Màng mỏng đồng thời vừa là ngành công nghệ rất cũ, từtrước công nguyên, lại
vừa rất mới mẽnhư đang hiện diện ngày nay.
Màng mỏng là lớp vật liệu rắn có độdày cỡtừ nm đến cỡ μmphủlên một tấm
đếcứng bằng thủy tinh, kim loại, gốm sứ, polyme, với chiều dày giới hạn khi mà
các hiệu ứng vật lý và tính chất của nó thểhiện không giống nhưtrong vật liệu khối.
Do đó, với sựgiảm lớn vềlượng đến nhưvậy, các tính chất riêng biệt bắt đầu xuất
hiện nhưmột sựthay đổi vềchất, nhất là ởthang kích cỡnano. Nhìn chung, chiều dày
của màng mỏng được đềcập trong các công nghệvật liệu và linh kiện điện tử, quang
điện tử, nằm trong khoảng 10 ÷1000nm. Ngày nay, công nghệchếtạo màng mỏng
là vô cùng đa dạng và phong phú, bao gồm nhiều phương pháp khác nhau, từ đơn
giản đến phức tạp.
Hiện nay, màng mỏng được áp dụng nhiều trong các ngành kỹthuật cao nhờvào
các tính chất đặc biệt chỉcó ởvật liệu màng với kích thước mỏng, tiêu biểu nhưmàng
điện môi, màng bán phản quang, màng chống phản xạ, màng lọc hồng ngoại, lọc tử
ngoại,
Đa sốcác ứng dụng màng ởthang kích thước micro, tuy nhiên, trong hai thập
niên gần đây bùng nổcác nghiên cứu và khai thác vật liệu nói chung và màng mỏng
nói riêng có cấu tạo ởthang kích thước nano, đang hứa hẹn nhiều tiềm năng.
Hợp chất Al2O3 được nghiên cứu nhiều vào các thập niên 50 −60 và ít được
quan tâm trong thời gian tiếp theo. Gần đây, kểtừnăm 2000, hợp chất này bắt đầu
được quan tâm nhiều và sốlượng nghiên cứu ởphạm vi nano tăng cao, nhất là từnăm
2005. Xem các công bốvềAl2O3, đa sốcác bài báo đều nghiên cứu Al2O3 điều chế ở
dạng khối rắn hoặc dạng hạt nano, rất ít công bốthông tin vềdạng màng mỏng.
Màng Al2O3 được sửdụng rộng rãi đểlàm lớp cách điện và lớp phủbảo vệdo
điện trởrất cao, cứng và trơhóa học. Các pha đã biết của ôxit nhôm gồm pha bền
α−Al2O3và các pha trung gian (γ, δ, η, θ, β). Trong đó pha α được ứng dụng và được
biết đến nhiều nhất. Pha γ được dùng là chất xúc tác trong hóa học và chuyển hóa
hydrocarbon trong công nghệhóa dầu. 2
Sau một thời gian rất dài gần nhưbịquên lãng mà đa sốcác nghiên cứu tập
trung vào điều chếnhôm kim loại từquặng bô xít, trong thời gian gần đây, hợp chất
này mới được các nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nghiên cứu trởlại. Tuy
nhiên, các nghiên cứu trong nước đối với loại vật liệu này tương đối hạn chếvà
thường tập trung vào dạng rắn ởmức độhạt micro và nano mà ít quan tâm đến dạng
chuyển tiếp là dạng màng mỏng. Chúng ta có thểkể đến một sốcông bốtrong và
ngoài nước gần đây vềAl2O3trong phần trình bày tiếp theo sau đây.
Nhóm tác giảM. Sridharan và các cộng sự(2007) [44] đã thực hiện phún xạDC
có sựhỗtrợcủa các xung tần sốcao ởáp suất p<10−5
Pa dùng bia nhôm kim loại với
khoảng cách phún xạ100mm lên đếSi 001có gia nhiệt từ200 – 700oC. Tốc độtạo
màng rất thấp, màng thu được có bềdày cỡ1μm sau thời gian phún xạ4 giờ. Kết quả
cho thấy ởnhiệt độ đếlà 2000C, công suất 100W, thu được màng vô định hình có cỡ
hạt khoảng 5nm và công suất 150W thì bắt đầu xuất hiện pha γ, còn ở300 −7000C,
pha γhình thành ngày càng rõ rệt với cỡhạt cũng khoảng 5nm.
