PHÁT TRIỂN MÀNG MỎNG BÁN DẪN NANO DỰA TRÊN Ô XÍT KIM LOẠI SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG ĐƠN LỚP NGUYÊN TỬ Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN

• Tác giả: Nguyễn Thiện Thành
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Viết Hương
• Trường học: Trường Đại học Phenikaa
• Chuyên ngành: Khoa học vật liệu
• Đề tài: Phát triển màng mỏng bán dẫn nano dựa trên ô xít kim loại sử dụng phương pháp lắng đọng đơn lớp nguyên tử ở áp suất khí quyển
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP, KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN VĂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Màng Mỏng Bán Dẫn Ôxít Kim Loại và ALD 55 ký tự

Màng mỏng bán dẫn ôxít kim loại đang thu hút sự chú ý nhờ những đặc tính độc đáo. Các ôxít kim loại bán dẫn như ZnO, SnO2, Cu2O, CuO, và NiO có dải cấm lớn, tính chất quang học, điện tử, xúc tác đặc biệt và giá thành thấp. ZnO được nghiên cứu nhiều trong cảm biến khí và điện tử trong suốt. SnO2 có độ dẫn điện cao và độ nhạy cảm biến tốt. Cu2O và CuO có tính chất quang xúc tác mạnh. Việc pha tạp giúp tạo ra vật liệu có tính chất đặc biệt như AZO và FTO, ứng dụng rộng rãi. Các công nghệ chế tạo bao gồm phún xạ, PLD, sol-gel, CVD, và ALD. ALD vượt trội với khả năng chế tạo màng mỏng nano có độ tinh khiết cao và đồng đều. Tuy nhiên, ALD cổ điển phức tạp và chưa được ứng dụng rộng rãi tại Việt Nam. Chính vì thế mà nhóm nghiên cứu tập trung vào SALD. SALD khắc phục nhược điểm về tốc độ và chi phí. Nhóm nghiên cứu ALD tại Trường Đại học Phenikaa là nhóm tiên phong nghiên cứu, chế tạo, và vận hành hệ thống SALD ở Việt Nam.

1.1. Ưu điểm nổi bật của Màng mỏng nano Ôxít kim loại bán dẫn

Màng mỏng nano ôxít kim loại bán dẫn có nhiều ưu điểm so với bán dẫn truyền thống. Chúng có độ rộng dải cấm lớn, tính chất quang học, điện tử, và xúc tác đặc biệt. Giá thành lại thấp và khả năng chế tạo đa dạng. Ví dụ, ZnO được ứng dụng trong cảm biến khí, điện tử trong suốt, và thiết bị quang điện. Các ôxít kim loại này có khả năng pha tạp dễ dàng để tạo ra các vật liệu có tính chất đặc biệt, mở ra tiềm năng lớn trong các lĩnh vực khác nhau.

1.2. ALD và SALD Giải pháp cho Màng mỏng Bán dẫn Ôxít

Công nghệ ALD có ưu điểm vượt trội trong việc chế tạo màng mỏng nano với độ tinh khiết cao và đồng đều. Tuy nhiên, ALD cổ điển có chi phí cao và tốc độ chậm. SALD (Spatial Atomic Layer Deposition) là một biến thể của ALD, khắc phục nhược điểm này. SALD nhanh hơn gấp nhiều lần do không sử dụng buồng chân không. Nhờ thiết kế đặc biệt của đầu phun khí SALD, quy trình sản xuất trở nên hiệu quả hơn. Nhiều công ty và phòng thí nghiệm trên thế giới đang phát triển và sản xuất hệ thống SALD. Đây là hướng đi tiềm năng cho ngành công nghiệp màng mỏng bán dẫn.

