Hõ trợ trực tuyến
Nhất Đại Thánh Sư -Tư Vấn Luận Án Nhất Đại Thánh Sư -Tư Vấn Luận Án
09.63.68.69.68
My status
Mrs Lan Anh Vấn Luận Văn Th.Sĩ Mrs Lan Anh Vấn Luận Văn Th.Sĩ
09.63.63.63.15
Mr Kính- Hướng Dẫn Thanh Toán- Lập Tài Khoản Mr Kính- Hướng Dẫn Thanh Toán- Lập Tài Khoản
0986742669
Nhận hồ sơ Tuyển sinh CĐ-ĐH Y Dược-Sư Phạm Nhận hồ sơ Tuyển sinh CĐ-ĐH Y Dược-Sư Phạm
024.62.97.0777
Cô Hân(Vật Lý  LTĐH) Cô Hân(Vật Lý LTĐH)
0983274486
Tư Vấn Sử Dụng Hóa Chất- Công Nghiệp Giấy Tư Vấn Sử Dụng Hóa Chất- Công Nghiệp Giấy
0964664810

Tất cả PDF Doc/Xml/Ppt/Text Prc Chm Lit Âm thanh Video
share nghiên cứu chế tạo và tính chất vật lý của vật liệu nano tinh thể sixge1-x trên nền sio2 lên facebook cho bạn bè cùng đọc!
nghiên cứu chế tạo và tính chất vật lý của vật liệu nano tinh thể sixge1-x trên nền sio2

Ngày đăng: 18/11/2016 Lượt xem: 24 Người Upload: Thai Van
Yêu thích: 0 Báo xấu: 0 Loại file: doc

Luận văn cao học: Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật lý của vật liệu nano tinh thể Sixge1-X trên nền SiO2. Sự phát triển nhanh chóng về khoa học và công nghệ, điện năng sinh ra từ nguồn năng lượng mặt trời không còn quá đắt đỏ đối với người tiêu dùng. Hơn nữa, việc khai loại năng lượng này chỉ yêu cần đầu tư ban đầu một lần và có thể dùng được trong nhiều năm tùy thuộc vào chất lượng và sự ổn định của vật liệu và linh kiện chế tạo. Nằm trên vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, Việt nam có giải phân bổ ánh nắng mặt trời thuộc loại cao trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời được đánh giá rất lớn....

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI 2015
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC


NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU NANO TINH THỂ SIXGE1-X TRÊN NỀN SIO2


HV TRƯƠNG THỊ THANH THỦY - HDKH TS.NGÔ NGỌC HÀ

 

 

 

 

Khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ đang dần cạn kiệt, nguồn cung cấp không ổn định với những bất lợi về điều kiện địa lý và công nghệ khai thác, nhiều nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng sinh học, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng thủy triều và sóng biển,… đang được quan tâm nghiên cứu và khai thác, trong đó và đặc biệt nhất là một nguồn năng lượng gần như vô tận – năng lượng mặt trời.

 

Sự phát triển nhanh chóng về khoa học và công nghệ, điện năng sinh ra từ nguồn năng lượng mặt trời không còn quá đắt đỏ đối với người tiêu dùng. Hơn nữa, việc khai loại năng lượng này chỉ yêu cần đầu tư ban đầu một lần và có thể dùng được trong nhiều năm tùy thuộc vào chất lượng và sự ổn định của vật liệu và linh kiện chế tạo. Nằm trên vùng khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, Việt nam có giải phân bổ ánh nắng mặt trời thuộc loại cao trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới, tiềm năng khai thác năng lượng mặt trời được đánh giá rất lớn.

 

Pin năng lượng mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện) Là thiết bị thu nhận năng lượng mặt trời và chuyển đổi thành điện năng. Cấu tạo của pin mặt trời cơ bản gồm các điốt p-n. Dưới ánh sáng mặt trời nó có khả năng tạo ra dòng điện nhờ các điện tử và lỗ trống được sinh ra dựa trên hiệu ứng quang điện. Các pin năng lượng mặt trời có rất nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp cho các vùng mà mạng lưới điện chưa vươn tới, các loại thiết bị viễn thám, cầm tay như các vệ tinh quay xung quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, điện thoại di động,.. . Pin năng lượng mặt trời thường được chế tạo thành các module hay các tấm năng lượng mặt trời nhằm tạo ra các tấm pin có diện tích tiếp xúc với ánh sáng mặt trời lớn. Vật liệu dùng để chế tạo pin mặt trời hiện nay chủ yếu là Si, mặc dù hiệu suất của loại vật liệu này chưa cao, khoảng 15% cho các sản phẩm thương mại. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời lý thuyết có thể lên đến khoảng 33 %, tuy nhiên để nâng cao được hiệu suất pin mặt trời trên cơ sở Si, yêu cầu về việc chế tạo vật liệu và linh kiện là rất cao và tốn kém.

