Luận án Nghiên cứu chế tạo và tính chất của một số vật liệu nano trên cơ sở Si và Ge

 M HF và 0.4 M H2O2 tại điều kiện nhiệt độ phòng. Để khảo sát sự ảnh 
hưởng của thời gian ăn mòn đến chiều dài cũng như kích thước của Si-NWs tạo 
thành quá trình ăn mòn Si sẽ được khảo sát theo các khoảng thời gian khác 
nhau. Các mẫu Si-NWs sau khi chế tạo được rửa sạch lại bằng nước cất và để 
khô trong môi trường không khí. Sau đó đem đi đo đạc, khảo sát hình thái cấu 
trúc bề mặt cũng như tính chất của vật liệu. 
Bằng phương pháp MACE các mẫu Si-NWs khác nhau được chế tạo theo 
quy trình trên. Tham số của các mẫu chế tạo và tỉ lệ nồng độ hỗn hợp các dung 
dịch đã được sử dụng đế lắng đọng hạt Ag và hỗn hợp dung dịch ăn mòn tạo 
Si-NWs được liệt kê cụ thể như trong bảng 2.3. 
Bảng 2.3 Tham số của mẫu chế tạo và tỉ lệ nồng độ hỗn hợp dung dịch. 
STT 
Ký hiệu 
mẫu 
Loại 
Si 
Điện trở suất 
(Ωcm) 
Dung dịch tạo hạt Ag Dung dịch ăn mòn 
HF (M) AgNO3 (mM) HF (M) H2O2 (M) 
1 nSi-Ag10 n 1÷10 4.6 10 4.8 0.4 
2 nSi-Ag15 n 1÷10 4.6 15 4.8 0.4 
3 nSi-Ag20 n 1÷10 4.6 20 4.8 0.4 
4 nSi-Ag25 n 1÷10 4.6 25 4.8 0.4 
5 nSi-Ag30 n 1÷10 4.6 30 4.8 0.4 
6 nSi-Ag35 n 1÷10 4.6 35 4.8 0.4 
7 pSi-Ag25 p 5÷10 4.6 25 4.8 0.4 
8 pSi-Ag30 p 5÷10 4.6 30 4.8 0.4 
9 p+Si-Ag25 p 0.004÷0.01 4.6 25 4.8 0.4 
10 p+Si-Ag30 p 0.004÷0.01 4.6 30 4.8 0.4 
51 
2.2. Phương pháp khảo sát tính chất vật liệu 
2.2.1. Phương pháp phân tích phổ tán xạ Raman 
 Kết quả phổ tán xạ Raman của các hệ mẫu được thực hiện trên hai thiết 
bị đo. Thiết bị thứ nhất là HORIBA JobinYvon LabRAM HR-800 với nguồn 
laze He-Ne có bước sóng λ = 633 nm và công suất 215 W/cm2 của Trung tâm 
Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà 
Nội. Dải số sóng từ 200 đến 4 000 cm-1, bước quét 0,01 cm-1. Thiết bị thứ 2 là 
µ-Raman (Renishaw inVia micro-Raman) của Viện Vật lý Kỹ thuật/ ĐHBKHN 
với nguồn laze He-Ne có bước sóng λ = 633 nm và dải đo với độ dịch Raman 
(Raman shift) từ 100 cm-1 đến 3200 cm-1. Các hệ mẫu chế tạo trong luận án 
được đo lường, khảo sát phổ tán xạ Raman ở phạm vi số sóng từ 200 cm-1 đến 
1800 cm-1, bước đo số sóng là 0,5 cm-1, phạm vi kích thích bề mặt mẫu (spot 
size) < 20 m; công suất chiếu 5 mW (các mẫu khảo sát theo công suất được 
đo ở công suất < 200 mW) và thời gian chiếu 10 s. 