Nhóm tác giảZhong−Xi Sun và các đồng sự(2008) [63] đã tổng hợp ôxit nhôm
dạng hạt xốp bằng phương pháp nhiệt phân dung dịch NH3·H2O và AlCl3·6H2O qua
các nhiệt độ550, 800, 1100 và 1300o
C trong 4 giờ. Sửdụng phổXRD và phổIR để
khảo sát, nhóm đã công bốvật liệu đạt được pha vô định hình ở550oC, pha γ ở800oC, pha α + θ ở1100oCvà pha αhoàn toàn ở1300oC. Đồng thời, nhóm này cũng công bố độxốp của hạt giảm theo nhiệt độnung, đường kính lỗxốp từ13.77 nm ở550oC giảm đến cỡ1.86 nm ở1300oC và bềmặt tác dụng cũng giảm mạnhtừ337.3 m2.g−1ở550 oC xuống còn 8.63 m2.g−1ở1300oC.
Nhóm tác giảVorrada Loryuenyong(2009) [59] điều chếôxit nhôm bằng
phương pháp oxit hóa nhôm trong không khí ởnhiệt độ1300 −1500oC. Kết quả
nghiên cứu cho thấy hàm lượng nhôm còn lại phụthuộc vào hỗn hợp Al – Al2O3và
nhiệt độthiêu kết.
Nhóm tác giảA. Aryasomayajula và các cộng sự(2007) [22] thực hiện tạo
màng Al2O3bằng phún xạmagnetron đảo cực từbia nhôm kim loại lên đếthép không
rỉvà Crôm oxit ở35C và được phân cực ở −35V trong môi trường 0.5% oxigen. 3
Kết quảcho thấy ởcông suất phún xạ4−5kW cấu tạo màng có dạng hỗn hợp của 2
pha γvà α, trong khi ởcông suất phún xạ6kW, màng có pha αhoàn toàn. Ởcả3
công suất thực nghiệm nói trên, tốc độtạo màng gần nhưxấp xỉnhau cỡ300nm/giờ.
Nhóm tác giảL. Marcinauskas và P. Valatkevičius (2010) [40] công bốthu
được các lớp phủôxit nhôm bằng phương pháp phun hạt nano Al2O3vào miền dương
cực của bó plasma ởáp suất khí quyển. Kết quảcho thấy công suất plasma càng cao,
màng thu được càng ít gồghề. Màng vừa tạo được chứa các thành phần γ−Al2O3và
α−Al2O3trong khi các hạt nano được dùng gồm các pha δ−Al2O3và γ−Al2O3. Hàm
lượng γ−Al2O3tăng theo công suất plasma. Các nghiên cứu của nhóm đã chứng tỏ
rằng: (i) Các lớp phủoxit bằng phương pháp phun nhiệt từbột có cấu trúc nano có thể
đạt được tính chống ăn mòn cao hơn, cứng hơn và độxốp thấp hơn so với dùng bột
thông thường bằng cùng phương pháp. (ii) Các đặc tính của các lớp lắng đọng phụ
thuộc vào nhiều tham sốcủa tiến trình. (iii) Nhiệt độnóng chảy của các hạt phụthuộc
mạnh vào vịtrí mà bột nano được phun vào.
Vềtình hình nghiên cứu trong nước, gần đây, một sốtác giả đã công bốcác
nghiên cứu về đối tượng này, nhưng cũng nhưtrên thếgiới các nghiên cứu vềmàng
mỏng Al2O3rất ít ỏi.
Nhóm tác giảNguyễn Hoàng Hưng, Võ Văn Hoàng (2006) [8] đã mô phỏng sự
thay đổi cấu trúc khi nung Al2O3vô định hình, đã tiến hành khảo sát sựchuyển pha
cấu trúc dưới ảnh hưởng của quá trình nung trong Al2O3vô định hình bằng phương
pháp động lực học phân tử. Mô hình Al2O3vô định hình được dựng trong khối lập
phương với điều kiện biên tuần hoàn chứa 3000 hạt có các cạnh tương ứng với khối
lượng riêng thực tế. Thếnăng tương tác giữa các hạt trong mô hình là thếnăng tương
tác cặp Born−Mayer. Cấu trúc của mô hình phù hợp tốt với thực nghiệm của
Lamparter. Nhóm đã mô phỏng quá trình nung mô hình, đã nén đến mật độ5,00g/cm3tại nhiệt độ0K và đã tiến hành khảo sát sựchuyển pha cấu trúc từvô định hình sang
vô định hình trong Al2O3với nhiệt độtăng dần theo thời gian từnhiệt độban đầu.
