CÔNG NGHỆ CHẾ
TẠO CÁC VẬT LIỆU
TỪ CẤU TRÚC NANO
Địa chỉ bạn đã tải:
/>Địa chỉ bạn đã tải:
/>Nơi bạn có thể thảo luận:
/>Nơi bạn có thể thảo luận:
/>Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí:
/>Dịch tài liệu trực tuyến miễn phí:
/>Dự án dịch học liệu mở:
/>Dự án dịch học liệu mở:
/>Liên hệ với người quản lí trang web:
Yahoo:
Gmail:
Liên hệ với người quản lí trang web:
Yahoo:
Gmail:
Kỹ thuật mạ điện
quá trình điện hóa
phủ lớp kim loại lên
một vật. Kim loại
mạ thường là vàng,
bạc, đồng, niken và
được dùng trong
việc sản xuất
đồ trang sức,
linh kiện điện tử,

tế bào nhiên liệu, đồ
gia dụng không gỉ,
Phương pháp bay bốc nhiệt
Sơ đồ nguyên lý hệ bay bốc nhiệt
Bay bốc nhiệt hoặc
bay bốc nhiệt trong
chân không là kỹ thuật
tạo màng mỏng bằng
cách bay hơi các
vật liệu cần tạo trong
môi trường chân không
cao và ngưng tụ trên đế
(được đốt nóng hoặc
không đốt nóng). Kỹ
thuật này đôi khi còn
được gọi là bay hơi
trong chân không.
(Thermal evaporation)
Epitaxy chùm phân tử
•
Epitaxy chùm phân tử (tiếng Anh: Molecular
beam epitaxy, viết tắt là MBE)
Một kỹ thuật chế tạo màng mỏng bằng cách sử
dụng các chùm phân tử lắng đọng trên đế đơn tinh
thể trong chân không siêu cao, để thu được các
màng mỏng đơn tinh thể có cấu trúc tinh thể gần
với cấu trúc của lớp đế. Kỹ thuật này được phát
minh vào những năm 60 của thế kỷ 20 tại
Phòng thí nghiệm Bell (Bell Telephone
Laboratories) bởi J.R. Arthur và Alfred Y. Cho.

Ứng dụng
•
Kỹ thuật MBE được sử dụng nhiều trong
vật lý chất rắn, khoa học và công nghệ vật liệu,
đặc biệt trong công nghệ bán dẫn để chế tạo các
màng đơn tinh thể với chất lượng rất cao, với độ
dày có thể thay đổi từ vài lớp nguyên tử đến vài
chục nanomet. Với sự phát triển của
công nghệ nano hiện nay, MBE là một trong
những kỹ thuật chủ đạo của công nghệ nano để
chế tạo các vật liệu nano
Phún xạ catốt (sputtering)
Phún xạ (Sputtering) hay Phún xạ catốt
(Cathode Sputtering) là kỹ thuật chế tạo
màng mỏng dựa trên nguyên lý truyền
động năng bằng cách dùng các iôn khí hiếm
được tăng tốc dưới điện trường bắn phá bề
mặt vật liệu từ bia vật liệu, truyền động
năng cho các nguyên tử này bay về phía đế
và lắng đọng trên đế.
Nguyên lý của quá trình phún xạ
Bản chất quá trình phún xạ
Khác với phương pháp bay bốc nhiệt, phún xạ không làm
cho vật liệu bị bay hơi do đốt nóng mà thực chất quá trình
phún xạ là quá trình truyền động năng. Vật liệu nguồn
được tạo thành dạng các tấm bia (target) và được đặt tại
điện cực (thường là catốt), trong buồng được hút
chân không cao và nạp khí hiếm với áp suất thấp (cỡ 10-2
mbar). Dưới tác dụng của điện trường, các nguyên tử khí
hiếm bị iôn hóa, tăng tốc và chuyển động về phía bia với

tốc độ lớn và bắn phá bề mặt bia, truyền động năng cho các
nguyên tử vật liệu tại bề mặt bia. Các nguyên tử được
truyền động năng sẽ bay về phía đế và lắng đọng trên đế.
Các nguyên tử này được gọi là các nguyên tử bị phún xạ.
Như vậy, cơ chế của quá trình phún xạ là va chạm và trao
đổi xung lượng, hoàn toàn khác với cơ chế của
phương pháp bay bốc nhiệt trong chân không.
Kỹ thuật phún xạ phóng điện phát sáng
Sơ đồ nguyên lý hệ phún xạ catốt xoay chiều
Là kỹ thuật phún xạ sử dụng hiệu điện thế một chiều để
gia tốc cho các iôn khí hiếm. Bia vật liệu được đặt trên
điện cực âm (catốt) trong chuông chân không được hút
chân không cao, sau đó nạp đầy bởi khí hiếm (thường là
Ar hoặc He ) với áp suất thấp (cỡ 10
-2
mbar). Người ta
sử dụng một hiệu điện thế một chiều cao thế đặt giữa bia
(điện cực âm) và đế mẫu (điện cực dương). Quá trình
này là quá trình phóng điện có kèm theo phát sáng (sự
phát quang do iôn hóa). Vì dòng điện là
dòng điện một chiều nên các điện cực phải dẫn điện để
duy trì dòng điện, do đó kỹ thuật này thường chỉ dùng
cho các bia dẫn điện (bia kim loại, hợp kim ).
Phún xạ phóng điện phát sáng xoay chiều (RF discharge
sputtering)
Ảnh chụp thiết bị
sputtering Univex
450 tại trường
Đại học Khoa học
Tự nhiên