 

Trong kĩ thuật điện tử chỉ sử dụng một số chất bán dẫn có cấu trúc đơn tinh thể, quan trọng nhất là hai nguyên tố Germani (Ge) Và Silic (Si) Thuộc nhóm 4 trong bảng tuần hoàn. Thông thường Ge và Si được dùng làm chất chính còn các chất như Bo, Indi (nhóm 3), photpho, Asen (nhóm 5) Làm tạp chất cho các vật liệu bán dẫn chính. Đặc điểm cấu trúc mạng tinh thể này là độ dẫn điện của nó rất nhỏ khi ở nhiệt độ thấp và nó sẽ tăng theo lũy thừa với sự tăng của nhiệt độ và tăng gấp bội khi có trộn thêm tạp chất. Si và Ge có tính chất chung trong cấu tạo nguyên tử của chúng là có 4 electron hóa trị ở trên phân lớp ngoài. Giữa các nguyên tử Si (Ge) Có sự liên kết đồng hóa trị, mỗi nguyên tử liên kết với 4 nguyên tử xung quanh bằng cách trao đổi electron của chúng với nhau [1,2].

 

Vật liệu Ge khối có vùng dẫn xiên khoảng 0,66 eV có khả năng duy trì thời gian sống của hạt tải và một vùng dẫn thẳng trong khoảng 0,8 eV ở nhiệt độ phòng [2]. Với năng lượng vùng cấm này, vật liệu Ge được lựa chọn làm các linh kiện chuyển đổi ánh sáng hồng ngoại thành các tín hiệu điện – detector hồng ngoại với hiệu suất hấp thụ photon là khá tốt [20]. Chỉ xét riêng về độ rộng vùng cấm thì vật liệu Ge có khe năng lượng khá gần với năng lượng lý thuyết lý tưởng cho hiệu suất cao nhất của pin mặt trời đơn lớp bán dẫn. Hơn nữa Ge thân thiện với môi trường, nó có triển vọng lớn trong việc kết hợp và thay thế các loại vật liệu kể trên trong việc thực hiện hóa các loại pin mặt trời hiệu suất cao. Việc pha trộn hai loại vật liệu Si và Ge đã được quan tâm nghiên cứu từ rất sớm [8,17-19], tùy thuộc vào cấu thành của loại hỗn hợp này người ta có thể thay đổi được độ rộng vùng cấm của vật liệu [2].

 

Ở kích thước nano, các tính chất vật lý của các loại vật liệu này thay đổi rất lớn, đôi khi nhiều tính chất mới thú vị được đưa ra. Các giải thích về sự thay đổi này chủ yếu dựa trên hiệu ứng giam cầm lượng tử [3]. Những tính chất vật lý mới này đôi khi khá phức tạp và khó kiểm soát, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước và hình thái của vật liệu [3,5]. Trong khi Si đã thể hiện một số biến thể quá trình nhân hạt tải điện như hiệu ứng cắt lượng tử hay cắt photon. Quá trình này một photon hấp thụ tại một hạt nano có thể tạo ra nhiều hơn hai cặp điện tử lỗ trống trong vật liệu. Điều này có ý nghĩa vô cùng to lớn trong việc tăng hiệu suất của pin mặt trời trên cơ sở Si. Tuy nhiên, độ rộng vùng cấm của vật liệu nano Si thường khá lớn (~ 2eV) Dẫn đến khả năng áp dụng trong việc thu nhận và biến đổi năng lượng mặt trời là ít hiệu quả bởi phần lớn phổ mặt trời có năng lượng nhỏ hơn 2 eV sẽ không được tận dụng. Việc thay đổi độ rộng vùng cấm của nano Si là rất có ý nghĩa. Các nghiên cứu cơ bản việc pha trộn giữa Si và Ge nhằm tạo ra các tinh thể nano có các tính chất vật lý phù hợp với định hướng ứng dụng làm tăng hiệu suất quang điện tử là cần thiết [8,20,22,23,24]. Với yêu cầu như trên, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và tính chất vật lý của vật liệu nano tinh thể SixGe1-x trên nền SIO2”.