II. Thách Thức và Vấn Đề trong Phát Triển ALD Ôxít Kim Loại 58 ký tự

Công nghệ ALD gặp nhiều thách thức trong quá trình phát triển. Một trong số đó là sự phức tạp của quy trình. ALD cổ điển sử dụng buồng chân không để kiểm soát phản ứng bề mặt giữa các tiền chất, làm chậm quá trình và tăng chi phí. Việc mở rộng quy mô sản xuất ALD cũng gặp khó khăn. Tuy nhiên, công nghệ SALD ra đời đã giải quyết được phần nào các vấn đề này. Nhưng SALD vẫn cần nghiên cứu và tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao nhất. Hiểu rõ những thách thức này giúp định hướng nghiên cứu và phát triển công nghệ ALD hiệu quả hơn. Nỗ lực tập trung vào việc tối ưu hóa các tham số, thiết kế đầu phun và quy trình thực nghiệm.

2.1. Độ phức tạp và Chi phí của công nghệ ALD truyền thống

Công nghệ ALD truyền thống đòi hỏi quy trình phức tạp. Việc sử dụng buồng chân không để kiểm soát phản ứng bề mặt làm tăng chi phí và thời gian sản xuất. Quá trình này cũng đòi hỏi sự chính xác cao trong việc kiểm soát các tham số. Điều này gây khó khăn cho việc ứng dụng rộng rãi ALD, đặc biệt là ở quy mô công nghiệp. Do đó, cần có những giải pháp để đơn giản hóa quy trình và giảm chi phí sản xuất.

2.2. Tối ưu hóa các tham số cho quy trình SALD

Để đạt hiệu quả cao nhất trong công nghệ SALD, cần tối ưu hóa các tham số như nhiệt độ, áp suất, tốc độ dòng chảy khí, và khoảng cách đầu phun. Việc này đòi hỏi sự nghiên cứu kỹ lưỡng và thực nghiệm để tìm ra các giá trị phù hợp. Các tham số này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng màng mỏng và hiệu suất của thiết bị. Mô phỏng và mô hình hóa là các công cụ quan trọng để hỗ trợ quá trình tối ưu hóa này.

III. Phương Pháp SALD để Phát Triển Màng Mỏng Ôxít Kim Loại 59 ký tự

SALD là một phương pháp hiệu quả để phát triển màng mỏng ôxít kim loại. Khác với ALD truyền thống, SALD không sử dụng buồng chân không, giúp tăng tốc độ sản xuất và giảm chi phí. Phương pháp này dựa trên thiết kế đặc biệt của đầu phun khí, cho phép kiểm soát chính xác dòng tiền chất và phản ứng bề mặt. SALD có khả năng ứng dụng lên các bề mặt lớn, ở nhiệt độ tương đối thấp và áp suất khí quyển. SALD mang lại nhiều tiềm năng cho việc phát triển các vật liệu chức năng khác nhau. Nhóm nghiên cứu tại Đại học Phenikaa đang tiên phong trong việc nghiên cứu và phát triển công nghệ SALD tại Việt Nam, góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp vật liệu và linh kiện bán dẫn.

3.1. Thiết Kế Đầu Phun Khí SALD

Thiết kế đầu phun khí là yếu tố quan trọng trong công nghệ SALD. Đầu phun phải đảm bảo dòng tiền chất được phân phối đều và chính xác trên bề mặt đế. Các kênh dẫn khí phải được thiết kế để ngăn chặn sự trộn lẫn của các tiền chất trước khi chúng tiếp xúc với bề mặt. Các yếu tố như kích thước, hình dạng, và vật liệu của đầu phun cần được xem xét kỹ lưỡng để tối ưu hóa hiệu suất. Công nghệ in 3D là một công cụ hữu ích để chế tạo các đầu phun có thiết kế phức tạp.

3.2. Kiểm Soát và Điều Chỉnh Quy Trình SALD

Quy trình SALD cần được kiểm soát và điều chỉnh chặt chẽ để đảm bảo chất lượng màng mỏng. Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, tốc độ dòng chảy khí, và thời gian chu kỳ cần được theo dõi và điều chỉnh để đạt được các tính chất mong muốn. Các kỹ thuật đặc trưng vật liệu như SEM, TEM, XRD, và XPS được sử dụng để đánh giá chất lượng màng mỏng và tối ưu hóa quy trình. Phần mềm mô phỏng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc dự đoán và tối ưu hóa các tham số.