,
Đại học Quốc gia
Hà Nội

Là kỹ thuật sử dụng hiệu điện thế xoay chiều để gia tốc
cho iôn khí hiếm. Nó vẫn có cấu tạo chung của các hệ
phún xạ, tuy nhiên máy phát là một máy phát cao tần sử
dụng dòng điện tần số sóng vô tuyến (thường là 13,56
MHz). Vì dòng điện là xoay chiều, nên nó có thể sử
dụng cho các bia vật liệu không dẫn điện. Máy phát cao
tần sẽ tạo ra các hiệu điện thế xoay chiều dạng xung
vuông. Vì hệ sử dụng dòng điện xoay chiều nên phải đi
qua một bộ phối hợp trở kháng và hệ tụ điện có tác dụng
tăng công suất phóng điện và bảo vệ máy phát. Quá
trình phún xạ có hơi khác so với phún xạ một chiều ở
chỗ bia vừa bị bắn phá bởi các iôn có năng lượng cao ở
nửa chu kỳ âm của hiệu điện thế và bị bắn phá bởi các
điện tử ở nửa chu kỳ dương
Phún xạ magnetron
Là kỹ thuật phún xạ (sử dụng cả với xoay chiều và
một chiều) cải tiến từ các hệ phún xạ thông dụng bằng
cách đặt bên dưới bia các nam châm. Từ trường của
nam châm có tác dụng bẫy các điện tử và iôn lại gần
bia và tăng hiệu ứng iôn hóa, tăng số lần va chạm
giữa các iôn, điện tử với các nguyên tử khí tại bề mặt
bia do đó làm tăng tốc độ lắng đọng, giảm sự bắn phá
của điện tử và iôn trên bề mặt màng, giảm nhiệt độ đế
và có thể tạo ra sự phóng điện ở áp suất thấp hơn.
Phún xạ chùm iôn, chùm điện tử
Có nguyên tắc giống với phương pháp

phún xạ phát sáng, tuy nhiên người ta sử
dụng các súng phóng iôn hoặc chùm
điện tử riêng biệt bắn trực tiếp vào bia,
do đó điều khiển các thông số của quá
trình tạo màng một cách hiệu quả hơn.
Ưu điểm và hạn chế của phún xạ catốt
-Dễ dàng chế tạo các màng đa lớp nhờ tạo ra nhiều bia riêng biệt.
Đồng thời, đây là phương pháp rẻ tiền, và dễ thực hiện nên dễ
dàng triển khai ở quy mô công nghiệp.
-Độ bám dính của màng trên đế rất cao do các nguyên tử đến lắng
đọng trên màng có động năng khá cao so với
phương pháp bay bốc nhiệt.
-Màng tạo ra có độ mấp mô bề mặt thấp và có hợp thức gần với
của bia, có độ dày chính xác hơn nhiều so với
phương pháp bay bốc nhiệt trong chân không.
-Do các chất có hiệu suất phún xạ khác nhau nên việc khống chế
thành phần với bia tổ hợp trở nên phức tạp. Khả năng tạo ra các
màng rất mỏng với độ chính xác cao của phương pháp phún xạ là
không cao. Hơn nữa, không thể tạo ra màng đơn tinh thể.
Lắng đọng hơi hóa học (CVD)
(Chemical vapor deposition)
Là một quá trình hoá học để tạo ra các vật liệu rắn
với độ tinh khiết cao và hoàn hảo. Quá trình này
thường được sử dụng trong công nghiệp bán dẫn
để tạo ra các màng mỏng. Trong quá trình CVD
người ta có thể lắng đọng các vật liệu có các dạng
khác nhau như: đơn tinh thể, đa tinh thể, vô định
hình và epitaxi tạo nên các vật liệu như: silic, sợ
cacbon, sợi nano cacbon, SiO 2, Si-Ge, nano tub
cacbon…và các chất điện môi có điện trở.

CVD (Chemical Vapor Deposition)
CVD là quá trình lắng đọng màng mỏng do
phản ứng hóa học của các vật liệu nguồn
trong pha hơi. quá trình thường xảy ra tại
nhiệt độ cao. Thí dụ nhiệt độ đế để màng
lắng đọng thường tại 1500oC. Có thể dùng
nguồn nhiệt bổ sung, thí dụ dùng laser để
đốt nóng đế (LCVD), trong trường hợp này
nhiệt độ của pha hơi sẽ thấp hơn.
DC plasma (violet)
enhances the growth
of carbon nanotubes
in this laboratory-
scale PECVD
apparatus.
Lắng đọng từ pha hơi
Công nghệ
Vật liệu được chuyển
thành pha hơi và các
clusters kích thước
nano được lắng đọng
lên đế.
Thí dụ: hơ giấy nhôm
lên ngọn nến đang
cháy được một lớp bột
màu đen bám lên giấy
nhôm, đó chính là vật
liệu nano
Kết tủa từ pha lỏng
Công nghệ

Vật liệu nano có
thể được kết tủa
từ các dung dịch
muối đậm đặc
hoặc bằng
phương pháp
reversed micelle