 15 %) khác nhau, tất cả màng có độ 
dày khoảng 400 nm, được ủ ở nhiệt độ 500 oC 
sau khi lắng đọng. Nhận thấy các màng có độ 
truyền qua trong vùng khả kiến trên 80 %, kết 
quả này đáp ứng được tính chất quang đối với 
tiêu chuẩn của màng dẫn điện trong suốt. 
Hình 6. Phổ truyền qua của màng ATO được 
khảo sát theo %wt Sb2O3 trong bia ở nhiêt độ ủ 
500 oC trong 2 giờ. 
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
0
20
40
60
80
100
a-5% 
b-10% 
c-15% 
Bước sόng (nm)
Ð
ộ
 t
ru
y
ền
 q
u
a 
(T
%
)
b
c
a
Science & Technology Development, Vol 18, No.T1- 2015 
Trang 32 
KẾT LUẬN 
Màng ATO chế tạo được chỉ chứa pha SnO2 
đa tinh thể với cấu trúc bốn phương rutile, có tính 
chất điện loại p ở nhiệt độ ủ tối ưu 500 oC trong 
thời gian hai giờ với điện trở suất, nồng độ lỗ 
trống và độ linh động của hạt tải tương ứng là 
0,55 .cm, 1,2.1019 cm-3,0,54 cm2V1s-1, độ truyền 
qua của màng trong vùng khả kiến trên 80 %. Kết 
quả đạt được này tương ứng với bia ATO chứa 
10 % wt Sb2O3. 
Studying and fabricating p - type 
transparent conducting antimony - 
doped SnO2 thin films by magnetron 
sputtering 
 Dang Huu Phuc 
 Nguyen Van Duan 
 Nguyen Si Hoai Vu 
 Le Van Hieu 
 Le Tran 
 University of Science, VNU-HCM 
ABSTRACT 
Sb doped tin oxide films (ATO) were 
fabricated on Quart glasses from (SnO2 + 
Sb2O3) mixture ceramic target by direct 
current (DC) magnetron sputtering in Ar 
ambient gas at working pressure of 
2.10
-3 
torr. X ray diffraction (XRD), Hall - 
effect measurements and UV-vis spectra 
were performed to characterize the 
deposited films. The substrate temperature 
of films was investigated for two ways. Films 
were annealed in Ar ambient gas after 
deposited at room temperature in one way. 
They were deposited directly with different 
temperatures in the other. It is found that the 
fabricated of ATO films in the first way was 
easier than the other. Deposited films 
showed p type electrical property, 
polycrystalline tetragonal rutile structure and 
their average transmittance was above 80 % 
in visible light range at the optimum 
annealing temperature of 500 
o
C. The best 
electrical properties of film were obtained on 
10 %wt Sb2O3 doped SnO2 target with its 
resistivity, hole concentration and Hall 
mobility are 0.55 .cm, 1.2.10
19
 cm
-3
 and 
0.54 cm
2
V
-1
s
-1
, respectively. 
Key words: p-Type, magnetron sputtering, ATO. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Z.M. Jarzebski, Journal of the 
Electrochemical Society, 123, 199-205 
(1976). 
[2]. S.J. Laverty, H. Feng, Pmaguire, J 
Electrochem Soc, 144, 2165-2173 (1997). 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ T1 - 2015 
Trang 33 
[3]. A.V. Tadeev, G. Delabouglise, M. Labeau, 
Mater. Sci. Eng B, 57, 76-83 (1998). 
[4]. K. Omura, P. Veluchamy, M. Tsuji, T. 
Nishio, D. Murojono, J. Electrochem. Soc, 
146, 2113-2116 (1999). 
[5]. D.S. Ginley, C. Bright, MRS Bull, 25, 15-
18 (2000). 
[6]. T.J. Coutts, D.L. Young, X. Li, Mater. Res. 