IV. Ứng Dụng của Màng Mỏng Bán Dẫn Nano Ôxít Kim Loại 54 ký tự

Màng mỏng bán dẫn nano ôxít kim loại có nhiều ứng dụng tiềm năng. Chúng được sử dụng trong cảm biến khí, tế bào năng lượng mặt trời, transistor màng mỏng, và các thiết bị quang điện. ZnO được ứng dụng trong điện cực trong suốt và màn hình cảm ứng. SnO2 được sử dụng trong cảm biến khí và các thiết bị điện tử. Cu2O và CuO có tính chất quang xúc tác mạnh, thích hợp cho các ứng dụng trong lĩnh vực xúc tác quang và chuyển đổi năng lượng mặt trời. Phát triển màng mỏng chất lượng cao mở ra nhiều cơ hội trong các lĩnh vực công nghệ khác nhau. Ứng dụng rộng rãi của màng mỏng sẽ thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp liên quan.

4.1. Màng Mỏng Ôxít Kim Loại trong Cảm Biến Khí

Màng mỏng ôxít kim loại có độ nhạy cao với các loại khí khác nhau, làm cho chúng trở thành vật liệu lý tưởng cho cảm biến khí. Các cảm biến khí dựa trên màng mỏng có thể phát hiện nồng độ thấp của các khí độc hại hoặc dễ cháy, ứng dụng trong các lĩnh vực như an toàn công nghiệp, giám sát môi trường, và y tế. SnO2, ZnO và TiO2 là những vật liệu phổ biến trong cảm biến khí. Tính chất của màng mỏng có thể được điều chỉnh bằng cách pha tạp hoặc thay đổi cấu trúc để tăng độ nhạy và chọn lọc.

4.2. Ứng Dụng trong Tế Bào Năng Lượng Mặt Trời

Màng mỏng bán dẫn nano ôxít kim loại có thể được sử dụng trong tế bào năng lượng mặt trời như lớp hấp thụ ánh sáng, lớp vận chuyển điện tích, hoặc lớp điện cực trong suốt. Các ôxít kim loại như TiO2, ZnO, và Cu2O có tiềm năng trong việc cải thiện hiệu suất và giảm chi phí của tế bào năng lượng mặt trời. Nghiên cứu và phát triển màng mỏng với cấu trúc và thành phần tối ưu có thể mang lại những đột phá trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.

V. Nghiên Cứu và Kết Quả với Màng mỏng ZnO SnO2 bằng SALD 58 ký tự

Luận văn tập trung vào nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm về công nghệ chế tạo màng mỏng nano SALD. Mục tiêu là thiết kế, chế tạo đầu phun SALD bằng công nghệ in 3D và mô phỏng đầu phun để tối ưu hóa các tham số thực nghiệm. Đã tổng hợp thành công màng mỏng ôxít thiếc (SnO2) và màng mỏng ôxít kẽm (ZnO) bằng hệ SALD được thiết kế và xây dựng tại Trường Đại học Phenikaa. Các phương pháp xử lý sau quá trình lắng đọng cũng được thực hiện để tối ưu hóa các tính chất vật lý. Các kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng của công nghệ SALD trong việc chế tạo các vật liệu và linh kiện bán dẫn chất lượng cao.

5.1. Chế tạo và Phân Tích Màng mỏng ZnO

Màng mỏng ZnO đã được chế tạo thành công bằng phương pháp SALD. Các yếu tố như nhiệt độ ALD, áp suất ALD, và tiền chất ALD ảnh hưởng đến chất lượng màng. Kết quả đo XRD cho thấy cấu trúc tinh thể của màng ZnO. Phân tích tính chất quang học bằng phổ UV-Vis cho thấy khả năng hấp thụ ánh sáng của màng. Các kết quả này cung cấp thông tin quan trọng để tối ưu hóa quy trình chế tạo.

