Thạc Sĩ Nghiên cứu tính chất điện – quang của màng Titan Nitrit (TiN)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Chuyên ngành: VẬT LÝ VÔ TUYẾN ĐIỆN TỬ
LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ
Năm – 2009

DANH MỤC HÌNH VẼ


Hình 1.1 Cấu trúc của TiN 6
Hình 1.2 Vị trí bát diện của nguyên tử nitơ. 7
Hình 2.1 Mô phỏng phương pháp đo stylus 11
Hình 2.2 Thiết bị Dektak 6M đo bề dày màng bằng phương pháp stylus 12
Hình 2.3 Mô hình mẫu dùng đo điện trở mặt. 13
Hình 2.4 Mô hình đo điện trở mặt bằng phương pháp bốn mũi dò. 14
Hình 2.5 Thiết bị đo điện trở mặt bằng phương pháp bốn mũi dò. 14
Hình 2.6 Mô hình thể hiện thế Hall 17
Hình 2.7 Điều kiện nhiễu xạ của Bragg. 18
Hình 2.8 Sơ đồ bố trí chụp nhiễu xạ tia X. 19
Hình 2.9 Nguyên lý phương pháp ellipsometry 20
Hình 2.10 Mô hình phương pháp đo ellipsometry. 21
Hình 2.11 Sơ đồ biểu diễn quá trình dịch chuyển điện tử trong cơ chế trung hòa Auger
Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo của hệ phún xạ magnetron phẳng 30
Hình 3.2 Sơ đồ hoạt động của hệ phún xạ magnetron phẳng 31
Hình 3.3 Sự phân bố thế trong phún xạ magnetron. 33
Hình 3.4a,b Cấu tạo hệ magnetron vuông 37
Hình 3.5 Mô hình hệ Magnetron gần cân bằng. 37
Hình 3.6 Mô hình áo nước giải nhiệt hình vuông 38
Hình 3.7 Mô hình phát họa thông số buồng chân không. 39
Hình 3.8 Hệ chân không tạo màng phòng thí nghiện vật lý chân không. 40
Hình 3.9 Màu xanh của plasma khi phún xạ tẩy bia bằng khí Ar. 42
Hình 4.1 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu T38 được chế tạo ở điều kiện: Ts = 2000C, h = 4,5cm, P = 3.10-3torr, p = 1,5.10-4torr, U = 370V.
Hình 4.2 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu T63 được chế tạo ở điều kiện: Ts = 2000C, 485 h = 4,5cm, P = 3.10-3torr, p = 2,25.10-4torr, U = 480V.
Hình 4.3 Phổ nhiễu xạ tia X của các màng TiN được chế tạo ở điều kiện: Ts = 2000C, h = 4,5cm, P = 3.10-3torr, p = 3.10-4torr, U = 490V ư 550V.
Hình 4.4 Phổ nhiễu xạ tia X của các màng TiN được chế tạo ở điều kiện: Ts = 2000C, h = 4,5cm, P = 3.10-3torr, p = 3,75.10-4torr, U = 490V ư 640V.
Hình 4.5 Phổ nhiễu xạ tia X của các màng TiN được chế tạo ở điều kiện: Ts = 2000C, h = 4,5cm, P = 3.10-3torr, p = 4,5.10-4torr, U = 490V ư 640V.
Hình 4.6 Đồ thị mối liên quan giữa điện trở suất, thế phún xạ và áp suất riêng phần của nitơ.54
Hình 4.7 Phổ nhiễu xạ tia X của các màng TiN được chế tạo ở điều kiện: Ts =2000C, h = 4,5cm, P = 3.10-3torr, p = 1,5.10-4torr ư 4,5.10-4torr, U = 370Vư 640V
Hình 4.8 Phổ nhiễu xạ tia X của các màng TiN được chế tạo ở điều kiện:Ts = 2000C, P = 3.10-3torr, p = 3.10-4torr, U = 550V, h = 3,5cm ư 5,5cm.
Hình 4.9 Phổ nhiễu xạ tia X của các màng TiN được chế tạo ở điều kiệndata:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAEAAAABAQMAAAAl21bKAAAAA1BMVEXh5PJm+yKVAAAAAXRSTlMAQObYZgAAAApJREFUCNdjYAAAAAIAAeIhvDMAAAAASUVORK5CYII=" class="mceSmilieSprite mceSmilie7" alt=":p" title="Stick Out Tongue :p"> = 3.10-3torr, p = 3.10-4torr, U = 550V, h = 4,5cm, Ts = 1500C ư 4000C.
Hình 4.10 Phổ nhiễu xạ tia X của các màng TiN được chế tạo ở điều kiện:Ts = 2000C, p = 3.10-4torr, U = 550V, h = 4,5cm, P = 3.10-3torr ư 6.10-3torr.
Hình 4.11 Chiết suất n và hệ số tắt k của mẫu L1 theo bước sóng 61
Hình 4.12 Chiết suất n và hệ số tắt k của mẫu L4 theo bước sóng 61
Hình 4.13 Phổ phản xạ và truyền qua của mẫu L1 61
Hình 4.14 Phổ phản xạ và truyền qua của mẫu L4 61
Hình 4.15 Màng đa lớp DL85 được chế tạo từ thực nghiệm, được phỏng theo mẫu m4 mô phỏng từ lý thuyết.
Hình 4.16 Màng đa lớp DL71 được chế tạo từ thực nghiệm, được phỏng theo mẫu m3 mô phỏng từ lý thuyết.