Nhiệt độcủa hệthay đổi theo biểu thức T(t) = T0+ γt, trong đó γlà tốc độnâng nhiệt.
Cấu trúc của hệ được khảo sát qua việc phân tích hàm phân bốxuyên tâm, phân bốsố 4
phối trí và phân bốgóc liên kết giữa các hạt. Kết quảnhận được cho thấy có sự
chuyển pha ngược từcấu trúc lục giác (có sáu nguyên tửO bao quanh nguyên tửAl)
sang cấu trúc tứdiện (Al được bao xung quanh bởi bốn nguyên tửO) trong mô hình
Al2O3vô định hình. Kết quảtính toán sựphụthuộc của mật độ, enthalpy và phân tích
cấu trúc theo nhiệt độcho thấy nhiệt độchuyển pha giữa hai dạng cấu trúc này của hệ
Al2O3vào khoảng 1200K.
Nhóm tác giảTrần Hớn Quốc, Nguyễn Hữu Khánh Hưng (2008) [19], điều chế
sản phẩm Al2O3bằng cách phân hủy Al(OH)3 ở5000C trong môi trường hơi nước.
Các mẫu Al(OH)3 được điều chếbằng phương pháp kết tủa từdung dịch Al2(SO4)3
0,5 M với các tác nhân baze có cường độkhác nhau (NaOH, NH3, Na2CO3). Quá
trình kết tủa Al(OH)3 được tiến hành trong môi trường đệm có pH = 8 tại các nhiệt
40, 60 và 800C. Các mẫu sản phẩm Al2O3thu được có độphân tán cao, cấu trúc tinh
thểbất ổn định (gần nhưvô định hình). Tuy nhiên, diện tích bềmặt riêng của các mẫu
Al2O3 khá lớn, có giá trịtừ67,69 m2/g đến 147,31 m2
/g, trong đó mẫu thu được từ
quá trình điều chếbằng tác chất Na2CO3cho diện tích bềmặt lớn nhất. Kết quả
nghiên cứu cho thấy, bằng phương pháp kết tủa, ta có thểthu được sản phẩm Al2O3
có diện tích bềmặt riêng lớn, gần nhưvô định hình, thích hợp sửdụng làm chất xúc
tác hay chất mang xúc tác.
Các tác giảDưThịXuân Thảo, Phạm Xuân Núi và Nguyễn Mạnh Hùng (2009)
[20] đã công bốvềcác kết quảnghiên cứu chếtạo và khảo sát tính chất của vật liệu
Al2O3:Eu3+
dạng bột được chếtạo bằng phương pháp sol−gel. Kết quảcho thấy, vật
liệu có cấu trúc tinh thểdạng γ−Al2O3hình thành khi được nung qua nhiệt độ9000C.
Diện tích bềmặt riêng của vật liệu vào cỡ346 m2.g−1
. Kích thước hạt tinh thể được
đánh giá ởtrong khoảng 5−7 nm. Đặc trưng phát quang của ion Eu3+
trong vùng
huỳnh quang trông thấy đã được phân tích và đánh giá với nồng độpha tạp tốt nhất là
4,5 % mol và nhiệt độxửlý 950 0C.
Các tác giảTạVăn Khoavà Nguyễn Khải Hoàn, (2009)[9], nghiên cứu vật liệu
gốm Al2O3siêu mịn (~100 nm) đã công bố ảnh hưởng của hàm lượng chất phụgia
nano CaO, MgO, SiO2lên vi cấu trúc và tính chất cơcủa vật liệu dạng khối. Tỷphần 5
hỗn hợp phụgia nano được nghiên cứu thay đổi từ0 đến 3% khối lượng. Nhiệt độ
thiêu kết thay đổi từ1400 đến 1650oC. Kết quảthu được vật liệu gốm có độbền uốn
tối ưu bằng 315 MPa và độcứng HV10 bằng 15,4 GPa khi hàm lượng chất phụgia là
2% và nhiệt độthiêu kết là 1550 oC.