5.2. Nghiên cứu Màng mỏng SnO2 và ứng dụng

Màng mỏng SnO2 cũng được chế tạo bằng phương pháp SALD. Các thông số thực nghiệm được điều chỉnh để đạt được các tính chất mong muốn. Các phương pháp đặc trưng vật liệu được sử dụng để đánh giá chất lượng màng. Các kết quả nghiên cứu này đóng góp vào việc phát triển các ứng dụng của màng mỏng SnO2 trong cảm biến khí và các thiết bị điện tử.

VI. Tiềm Năng và Hướng Phát Triển của ALD màng mỏng 51 ký tự

Công nghệ ALD và đặc biệt là SALD có tiềm năng lớn trong tương lai. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới trong việc chế tạo các vật liệu và linh kiện bán dẫn tiên tiến. Các hướng nghiên cứu bao gồm tối ưu hóa quy trình, phát triển các tiền chất mới, và khám phá các ứng dụng mới. Nghiên cứu về màng mỏng dị thể và tương tác dị thể sẽ mở ra những khả năng mới trong việc thiết kế các vật liệu đa chức năng. Nghiên cứu và phát triển công nghệ ALD sẽ đóng góp vào sự phát triển của các ngành công nghiệp điện tử, năng lượng, và môi trường.

6.1. Phát triển Vật Liệu ALD Mới

Nghiên cứu và phát triển các vật liệu ALD mới, chẳng hạn như các ôxít kim loại phức tạp hoặc vật liệu 2D, có thể mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ này. Các vật liệu mới này có thể có các tính chất độc đáo, chẳng hạn như độ dẫn điện cao, tính linh hoạt, hoặc khả năng tự lắp ráp. Phát triển các tiền chất ALD mới cũng là một hướng đi quan trọng, giúp cải thiện quy trình chế tạo và chất lượng màng mỏng.

6.2. Ứng dụng ALD vào sản xuất hàng loạt

Một trong những hướng phát triển quan trọng của công nghệ ALD là ứng dụng vào sản xuất hàng loạt. Điều này đòi hỏi việc tối ưu hóa quy trình và giảm chi phí sản xuất. Công nghệ SALD là một giải pháp tiềm năng để đạt được mục tiêu này. Các kỹ thuật tự động hóa và kiểm soát chất lượng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của quy trình sản xuất.

Tổng quan nghiên cứu

Trong những năm gần đây, vật liệu màng mỏng ô xít kim loại bán dẫn đã thu hút sự quan tâm lớn từ cộng đồng nghiên cứu và phát triển công nghệ nhờ các đặc tính vật lý và hóa học độc đáo. Các ô xít kim loại bán dẫn loại n như ZnO, SnO₂ và loại p như CuO không chỉ có cấu trúc nano đặc biệt mà còn sở hữu độ rộng dải cấm lớn, tính chất quang học và điện tử ưu việt, cùng chi phí sản xuất thấp. Ví dụ, ZnO được ứng dụng rộng rãi trong cảm biến khí và thiết bị quang điện, trong khi SnO₂ nổi bật với độ dẫn điện cao và độ nhạy cảm biến tốt. Các vật liệu này còn có khả năng pha tạp để tạo ra các màng mỏng trong suốt dẫn điện như Al-ZnO hay FTO, mở rộng tiềm năng ứng dụng trong các linh kiện điện tử hiện đại.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển màng mỏng bán dẫn nano dựa trên ô xít kim loại sử dụng phương pháp lắng đọng đơn lớp nguyên tử kiểu không gian (SALD) ở áp suất khí quyển. Nghiên cứu tập trung vào thiết kế, chế tạo đầu phun SALD bằng công nghệ in 3D, mô phỏng tối ưu hóa các tham số thực nghiệm, tổng hợp màng mỏng SnO₂ và ZnO, cũng như khảo sát các tính chất vật lý của màng mỏng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm mô phỏng đầu phun SALD bằng phương pháp phần tử hữu hạn và thực nghiệm chế tạo màng mỏng tại Trường Đại học Phenikaa trong năm 2024.