[B]DANH MỤC BẢNG

[/B]
Bảng 1.1 Tính chất vật lý của màng TiN 7
Bảng 1.2 Các mặt mạng của TiN theo góc 2θ 8
Bảng 2.1 Các giá trị hiệu chỉnh hình học của G 16
Bảng 4.1 Điện trở suất của màng TiN theo thế phún xạ được chế tạo ở điềukiện: Ts = 2000C, h = 4,5cm, P = 3.10-3torr , p = 1,5.10-4torr.46
Bảng 4.2 Điện trở suất của màng TiN theo thế phún xạ được chế tạo ở điềukiện: Ts = 2000C, h = 4,5cm, P = 3.10-3torr , p = 2,25.10-4torr
Bảng 4.3 Điện trở suất của màng TiN theo thế phún xạ được chế tạo ở điều kiện: Ts = 2000C, h = 4,5cm, P = 3.10-3torr , p = 3.10-4torr.
Bảng 4.4 Điện trở suất của màng TiN theo thế phún xạ được chế tạo ở điều kiện: Ts = 2000C, h = 4,5cm, P = 3.10-3torr , p = 3,75.10-4torr.
Bảng 4.5 Điện trở suất của màng TiN theo thế phún xạ được chế tạo ở điều kiện: Ts = 2000C, h = 4,5cm, P = 3.10-3torr , p = 4,5.10-4torr.
Bảng 4.6 Điện trở suất của màng TiN thay đổi theo khoảng cách bia đế được chế tạo ở điều kiện: Ts = 2000C, P = 3.10-3torr , p = 3.10-4torr, U =550V.
Bảng 4.7 Kết quả sự phụ thuộc của điện trở suất , nồng độ hạt tải và độ linh động theo khoảng cách giữa bia và đế.
Bảng 4.8 Điện trở suất của màng TiN thay đổi theo nhiệt độ được chế tạo ở điều kiện: P = 3.10-3torr , p = 3.10-4torr, U = 550V, h = 4,5cm.
Bảng 4.9 Điện trở suất của màng TiN thay đổi theo áp suất khí làm việc được chế tạo ở điều kiện: Ts = 2000C, p = 3.10-4torr, U = 550V, h
= 4,5cm.


[B]GIỚI THIỆU

[/B]
Những nguồn năng lượng tự nhiên mà con người đang khai thác và sử dụng ngày càng cạn kiệt, bên cạnh đó việc phát triển của nền công nghiệp đã làm cho môi trường ngày càng ô nhiễm nặng. Trong khi đó, năng lượng mặt trời được coi là nguồn năng lượng vô tận. Việc tận dụng nguồn năng lượng đó đang là xu hướng chung của mọingành. Năng lượng chính mà trái đất nhận được từ mặt trời là quang năng và nhiệt năng, gương nóng truyền qua chính là cách tận dụng tốt nhất nguồn năng lượng đó. Gương nóng truyền qua không chỉ có khả năng phản xạ bức xạ hồng ngoại mà còn có tính chất truyền qua cao trong vùng khả kiến. Nhiều vật liệu đã được thử nghiệm bằng nhiều cách để tạo màng đa lớp phản xạ nhiệt ứng dụng cho gương nóng truyền qua. Trong đó, màng điện môi/kim loại/điện môi được nghiên cứu nhiều nhất như: SiO2/Al/SiO2, Al2O3/Mo/Al2O3, TiO2/Ag/TiO2, Al2O3/Cu/Al2O3, nhưng trong số đó, màng đa lớp TiO2/Ag/TiO2 có những tính chất thỏa mãn tốt yêu cầu của màng đa lớp phản xạ nhiệt. Tuy nhiên, bạc lại là chất dể bị tác động của môi trường, không bền về mặt hóa học, nhiệt học và vì thế làm mất đi những tính chất cần thiết. Để thay thế cho màng kim loại bạc nhưng lại có tính trơ về mặt hóa
học, cơ học lẫn nhiệt học, các nhà nghiên cứu đã tìm ra màng titan nitrite (TiN) có thể đáp ứng tốt những yêu cầu nêu trên. Trong luận văn này, chúng tôi tập trung nghiên cứu những tính chất của màng TiN được chế tạo bằng phương pháp phún xạ phản ứng dc trên hệ magnetron gần cân bằng. Để có được những tính chất thỏa mãn yêu cầu thay thế cho lớp bạc trong hệ màng đa lớp phản xạ nhiệt TiO2/Ag/TiO2, thì màng TiN yêu cầu phải có tính bám dính tốt, có điện trở suất nhỏ, màng có cấu trúc tinh thể tốt.