 

Luận văn được tiến hành dựa trên các phương pháp thực nghiệm sẵn có tại cơ sở nghiên cứu, bao gồm:

 

* Chế tạo vật liệu nano tinh thể SixGe1-x với các thành phần Si và Ge khác nhau trên nền vật liệu SIO2 bằng phương pháp phún xạ catot.

 

* Các phương pháp nghiêu cứu tính chất vật lý của vật liệu nano tinh thể SixGe1-x gồm nhiễu xạ kế tia X (XRD), hiển vi điện tư truyền qua (TEM), Hiển vi điện tử quét (SEM), quang phổ kế Raman, hệ hấp thụ quang học.

 

Kết quả thu được:

 

-Chọn được phương pháp thực nghiệm phù hợp với điều kiện cho phép để chế tạo được vật liệu lai hóa SIGe có cấu trúc nano.

 

-Chế tạo được mẫu theo các thành phần mong muốn.

 

-Nắm bắt được một số tính chất vật lý cơ bản của vật liệu như sự thay đổi của hằng số mạng tinh thể, chuyển mức thẳng và chuyển mức xiên trong vật liệu bán dẫn, sự phụ thuộc của một số chuyển mức cơ bản vào thành phần, cấu trúc và kích thước nano tinh thể.

 

-Có một bài báo được đăng trong tạp chí Nanotechnology (8/2015), Nhà xuất bản Viện Vật lý, Vương quốc Anh (IOP), với chỉ số tác động năm đã xét trong năm 2014 – Impact factor IF = 3.82.

 

 

 

 

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN

1.1. Tính chất quang của vật liệu bán dẫn

1.1.1. Đặc điểm cấu trúc vùng năng lượng của chất bán dẫn

1.1.2. Các quá trình phát quang xảy ra trong vật liệu bán dẫn

1.2. Giới thiệu về vật liệu bán dẫn Silic

1.2.1. Vật liệu bán dẫn Silic tinh thể khối

1.2.2. Cấu trúc vùng năng lượng và tính chất quang của Silic tinh thể khối

1.3. Giới thiệu về vật liệu Ge

1.3.1 Vật liệu Germani tinh thể khối

1.3.2. Cấu trúc vùng năng lượng và tính chất quang của Germani tinh thể khối

1.4. Vật liệu Si có cấu trúc nano

1.4.1. Các cấu trúc thấp chiều của vật liệu Silic

1.4.2. Một số phương pháp chế tạo vật liệu Silic có cấu trúc nano

1.4.3. Tính chất quang của vật liệu Silic có cấu trúc nano

1.5. Điôxitư Silic (SIO2)

CHƯƠNG 2 – PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM

2.1. Phương pháp chế tạo vật liệu

2.1.1. Phương pháp phún xạ catốt

2.1.2. Bia phún xạ

2.1.3. Ưu điểm và hạn chế của phún xạ

2.2. Phương pháp phân tích cấu trúc vật liệu

2.2.1. Nhiễu xạ Tia X

2.2.2. Phương pháp hiển vi điện tử quét SEM

2.2.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)

2.2.4. Quang phổ kế UV-VIS

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Sự hình thành cấu trúc tinh thể đơn pha của vật liệu

3.2. Quá trình dịch chuyển độ rộng năng lượng trực tiếp

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

EDS The energy-dispersive x-ray spectroscopy Phổ tán xạ năng lượng tia X

FFT Fourier Transformation Biến đổi Fourier nhanh

FCC Face-centered cubic Tinh thể lập phương tâm mặt

HR-TEM High-resolution

Transmission Electron Microscopy Hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao

SAED Selected area diffraction Nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng

SEM Scanning Electron Microscope Hiển vi điện tử quét

TEM Transmission Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử truyền qua

XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X

 

DANH MỤC ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Mô hình tái hợp chuyển mức thẳng