Ý nghĩa của nghiên cứu nằm ở việc làm chủ công nghệ SALD, một biến thể của ALD, giúp chế tạo màng mỏng nano ô xít kim loại với độ tinh khiết cao, đồng đều và khả năng mở rộng quy mô công nghiệp. Kết quả nghiên cứu góp phần thúc đẩy phát triển vật liệu bán dẫn trong nước, phục vụ các ứng dụng trong điện tử, quang điện và các linh kiện công nghệ cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết bán dẫn ô xít kim loại: Màng mỏng ô xít kim loại bán dẫn có cấu trúc vùng năng lượng đặc trưng với bề rộng vùng cấm Eg lớn (>3 eV), liên kết ion giữa nguyên tử kim loại và oxy tạo nên các cation M²⁺ và anion O²⁻. Các tính chất điện tử và quang học của vật liệu phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể, nồng độ pha tạp và cấu trúc nano.

• Mô hình lắng đọng đơn lớp nguyên tử (ALD) và biến thể SALD: ALD là kỹ thuật lắng đọng từng lớp nguyên tử với khả năng kiểm soát độ dày màng chính xác, nhưng có tốc độ chậm và yêu cầu buồng chân không. SALD là biến thể không gian của ALD, sử dụng đầu phun khí phân tách các tiền chất theo không gian, hoạt động ở áp suất khí quyển, tăng tốc độ lắng đọng và phù hợp với quy mô công nghiệp.

• Mô hình mô phỏng phần tử hữu hạn (FEM): Sử dụng để mô phỏng dòng khí, phân bố nồng độ tiền chất và áp suất trong đầu phun SALD, từ đó tối ưu hóa các tham số như khoảng cách đầu phun đến đế (dgap), khoảng cách giữa các kênh khí (dsep), vận tốc đế, hệ số khuếch tán.

Các khái niệm chính bao gồm: tốc độ mọc màng (Growth per cycle - GPC), áp suất riêng phần tiền chất, lớp biên khí, số Reynolds (Re) cho dòng chảy tầng, và các chế độ tạo màng ALD, CVD và hybrid.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ mô phỏng phần tử hữu hạn, thực nghiệm chế tạo màng mỏng ô xít SnO₂, ZnO, CuO bằng hệ SALD tại Trường Đại học Phenikaa, và các phép đo cấu trúc (XRD), tính chất quang học (UV-Vis, Filmetrics F20-UV), tính chất điện (đường đặc trưng I-V của đi-ốt).

• Phương pháp phân tích: Mô phỏng đầu phun SALD bằng phần mềm Autodesk Fusion 360 và phương pháp phần tử hữu hạn để khảo sát ảnh hưởng của các tham số hình học và vật lý đến quá trình lắng đọng. Phân tích dữ liệu thực nghiệm bằng các kỹ thuật đo XRD, quang phổ UV-Vis, đo độ dày màng và khảo sát điện tử đi-ốt.

• Timeline nghiên cứu: Thiết kế và chế tạo đầu phun 3D (tháng 1-3/2024), mô phỏng và tối ưu hóa đầu phun (tháng 4-5/2024), thực nghiệm chế tạo màng mỏng và đo đạc tính chất (tháng 6-8/2024), phân tích kết quả và hoàn thiện luận văn (tháng 9-6/2024).

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Màng mỏng SnO₂ và ZnO được chế tạo với số chu kỳ ALD lần lượt là 1000 và 800, trên đế thạch anh hoặc SiO₂/Si. Các mẫu đi-ốt p-CuO/n-ZnO được khảo sát điện tử với 8 mẫu đi-ốt khác nhau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của khoảng cách đầu phun đến đế (dgap) đến tốc độ mọc màng (GPC): Mô phỏng cho thấy khi dgap nhỏ (60-300 µm), áp suất riêng phần và nồng độ tiền chất cao, GPC duy trì ở mức ổn định gần giá trị tối đa. Khi dgap tăng trên 600 µm, GPC giảm nhanh, làm chậm quá trình lắng đọng. Ví dụ, với dgap = 60 µm, GPC/GPCmax đạt 1, trong khi với dgap = 900 µm, GPC giảm xuống khoảng 0,2.

2. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa các kênh khí (dsep): Khi dsep tăng từ 2 mm lên 5 mm, phạm vi dgap cho phép duy trì GPC ổn định cũng mở rộng. Với dsep = 2 mm, dgap phải nhỏ hơn 300 µm để giữ GPC cao; với dsep = 5 mm, dgap có thể lên đến 600 µm mà vẫn duy trì GPC ổn định.

3. Chế độ tạo màng ALD và CVD trong SALD: Ngoài chế độ ALD truyền thống, SALD còn có sự đóng góp của quá trình CVD do sự pha trộn tiền chất trong pha khí. Màng mỏng ZnO và SnO₂ được tạo ra có tính chất tương đương màng ALD nhưng với tốc độ mọc màng cao hơn. Ví dụ, màng ZnO được lắng đọng ở 200 °C với 200 chu kỳ ALD, màng SnO₂ ở 240 °C với 1000 chu kỳ.

4. Tính chất vật liệu: Các màng mỏng SnO₂ và ZnO có cấu trúc tinh thể tốt, độ kết tinh cao được xác định qua XRD. Độ dày màng được đo chính xác bằng kỹ thuật phản xạ Filmetrics F20-UV, với độ dày dao động từ vài nm đến vài µm tùy theo số chu kỳ ALD. Tính chất quang học thể hiện độ truyền qua cao trong vùng bước sóng 200-900 nm, phù hợp cho các ứng dụng quang điện.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy việc kiểm soát khoảng cách đầu phun đến đế (dgap) và khoảng cách giữa các kênh khí (dsep) là yếu tố quyết định đến hiệu quả và chất lượng màng mỏng SALD. Việc giữ dgap nhỏ giúp duy trì áp suất và nồng độ tiền chất cao, từ đó tăng tốc độ mọc màng và độ đồng đều. Tuy nhiên, dgap quá nhỏ gây khó khăn trong thực tế khi phủ trên bề mặt di chuyển và gia nhiệt, do đó tăng dsep là giải pháp tối ưu để mở rộng phạm vi dgap cho phép.

Sự xuất hiện của chế độ CVD trong SALD, mặc dù có thể làm giảm độ tinh khiết so với ALD, lại giúp tăng tốc độ phủ màng, phù hợp với sản xuất quy mô lớn. Các kết quả này tương đồng với các nghiên cứu quốc tế về SALD, đồng thời khẳng định tính khả thi của công nghệ SALD trong điều kiện áp suất khí quyển tại Việt Nam.

Dữ liệu điện tử của đi-ốt p-CuO/n-ZnO cho thấy hiệu điện thế ngưỡng Von dao động trong khoảng 0,3-0,5 V, cường độ dòng phân cực Ion đạt đến khoảng 10⁻³ A, và dòng rò Ioff rất thấp, chứng tỏ chất lượng màng mỏng và tính chất bán dẫn tốt. Các biểu đồ I-V và phổ UV-Vis minh họa rõ ràng sự ổn định và hiệu suất của vật liệu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa thiết kế đầu phun SALD: Hành động điều chỉnh khoảng cách dgap duy trì dưới 300 µm và tăng dsep lên 3,5-5 mm để cân bằng giữa tốc độ mọc màng và khả năng vận hành thực tế. Chủ thể thực hiện: nhóm nghiên cứu và kỹ sư thiết kế, timeline 3 tháng.

2. Mở rộng ứng dụng công nghệ SALD cho các vật liệu khác: Hành động nghiên cứu và thử nghiệm chế tạo màng mỏng ô xít kim loại loại p và các vật liệu pha tạp để đa dạng hóa sản phẩm. Chủ thể thực hiện: phòng thí nghiệm vật liệu, timeline 6 tháng.

3. Phát triển quy trình xử lý sau lắng đọng: Hành động áp dụng các phương pháp xử lý nhiệt và plasma để cải thiện tính chất điện và quang học của màng mỏng. Chủ thể thực hiện: nhóm thực nghiệm, timeline 4 tháng.