Tác giảPhan Văn Tường (2007) [21], đềcập đến việc tạo màng bằng phương
pháp điện hoá, có thểcho phép phủmột màng mỏng oxit kim loại lên bềmặt kim loại
nhưAl, Ta, Nb, Ti và Zn. Đây là phương pháp thông dụng đểbảo vệkim loại, nhuộm
màu cho kim loại. Ví dụphủmột lớp Al2O3lên vật liệu bằng nhôm theo phương pháp
điện hoá gọi là “anôt hoá nhôm”. Màng Al2O3tạo ra đặc sít gắn chặt vào nền nhôm
kim loại và không thay đổi trong suốt quá trình anod hoá. Tiếp đó trên nền lớp oxit
nhôm có cấu tạo gồm vô sốnhững cột rỗng dạng tổong với độdày từ1 →500 μm.
Lớp oxit nhôm có độrỗng này không bền nên sau khi anod hoá xong phải qua giai
đoạn xửlý bềmặt tiếp theo như: bịt lỗ, thụ động, nhuộm màu, sơn. Trong đó phương
pháp nhuộm màu điện hoá được phát triển mạnh nhất. Nguyên tắc của phương pháp
nhuộm màu điện hoá màng oxit nhôm anôt hoá là sửdụng dòng điện xoay chiều để
khửcác cation kim loại chuyển tiếp nhưCo2+
kết tủa bịt các lỗxốp lại.
Nhưvậy, tác giảchỉ ứng dụng phương pháp tạo màng này cho mục tiêu tạo độ
bền và nhuộm màu mà chưa đềcập đến một lợi điểm quan trọng của màng nhôm điện
hóa, đó là sựhình thành nên các giếng xốp nano vốn có nhiều tiềm năng ứng dụng
trong tương lai.
Tóm lại, qua một sốxem xét vềcác thông tin được công bốgần đây có liên quan
đến vật liệu Al2O3, chúng tôi có thểthấy đây là một vật liệu hứa hẹn nhiều tiềm năng
ứng dụng và dạng màng của vật liệu này còn chưa được nghiên cứu chi tiết.
Chính vì thế, đềtài được chúng tôi chọn cho luận án này là
Nghiên cứu chếtạo và khảo sát màng mỏng ôxit nhôm (Al2O3) bằng phương
pháp quang phổ
Theo đó, nội dung đềtài nhằm hướng đến việc hoàn thành các nhiệm vụcụthể
bao gồm:
1. Mô phỏng quá trình phún xạ đểhỗtrợcho việc phún xạmàng Al2O3.
6
2. Mô phỏng ảnh phổtửngoại khảkiến đểxác định các tham sốquang theo
phương pháp Swanepoel nhằm đối chứng với phương pháp tính và phương pháp
đo tiếp xúc trên máy Dektak.
3. Tạo màng mỏng Al2O3 trên đếthủy tinh, Si và thạch anh bằng các phương pháp
phún xạmagnetron RF và sol gel.
4. Tạo màng mỏng Al2O3 với các giếng xốp nano trên đếnhôm kim loại bằng
phương pháp điện hóa và ứng dụng.
5. Thực hiện nghiên cứu các màng đã tạo ra được bằng các phương pháp quang phổ
hồng ngoại, quang phổnhiễu xạtia X, quang phổRaman và quang phổtửngoại
khảkiến.
6. Ghi nhận quá trình chuyển pha của các màng Al2O3 tạo ra từcác phương pháp đã
nêu, qua đó, tổng kết hai qui trình chuyển pha của vật liệu này ởdạng màng trên
đếSi 111 bổsung thêm vào các qui trình chuyển pha của vật liệu ôxit nhôm dạng
rắn đã được một sốtác giảcông bố.