Hình 1.2: Mô hình tái hợp chuyển mức xiên

Hình 1.3: Mô hình cấu trúc tinh thể

Hình 1.4: Giản đồ vùng năng lượng của Silic

Hình 1.5: Giản đồ vùng năng lượng của Germani

Hình 1.6: Sơ đồ mạng tinh thể Germani

Hình 1.7: Mô tả cấu trúc thấp chiều của Silic

Hình 1.8: Mô tả sự phụ thuộc của SIO2 theo nhiệt độ ủ

Hình 1.9: Mô tả sự phụ thuộc huỳnh quang của mẫu màng SIO

Hình 1.10: Mô hình cấu trúc thạch anh

Hình 1.11: Mô hình cấu trúc Tridymite

Hình 1.12: Mô hình cấu trúc critobalite

Hình 2.1: Sơ đồ nguyễn lý cơ bản của quá trình phún xạ

Hình 2.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X bởi các mặt phẳng nguyên tử

Hình 2.3: Sơ đồ đo của thiết bị nhiễu xạ tia X

Hình 2.4: Kính hiển vi điện tử quét SEM

Hình 2.5: Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của quang phổ kế UV-VIS

Hình 3.1: Ảnh nhiễu xạ tia X ứng với mẫu M

Hình 3.2: Ảnh nhiễu xạ tia X khi thành phần x thay đổi ứng với các mẫu

Hình 3.3: Sự phụ thuộc của tỉ phần Si, x đối với hằng số mạng a tương ứng

Hình 3.4: Sự phụ thuộc của kích thước tinh thể vào nồng độ tỉ phần Si,

Hình 3.5: Ảnh TEM, HR-TEM, SAED

Hình 3.6: Cấu trúc vùng năng lượng của Germani trong vùng E

Hình 3.7: Sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ vào năng lượng photon hấp thụ của mẫu tại 600oC

Hình 3.8: Năng lượng hấp thụ được xác định cho phép chuyển đổi trực tiếp

 

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Các thông số vật lý cơ bản của Silic

Bảng 1.2: Các thông số vật lý cơ bản của Germani

Bảng 1.3: Các thông số tính chất vật lý của SIO

Bảng 3.1: Các mẫu vật liệu hợp kim SixGe1-x

Bảng 3.2: Giá trị phụ thuộc của hằng số mạng vào thành phần x trong SixGe1-x

Bảng 3.3: Giá trị phụ thuộc của kích thước tinh thể vào thành phần x trong SixGe1-x

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng việt

 [1]. Lê Công Dưỡng (2000), “Vật liệu học”, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

 [2]. Phùng Hồ, Phan Quốc Phô (2001), “Vật lý bán dẫn”, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

 [3]. Nguyễn Đức Chiến, Phạm Thành Huy, Dư Thị Xuân Thảo, Nguyễn Như Toàn, Trần Kim Anh, Nguyễn Ngọc Trung, Phạm Nguyên Hải, Trịnh Xuân Anh, Vũ Anh Minh, Lương Hữu Bắc, “Nghiên cứu vật lý và công nghệ chế tạo vật liệu quang điện tử và quang điện tử tổ hợp”, Đề án nghiên cứu cơ bản 2001-2002, Bộ Khoa học công nghệ và môi trường, mã số: KHCB 42.17.01.

 [4]. Vũ Đình Cự (1997), “Vật lý chất rắn”, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

 [5]. Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh (2004), “Công nghệ nano điều khiển đến từng phân tử nguyên tử”, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

 [6]. Nguyễn Hoàng Nghị (2003), “Các phương pháp thực nghiệm phân tích cấu trúc” NXB Giáo dục, Hà Nội.

 [7]. Vũ Đăng Độ-Triệu Thị Nguyệt (2010), “Hóa học vô cơ, Quyển 1, Các nguyên tố s và p” NXB Giáo dục Việt Nam.

Tiếng Anh

 [8]. N. N. Ha, N. T. Giang, T. T. T. Thuy, N. N. Trung, N. D. Dung, S. Saeed and T. Gregorkiewicz, “Single phase Si1−xGex nanocrystals and the shifting of the E1 direct energy transition”, Nanotechnology 26 (2015) 375701.

 [9]. K. Seeger (1991), “Semiconductor Physics”, 5 the edition, Springer-Verlag.

 [10]. J. I. Pankove (1971), “Optical Properties in Semiconductors”, Dover Publications, New York.

 [11]. Lorenzo Pavesi (2005), “Photonics applications of nano-silicon”, Dipartimento di Fisica, Universita di Trento, via Sommarive 14,38050 Povo (Trento), Italy.