2.2.2. Phương pháp phân tích giản đồ nhiễu xạ XRD 
 Phương pháp đo giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) Giản đồ nhiễu xạ tia X 
được sử dụng để xác định thành phần pha, hằng số mạng, hướng mọc ưu tiên 
của vật liệu. Phương pháp phân tích cấu trúc tinh thể và pha bằng giản đồ nhiễu 
xạ tia X (XRD) dựa trên hiện tượng nhiễu xạ tia X bởi mạng tinh thể. Hệ mẫu 
thực nghiệm trong luận án được đo phổ nhiễu xạ tia X bởi thiết bị Siemens 
D5000, tại Trung tâm Khoa học vật liệu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - 
Đại học Quốc gia Hà Nội, sử dụng bước sóng tới λCu = 1,5406 Å. Góc nhiễu xạ 
2θ của phép đo nhiễu xạ tia x được khảo sát trong dải nằm trong dải 20o ÷ 70o 
với bước nhảy 0,05o. 
2.2.3. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (HR-
TEM) 
 Ảnh HRTEM trong luận án được chụp bằng thiết bị JEM 2100 Jeol của 
Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam có 
52 
tích hợp tính năng chụp ảnh nhiễu xạ điện tử. Độ phân giải tới cấp độ nguyên 
tử, đi kèm với các hình ảnh chất lượng cao là nhiều phép phân tích được xử lý 
bằng các phần mềm tính toán phân tích của thiết bị HR-TEM FEI Tecnai G2 
F20/ ĐHBKHN. Phần mềm tính toán cung cấp nhiều thông tin của vật liệu như 
FFT, SAED, trong đó tính toán hằng số mạng đã thu được thông qua các phép 
phân tích của phần mềm này. 
2.2.4. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 
 Hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope - SEM) là một loại 
hiển vi điện tử, có thể tạo ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật liệu. 
Phương pháp sử dụng một chùm điện tử hội tụ có năng lượng cao cỡ (5 ÷ 15 
keV) chiếu lên bề mặt mẫu, sự tạo ảnh của mẫu và các phép phân tích được 
thực hiện thông qua việc phân tích các bức xạ phát ra từ tương tác của chùm 
điện tử với bề mặt mẫu. Các hệ mẫu được khảo sát cấu trúc, hình thái bề mặt 
bằng phương pháp chụp ảnh SEM trên hiển vi điện tử quét JSM-7600F của 
Viện AIST/ ĐHBKHN. 
2.2.5. Phương pháp phân tích phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) 
Các mẫu vật liệu trong luận án được đo trên hệ EDS X-MAX50, tích hợp 
trong hiển vi điện tử JSM-7600F tại phòng thí nghiệm BKEMMA thuộc Viện 
Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 
Ảnh hiển vi điện tử quét của các mẫu nghiên cứu trong luận án được chụp trên 
thiết bị SEM JEOL JSM-7600F tại Phòng thí nghiệm BKEMMA, Viện Tiên 
tiến Khoa học và Công Nghệ (AIST), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. 
2.2.6. Phương pháp phân tích phổ huỳnh quang (PL) 
 Hệ mẫu vật liệu chế tạo được đo trên thiết bị Nanolog, Horiba Jobin 
Yvon, nguồn kích thích là đèn Xenon công suất 450 W có bước sóng từ 250 
nm đến trên 800 nm Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam và hệ đo phổ FHR1000, 
Horiba Jobin Yvon được trang bị nguồn laze xung Nd:YAG với bước sóng kích 
thích 266 nm tại Phòng thí nghiệm Nano Quang điện tử thuộc Viện Tiên tiến 
Khoa học và Công nghệ (AIST), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 
53 
2.2.7. Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT 
- IR) 
Phép đo phổ FTIR của các mẫu Si-NWs trong luận văn được tiến hành 
đo trên máy hồng ngoại biến đổi Fourier Nexus 670 tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới, 
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Phổ FT-IR với độ phân giải 
8 nm, số lần quét là 16 và dải đo từ 400 đến 4000 nm. 
2.2.8. Phương pháp phân tích phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (Uv-
Vis) 
Phương pháp quang phổ hấp thụ Uv-Vis là phương pháp phân tích hiện 
đại, biểu thị mối quang hệ hay hệ số hấp thụ ánh sáng của vật liệu với bước 
sóng ánh sáng chiếu vào vật liệu. Phổ hấp thụ Uv-Vis của mẫu vật liệu nano 
tinh thể được ghi nhận trên máy V650 JASCO trong vùng bước sóng từ 190 ÷ 
900 nm, tại Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS), Trường Đại 
học Bách khoa Hà Nội. 