_______
i
MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU...........................................................................................................1
PHẦN I: TỔNG QUAN...............................................................................................7
1. CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU Al2O3 ...........................................................................7
1.1. Khái quát về ôxit nhôm (Al2O3)...............................................................................7
1.2. Tính đa hình của ôxit nhôm .....................................................................................7
1.3. Các pha của Al2O3.....................................................................................................8
1.4. Màng mỏng Al2O3 ...................................................................................................15
1.5. Các hoạt động IR và Raman của Al2O3 ................................................................16
2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO MÀNG MỎNG............................21
2.1. Phương pháp ngưng tụ từ dung dịch ....................................................................21
2.2. Phương pháp phún xạ magnetron.........................................................................22
2.3. Phương pháp điện hóa............................................................................................25
2.4. Một số tính chất màng mỏng đã được ứng dụng .................................................27
3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG TRONG VẬT LÝ ..................................................30
3.1. Tổng quan................................................................................................................30
3.2. Cơ sở của mô phỏng................................................................................................30
3.3. Hệ thống – mô hình – giải pháp.............................................................................31
3.4. Ưu khuyết điểm của phương pháp mô phỏng......................................................33
3.5. Một số phương pháp mô phỏng.............................................................................34
3.6. Các kỹ thuật mô phỏng...........................................................................................35
3.7. Một số mô hình mô phỏng trong vật lý màng mỏng............................................35
3.8. Kết luận....................................................................................................................42
PHẦN II: THỰC NGHIỆM............................................................................................43
4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PHÚN XẠ MAGNETRON − MÔ PHỎNG PHỔ
UVVIS VÀ TẠO MẪU MÀNG Al2O3 .............................................................43
4.1. Mô phỏng phún xạ ..................................................................................................43
4.2. Một số thông tin ban đầu chuẩn bị cho mô phỏng...............................................44
4.3. Thực hiện mô phỏng phún xạ ................................................................................49
4.4. Mô phỏng phổ UVVIS ............................................................................................61
4.5. Tạo mẫu màng, đo phổ và xử lý phổ đo................................................................72
5. CHƯƠNG 5: KHẢO SÁT MÀNG MỎNG Al2O3 THỰC HIỆN BẰNG PHÚN
XẠ RF ....................................................................................................................75
5.1. Tạo màng mỏng Al2O3 bằng phún xạ RF..............................................................75
ii
5.2. Khảo sát sự chuyển pha..........................................................................................81
5.3. Kết luận chương 5.................................................................................................101
6. CHƯƠNG 6: KHẢO SÁT MÀNG MỎNG Al2O3 THỰC HIỆN BẰNG SOL–
GEL......................................................................................................................103
6.1. Tạo màng bằng SOL–GEL ..................................................................................103
6.2. Khảo sát màng bằng quang phổ ..........................................................................105
6.3. Màng Al2O3 Sol gel trên đế thạch anh ................................................................119
6.4. Kết luận chương 6.................................................................................................122
7. CHƯƠNG 7 : KHẢO SÁT MÀNG MỎNG Al2O3 THỰC HIỆN BẰNG ĐIỆN
HÓA .....................................................................................................................125
7.1. Tạo màng bằng điện hóa ......................................................................................125
7.2. Khảo sát màng điện hóa bằng phổ hồng ngoại ..................................................127
7.3. Khảo sát màng điện hóa bằng phổ XRD.............................................................129
7.4. Ứng dụng ...............................................................................................................130
7.5. Kết luận chương 7.................................................................................................133
PHẦN III: KẾT LUẬN ..........................................................................................135
1. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................................135