 [12]. A. Irrera, D. Pacifici, M. Miritello, G. Franzu, F. Priolo, F. Iacona, D. Sanfilippo, G. Di Stefano and P. G. Fallica (2003), “Light emitting devices based on silicon nanostructures”, NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry, Vol 93, Kluwer Academic Publishers.

 [13]. L. T. Canham (1990), “Si quantum wire arrays fabrication by electrochemical and chemical dissolution of wafers”, Appl., Phys., Lett., Vol 57, pp. 1046-1048.

 [14]. S. Z. Weisz, R. K. Soni, L. F. Fonseca, O. Resto, M. Buzaianu (1999), “Size -dependent optical properties of silicon nanocrystals”, J. Lumi., Vol 83-84, pp. 187 – 191.

 [15]. B. D. Cullity (1978) “Elements of X-Ray diffraction”, 2nd edition, Addison-Wesley, Reading, MA.

 [16]. F. Hippert, E. Geissler, J. L. Hodeau, E. Lelievre, J. R. Regnard (2006), “Neutron and X-Ray Spectroscopy”, Springer.

 [17]. R. Braunstein, A. R. Moore, F. Herman, (1958), “Intrinsic optical absorption in germanium-silicon alloys”, Phys. Rev. 109,695.

 [18]. T. Ebner, K. Thonke, R. Sauer, F. Schaffler, H. J. Herzog, (1998), “Electroreflectance spectroscopy of strained SixGe1-x layers on silicon”, Phys. Rev. B 57,15448.

 [19]. C. Pickering, R. T. Carline, D. J. Robbins, W. Y. Leong, S. J. Barnett, A. D. Pitt, and A. G Cullis, (1993), “Spectroscopic ellipsometry characterization of strained and relaxed SixGe1-x epitaxial layers”, J. Appl. Phys. 73,239.

 [20]. B. S. Meyerson, (1994), “High speed silicon germanium electronics”, Scientific American 270,42-47.

 [21]. S. Takeoka, K. Toshikiyo, M. Fujii, S. Hayashi, and K. Yamamoto, (2000), “Photoluminescence from Si1−xGex alloy nanocrystals”, Phys. Rev. B 61,15988.

 [22]. R. Weigand, M. Zacharias, P. Veit, J. Christen, J. Wendler J, (1998), “On the origin of blue light emission from Ge-nanocrystals containing a-SIOx films”, Superlattices Microstruct. 23,349.

 [23]. K. L. Wang, D. Cha, J. Liu, C. Chen, (2007), “Ge/Si self-assembled quantum dots and their optoelectronic device applications”, Proceedings of the IEEE 95,1866.

 [24]. G. Bauer, F. Schäffler, (2006), “Self-assembled Si and SIGe nanostructures: New growth concepts and structural analysis”, Phys. Stat. Sol. (a) 203,3496.

 

 

 

 

Keywords:download,dai hoc quoc gia ha noi 2015,truong khoa hoc tu nhien,luan van thac si,nghien cuu che tao va tinh chat vat ly cua vat lieu nano tinh the sixge1x tren nen sio2,hv truong thi thanh thuy,ts ngo ngoc ha,cao hoc,sy,khtn,dhqghn

TT Tên file Ấn hành Tác giả Thông số Tải về Xem-Nghe Giá Down
1 nghiên cứu chế tạo và tính chất vật lý của vật liệu nano tinh thể sixge1-x trên nền sio2 DHKHTN truongthithanhthuy 58trang Download file nghiên cứu chế tạo và tính chất vật lý của vật liệu nano tinh thể sixge1-x trên nền sio2 686
Khu vực quy định Bản quyền tài liệu và chất lượng tài liệu Khu vực quy định Hướng dẫn download tài liệu trên trang AMBN

Tìm bài thi Hỏi đáp Liên Hệ Tài liệu trên internet Tin giáo dục Quy định sử dụng

nghiên cứu chế tạo và tính chất vật lý của vật liệu nano tinh thể sixge1-x trên nền sio2

nghiên cứu chế tạo và tính chất vật lý của vật liệu nano tinh thể sixge1-x trên nền sio2

Hướng dẫn download tài liệu trên trang AMBN

Đăng nhập tài khoản
Các mục quảng cáo
Thống kê truy cập
Đang Online: 370
Hôm nay:15669
Hôm qua: 78008
Trong tháng 1244308
Tháng trước2176734
Số lượt truy cập: 90570562