Soc. Symp. Proc., 199, 623 (2000) 
[7]. M. KJayaraj, A.D. Draeseke, J. Tate, A.W. 
Sleight, Thin Solid Films, 397, 244–248 
(2001). 
[8]. N. Duan, A.W. Sleight, M.K. Jayaraj, J. 
Tate, Appl. Phys. Lett, 77 (2000). 
[9]. R. Nagarajan, A.D. Draeseke, A.W. 
Sleight, J. Tate, J. Appl. Phys., 89, 8022 
(2001). 
[10]. R. Nagarajan, N. Duan, M.K. Jayaraj, J. Li, 
K.A. Vanaja, A. Yokochi, A. Draeseke, J. 
Tate, A.W. Sleight, Int. J.Inorg. Mater, 3, 
265 (2001). 
[11]. Z. Ji, Z. He, Y. Song, K. Liu, Z. Ye, Journal 
of Crystal Growth, 282–285, 259 (2003). 
[12]. V. Musat, B. Teixeira, E. Fortunato, R.C.C. 
Monteiro, P. Vilarinho, Surface and 
Coatings Technology, 659–662, 180–181 
(2004). 
[13]. S.J. Pearton, D.P. Norton, K. Ip, Y.W. Heo, 
T. Steiner, Prog. Mat. Sci, 293, 50 (2005). 
[14]. Y. Huang, Z. Ji, C. Chen, Applied Surface 
Science, 4819–4822, 253 (2007). 
[15]. J. Ni, X. Zhao, X. Zheng, J. Zhao, B. Liu, 
Acta Materialia, 278–285, 57 (2009). 
[16]. K. Tang, S. LGu, S.M. Zhu, J.G. Liu, H. 
Chen, J.D. Ye, R. Zhang, Y.D. Zheng, Appl. 
Phys. Lett., 192106, 95 (2009). 
[17]. Q. Mao, Z. Ji, Lina, Phys. Status Solidi B, 
299–302, 247 (2010). 
[18]. E. Fortunato, R. Barros, P. Barquinha, V. 
Figueiredo, S.H.K. Park, C.S. Hwang, R. 
Martins, Applied Physics Letters, 052105, 
97 (2010). 
[19]. C.T. Su, H.Y. Lee, B.K. Wu, M.Y. Chern, 
Journal of Crystal Growth, 25–29, 328 
(2011). 
[20]. X. Chen, Z. Zhang, B. Yao et al., Applied 
Physics Letters, 091908, 99 (2011). 
[21]. J. Ni, X. Zhao*, X. Zheng, J. Zhao, B. Liu, 
Received 15 June 2008, Journal of Ceramic 
Processing Research, 385-389, 13 (2012). 
[22]. F. Finanda, Damisih, H.C. Ma, H.Y. Lee, 
Journal of Ceramic Processing Research, 
181-185, 13 (2012). 
[23]. J.M. Ni, X.J. Zhao, J. Zhao, J Inorg 
Organomet. Polym., 21–26, 22 (2012). 
[24]. G.W. Kim, C.H. Sung, Y.J. Seo, K.Y. Park, 
S.N. Heo, S.H. Lee, B.H. Koo, Journal of 
Ceramic Processing Research, 394-397, 13 
(2012). 
[25]. F.M. Flores, A.G. Cervantes, K.E.N. 
Zepedab, J.G.Q. Galván, A. Hernández, M. 
Olvera, M. Meléndez-Lira, Revista 
Mexicana de Fisica, 335–338, 59 (2013). 
[26]. V.G. Kytin, V.A. Kulbachinskii, O.V. 
Reukova, Y.M. Galperin, T.H. Johansen, S. 
Diplas, A.G. Ulyashin, Appl. Phys. A, 957–
964, 114 (2014). 

File đính kèm:

  • pdftoi_uu_hoa_tinh_chat_quang_dien_mang_dan_dien_trong_suot_sno.pdf