2. CÁC GIÁ TRỊ KHOA HỌC...................................................................................137
3. CÁC GIÁ TRỊ THỰC TIỄN...................................................................................138
4. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU ...........................................139
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................141
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ.........................147
PHỤ LỤC 1: BẢNG PHỔ XRD THAM KHẢO...................................................148
PHỤ LỤC 2: CÁC BẢNG PHỔ IR VÀ RAMAN.................................................155
PHỤ LỤC 3: CÁC BẢNG WYCKOFF ................................................................160
PHỤ LỤC 4: CÁC PHẦN MỀM (Đính kèm đĩa CD) ..........................................164
Hình 1. Giao diện phần mềm ..................................................................................164
Hình 1. Giao diện phần mềm. .................................................................................166
Hình 2. Kết quả mô phỏng hiển thị trực quan ......................................................166
Hình 1. Giao diện phần mềm ..................................................................................167
iii
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Sự chuyển pha của Al2O3 theo nhiệt độ nung. .........................................................9
Hình 1.2 Cấu trúc của α−Al2O3 [24]. .....................................................................................11
Hình 1.3 Ô đơn vị hexagonal của α−Al2O3.. .........................................................................12
Hình 1.4 Cấu trúc spinel.........................................................................................................12
Hình 1.5. Mô hình không gian γ – Al2O3 ...............................................................................13
Hình 1.6 Mô hình không gian θ – Al2O3 .............................................................................14
Hình 1.7 Ô đơn vị θ−ôxit nhôm dạng đơn tà.. .....................................................................14
Hình 1.8 a Cảm biến dấu vân tay có phủ màng bảo vệ Al2O3 ..............................................16
Hình 1.8 b Dấu vân tay trên bề mặt cảm biến: không phủ (a) và có phủ màng Al2O3 (b)....16
Hình 2.1 Hệ phún xạ magnetron ...........................................................................................23
Hình 2.2 Sự oanh tạc của ion Ar+ và phún xạ hạt vật liệu ở bề mặt bia................................23
Hình 2.3 Sự lắng đọng vật liệu lên đế. ..................................................................................24
Hình 2.4 Quan hệ giữa nhiệt độ đế, động năng của ion và tốc độ lắng đọng........................24
Hinh 2.5 Sơ đồ nguyên lý tạo màng điện hóa ........................................................................25
Hinh 2.6 Sự tạo thành lớp oxit xốp trên đế kim loại. .............................................................25
Hình 2.7 Mô hình của ôxit nhôm xốp lý tưởng.....................................................................26
Hình 2.8 Đường cong phản xạ màng hai lớp (trái) và ba lớp (phải) ......................................29
Hình 3.1 Sơ đồ chung của một quá trình mô phỏng...............................................................31
Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống các phương pháp nghiên cứu .........................................................31
Hình 3.3 Sơ đồ chung của một quá trinh mô phỏng...............................................................32
Hình 3.4 Mô hình toán học cho mô phỏng sự va chạm. ........................................................37
Hình 3.5 Mô hình hình học của miền không gian phún xạ. ...................................................38
Hình 3.6 (a) phân bố số hạt Ti phún xạ đến đế theo năng lượng ...........................................39
Hình 3.6 (b) phân bố số hạt Ti phún xạ theo góc tới khi đến đế ............................................39
Hình 3.7 (a) phân bố số hạt Al phún xạ đến đế theo năng lượng...........................................39
Hình 3.7 (b) phân bố số hạt Al phún xạ theo góc tới khi đến đế. ..........................................39
Hình 4.1 Hình minh họa quá trình phún xạ vật liệu ở bia......................................................45
Hình 4.2 Tương quan năng lượng ion oanh tạc và công suất phún xạ RF.............................49
Hình 4.3 Sơ đồ mô phỏng sự phún xạ vật liệu bia .................................................................50
Hình 4.4 (a) Phân bố số hạt phún xạ theo động năng ban đầu của Al và Ti ..........................52
Hình 4.4 (b) Phân bố số hạt phún xạ theo động năng ban đầu của Ti theo [49] ....................52
Hình 4.5 (a) Phân bố số hạt phún xạ theo động năng ban đầu của Al,và Cu.........................52
Hình 4.5 (b) Phân bố số hạt phún xạ theo động năng ban đầu của Cu và Y theo [50] ..........52
Hình 4.6 (a) Phân bố mô phỏng số hạt phún xạ theo góc của 1 000 000 hạt Ti phún xạ, Ar+,
350 eV.....................................................................................................................................53
Hình 4.6 (b) Phân bố mô phỏng số hạt phún xạ theo góc của các hạt phún xạ Ti (Ar+,441eV,
hướng va chạm vuông góc) theo [49] .....................................................................................53
Hình 4.7 Phổ phân bố số hạt phún xạ theo góc của 1 000 000 hạt Al phún xạ, Ar+, 350 eV.