4. Xây dựng hệ thống SALD quy mô pilot: Hành động thiết kế và vận hành hệ thống SALD công nghiệp nhỏ để đánh giá khả năng sản xuất hàng loạt. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý dự án và kỹ thuật, timeline 12 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành khoa học vật liệu: Nắm bắt kiến thức về công nghệ SALD, mô hình mô phỏng và kỹ thuật chế tạo màng mỏng nano ô xít kim loại.

2. Kỹ sư phát triển công nghệ sản xuất vật liệu bán dẫn: Áp dụng các giải pháp thiết kế đầu phun và quy trình SALD để nâng cao hiệu suất sản xuất.

3. Doanh nghiệp công nghệ cao trong lĩnh vực điện tử và quang điện: Tìm hiểu công nghệ SALD để phát triển sản phẩm mới với chi phí thấp và chất lượng cao.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách khoa học công nghệ: Đánh giá tiềm năng và định hướng phát triển công nghệ vật liệu nano trong nước.

Câu hỏi thường gặp

1. SALD khác gì so với ALD truyền thống?
   SALD là biến thể không gian của ALD, sử dụng đầu phun khí phân tách tiền chất theo không gian thay vì theo thời gian, hoạt động ở áp suất khí quyển, giúp tăng tốc độ lắng đọng gấp nhiều lần và phù hợp với sản xuất quy mô lớn.

2. Tại sao khoảng cách đầu phun đến đế (dgap) lại quan trọng?
   Dgap ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất và nồng độ tiền chất tại bề mặt đế, từ đó quyết định tốc độ mọc màng và độ đồng đều của màng mỏng. Dgap nhỏ giúp tăng GPC nhưng khó vận hành thực tế.

3. Có thể ứng dụng SALD cho các vật liệu nào khác ngoài ô xít kim loại?
   SALD có thể áp dụng cho nhiều loại vật liệu nano khác như màng kim loại, điện môi, và các vật liệu pha tạp, mở rộng ứng dụng trong điện tử, quang học và năng lượng.

4. Làm thế nào để đo độ dày và tính chất quang học của màng mỏng SALD?
   Sử dụng kỹ thuật phản xạ quang học với hệ thống Filmetrics F20-UV và phổ UV-Vis để đo độ dày màng, chiết suất và độ truyền qua ánh sáng trong vùng bước sóng 200-900 nm.

5. Điều kiện thực nghiệm nào được sử dụng để chế tạo màng SnO₂ và ZnO?
   Màng SnO₂ được lắng đọng ở 240 °C với 1000 chu kỳ ALD, ZnO ở 200 °C với 200 chu kỳ, sử dụng tiền chất Sn(acac)₂, DEZ và H₂O, áp suất khí quyển, vận tốc đế 1-4 cm/s, khoảng cách đầu phun đến đế 100-850 µm.

Kết luận

• Đã thiết kế và chế tạo thành công đầu phun SALD bằng công nghệ in 3D, tối ưu hóa các tham số vận hành qua mô phỏng phần tử hữu hạn.
• Mô phỏng và thực nghiệm chứng minh ảnh hưởng quan trọng của dgap và dsep đến tốc độ mọc màng và chất lượng màng mỏng nano ô xít kim loại.
• Đã tổng hợp thành công màng mỏng SnO₂, ZnO và đi-ốt p-CuO/n-ZnO với tính chất điện và quang học tốt, phù hợp ứng dụng công nghiệp.
• Công nghệ SALD được khẳng định là giải pháp tiềm năng để phát triển vật liệu bán dẫn nano ở quy mô công nghiệp tại Việt Nam.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu và phát triển hệ thống SALD quy mô pilot, đồng thời ứng dụng công nghệ cho các vật liệu và linh kiện mới.

Next steps: Triển khai thử nghiệm quy mô pilot, hoàn thiện quy trình xử lý sau lắng đọng, và mở rộng nghiên cứu vật liệu pha tạp.

Call-to-action: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong lĩnh vực vật liệu bán dẫn được khuyến khích hợp tác để phát triển và ứng dụng công nghệ SALD trong sản xuất công nghiệp.