Số lần lặp 05 có tính đến yếu tố thớ bề mặt (surface texture).................................................53
Hình 4.8 Sơ đồ quá trình mô phỏng sự truyền các hạt phún xạ đến bia ................................54
Hình 4.9 Mô phỏng quỹ đạo hạt phún xạ Al (a) và Al2O3 (b) ...............................................55
Hình 4.9 Mô phỏng quỹ đạo hạt phún xạ Al (c) và Al2O3 (d) ...............................................55
Hình 4.9 Mô phỏng quỹ đạo hạt phún xạ Al (e) và Al2O3 (f) ................................................55
Hình 4.10 Phân bố số hạt theo quãng đường tự do của Al và Al2O3 .....................................56
Hình 4.11 Mô phỏng phân bố số hạt theo góc tới đế tính trên 5000 hạt ...............................56
Hình 4.12 Mô phỏng phân bố số hạt theo năng lượng còn khi tới được đế của 50000 hạt. ..56
iv
Hình 4.13 Mô phỏng số hạt đến đế theo áp suất và điện áp phún xạ. ....................................57
Hình 4.14 Sơ đồ quá trình mô phỏng sự lắng đọng màng trên đế..........................................58
Hình 4.15 Kết quả mô phỏng bề mặt màng lắng đọng ma trận 100 x 100 x 20, lắng đọng
ngẫu nhiên (trái) và lắng đọng có khuếch tán (phải) ..............................................................59
Hình 4.16 Kết quả mô phỏng lớp cắt thứ 5 của màng gồm 20 lớp vật liệu lắng đọng ma trận
100 x 100 x 20, lắng đọng ngẫu nhiên (trái) và lắng đọng có khuếch tán (phải)....................59
Hình 4.17 Kết quả mô phỏng năng lượng dư trên lớp thứ 5 của màng gồm 11 lớp . ............60
Hình 4.18 Phổ UVVIS của màng Al2O3 có độ dày vào cỡ 200 nm, chỉ có 2 cực đại và 1 cực
tiểu, không tính được bắng giải tích số. ..................................................................................62
Hình 4.19 Các dạng gồ ghề tiêu biểu, a nghiêng, b tam giác, c gợn chữ nhật, d gợn sóng ...63
Hình 4.20 Phổ truyền qua lý thuyết của màng mỏng trên đế thủy tinh bị điều chế. ..............63
Hình 4.21 Phổ truyền qua lý thuyết của màng mỏng bị điều chế bởi đế thủy tinh. ...............63
Hình 4.22 Lưu đồ chương trình mô phỏng phổ UVVIS ........................................................66
Hình 4.23 Giao diện chương trình mô phỏng phổ UVVIS ....................................................66
Hình 4.24 Đồ thị mô phỏng phổ truyền qua UVVIS .............................................................68
Hình 4.25 Đồ thị đo độ dày bằng máy đo stylus Dektak 6M. ...............................................69
Hình 4.26 Phổ UVVis mô phỏng của màng ôxit nhôm vô định hình trên đế thủy tinh.........70
Hình 4.27 Sự trùng khít mô phỏng của phổ UVVVis với các hệ số tắt khác nhau................70
Hình 4.28 Sự trùng khít tốt nhất của phổ mô phỏng với phổ thực.........................................71
Hình 4.29 Phổ XRD được xử lý loại nhiễu và làm trơn bằng phần mềm Jasco32 ................74
Hình 4.30 Phổ XRD sau xử lý được tách đỉnh bằng Match1.9d............................................74
Hình 5.1 Hệ phún xạ Univex 450...........................................................................................76
Hình 5.2 Phổ UV−VIS của màng Al2O3 trên đế thủy tinh ....................................................77
Hình 5.3 Đồ thị thực nghiệm tốc độ tạo màng .......................................................................79
Hình 5.4 (a) ảnh AFM 2D của màng Al2O3 trên đế Si...........................................................79
Hình 5.4 (b) ảnh AFM 3D: Độ gồ ghề cỡ 283.4 nm/μm........................................................79
Hình 5.5 Phổ UVVis của màng Al2O3 trên đế thạch anh qua các nhiệt độ ủ: ........................80
Hình 5.6 Phổ UVVis của màng Al2O3 trên đế thạch anh theo năng lượng bức xạ. ...............80
Hình 5.7 Phổ XRD của Al2O3 dạng bột rắn ...........................................................................81
Hình 5.8 Phổ XRD của màng Al2O3 phủ trên đế thủy tinh ....................................................81
Hình 5.9 Phổ IR của Al2O3 bột rắn trong viên nén KBr .......................................................82
Hình 5.10 Phổ IR của màng Al2O3 trên đế thủy tinh. ...........................................................82
Hình 5.11 Phổ XRD của màng Al2O3 phủ trên đế Si (111) chưa ủ nhiệt...............................83
Hình 5.12 Phổ IR của màng trên đế Si và của màng trên đế thủy tinh chưa ủ nhiệt..............84
Hình 5.13 Ảnh phổ XRD của màng Al2O3 trên đế Si sau khi ủ nhiệt ở 6000C......................85
Hình 5.14 Phổ IR của màng trên đế Si 111 ủ nhiệt 6000C.....................................................86
Hình 5.15 Ảnh phổ XRD của màng Al2O3 trên đế Si sau khi ủ nhiệt ở 7000C......................87
Hình 5.16 Phổ IR của màng trên đế Si 111 ủ nhiệt đến 700oC ..............................................87
Hình 5.17 Phổ XRD của màng Al2O3 phủ trên đế Si ủ nhiệt đến 8000C. ..............................88
Hình 5.18 Phổ IR của màng trên đế Si 111 ủ nhiệt đến 800oC ..............................................89
Hình 5.19 Phổ IR của màng Al2O3 trên đế Silic qua các nhiệt độ ủ 800 – 900 0C. ..............90
Hình 5.20 Phổ XRD của màng Al2O3 phủ trên đế Si ủ nhiệt đến 9000C. ..............................91
Hình 5.21 Phổ XRD của màng Al2O3 phủ trên đế Si ủ nhiệt đến 10000C .............................92
Hình 5.22 Phổ IR của màng trên đế Si ủ nhiệt 10000C, các pha α hỗn hợpvới γ, κ và η. .....93
Hình 5.23 Phổ XRD của màng Al2O3 phủ trên đế Si ủ nhiệt 11000C ....................................95
Hình 5.24 Phổ IR của màng trên đế Si ủ nhiệt 11000C, pha α chiếm ưu thế rõ rệt. ..............95
v
Hình 5.25 Phổ XRD của màng Al2O3 phủ trên đế Si ủ nhiệt 12000C ....................................96
Hình 5.26 Phổ IR của màng trên đế Si ủ nhiệt 12000C..........................................................97
Hình 5.27 Phổ Raman của màng phún xạ trên đế Silic ......................................................100
Hình 5.28 Phổ XRD của màng Al2O3 phủ trên đế Si ủ nhiệt qua dãy 600– 12000C............101
Hình 5.29 Phổ XRD của các pha trung gian và corundum ..................................................102
Hình 6.1 Sơ đồ quá trình tạo Sol .........................................................................................103
Hình 6.2(a) Phổ UVVIS của màng phủ 1 lớp ở 500oC ........................................................105
Hình 6.2(b) Phổ UVVIS của màng phủ 6 lớp ở 300oC và 500oC ........................................105
Hình 6.3 Ảnh AFM của màng trên đế Si (1 lớp) ở 500oC. ..................................................105
Hình 6.4 (a) Phổ hồng ngoại của màng trên đế thủy tinh ở nhiệt độ phòng (xanh) và sau khi
nhiệt phân ở 500oC (đỏ), miền số sóng 1000 – 6000cm −1 . .................................................106
Hình 6.4 (b) Phổ hồng ngoại của màng trên đế thủy tinh ở nhiệt độ phòng (xanh) và sau khi
nhiệt phân ở 500oC (đỏ), miền số sóng 400 – 1000 cm–1. ....................................................106
Hình 6.5 Ảnh phổ XRD của màng sol gel trên đế Si ủ nhiệt đến 500oC .............................107
Hình 6.6 Phổ IR của màng trên đế Si với nhiều hợp thức ABS:H2O...................................107
Hình 6.7 Phổ IR của màng trên đế Si ủ nhiệt 6000C............................................................109
Hình 6.8 Phổ IR của màng trên đế Si ủ nhiệt 7000C............................................................110
Hình 6.9 Phổ IR của màng trên đế Si ủ nhiệt 8000C............................................................110
Hình 6.10 Ảnh phổ XRD của màng sol gel trên đế Si ủ nhiệt đến 900oC ...........................112
Hình 6.11 Phổ IR của màng trên đế Si ủ nhiệt 9000C..........................................................112
Hình 6.12 Phổ IR của màng trên đế Si ủ nhiệt qua các nhiệt độ 700 – 9000C.....................113
Hình 6.13 Ảnh phổ XRD của màng sol gel trên đế Si ủ nhiệt đến 1000oC .........................113
Hình 6.14 Ảnh phổ XRD của màng sol gel trên đế Si ủ nhiệt đến 1100oC ........................115
Hình 6.15 Ảnh phổ XRD của màng sol gel trên đế Si ủ nhiệt đến 1200oC .........................115
Hình 6.16 Phổ IR của màng trên đế Si ủ nhiệt qua các nhiệt độ 900 – 12000C...................117
Hình 6.17 Phổ Raman của màng solgel trên đế Si qua ủ nhiệt với các nhiệt độ 900, 1100 và
12000C trong miền số sóng thấp. ..........................................................................................118
Hình 6.18 Phổ Raman của màng solgel trên đế Si qua ủ nhiệt với các nhiệt độ 900, 1100 và
12000C trong miền số sóng cao. ...........................................................................................118
Hình 6.19 Phổ XRD của màng Sol gel trên đế thạch anh ở nhiệt độ ủ 600