2.2.9. Phương pháp phân tích phổ hấp thụ cảm ứng (TIA) 
Thời gian sống của hạt tải điện sinh ra trong các quá trình kích thích 
quang học được tiến hành thí nghiệm thông qua phân tích phổ hấp thụ cảm ứng 
tức thời, trên hệ đo Pump - Probe (Bơm - Dò) tại Viện khoa học phân tử Van't 
Hoff, Đại học Amsterdam, Hà Lan. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ đo 
hấp thụ cảm ứng được thể hiện trên hình 2.3. 
Hệ đo hấp thụ cảm ứng có độ phân giải thời gian femto giây (fs) hoạt 
động theo nguyên lý sau: chùm tia laze xung được tạo ra từ nguồn laze rắn Ti - 
Sapphire được đưa qua bộ khuếch đại tần số tạo ra chùm ánh sáng có bước sóng 
340 nm với tần số f = 1 kHz. Tiếp đó tín hiệu gửi qua các bộ khuếch đại tham 
số quang OPA (Optical Parametric Amplifiers) chùm sáng tạo ra chùm bơm và 
chùm dò. Chùm bơm và chùm dò có độ rộng xung khoảng 130 fs. Tiếp đó chùm 
bơm được đi qua bộ chớp và đến mẫu cần đo. Chùm dò sau khi được tạo ra 
cùng thời gian với chùm bơm được đưa theo một hệ thống đường trễ và gương 
phản xạ tạo ra một chùm dò. Sau đó, chùm dò được dẫn thông qua một bộ 
54 
chuyển đổi ánh sáng trắng, tạo ra một phổ ánh sáng có bước sóng trong khoảng 
900 ÷ 1600 nm (ứng với năng lượng từ 1,35 ÷ 0,9 eV ) trước khi truyền đến 
mẫu như hình 2.3 và 2.4. 
Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ đo hấp thụ cảm ứng tức thời [126]. 
Kích thước của chùm bơm được chọn lớn hơn so với kích thước của 
chùm dò để đảm bảo được sự chồng chéo hoàn toàn của chùm dò. Tất cả các 
thí nghiệm hấp thụ cảm ứng được thực hiện ở nhiệt độ phòng. Tín hiệu của 
chùm bơm và chùm dò sau khi qua mẫu sẽ gửi qua một thấu kính hội tụ, tiếp 
đó được thu lại bởi một cảm biến chuyển đổi hình ảnh quang học sang tín hiệu 
(Charge Coupled Device - CCD) và gửi đến máy tính. 
Hình 2.4 Mô tả tín hiệu bơm - dò tại mẫu nghiên cứu 
Tín hiệu CCD thu được từ chùm dò khi có sự xuất hiện của chùm bơm, 
được ký hiệu Ipump+probe. Tín hiệu CCD thu được từ đầu dò khi không có sự xuất 
hiện của chùm ánh sáng bơm (pumb), được ký hiệu Ilin.abs.probe, đây chính là 
cường độ hấp thụ tuyến tính chùm dò khi không có chùm bơm. Việc điều khiển 
55 
này có được thông qua một bộ tạo xung (choper) thiết bị số (6) trong hình 2. 4. 
Khoảng thời gian đóng hoặc mở của bộ tạo xung là ∆t, như trình bày trong hình 
2.4. Trong khoảng thời gian đóng hoặc mở có sự tích hợp của nhiều xung bơm 
hoặc dò, tùy thuộc vào tốc độ của bộ tạo xung (6). Bằng cách này tín hiệu đầu 
dò (cường độ chùm dò) thu được dưới ảnh hưởng của chùm bơm, ký hiệu Iprobe 
được mô tả theo công thức: 
𝐼𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒 = 
𝐼𝑝𝑢𝑚𝑝−𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒− 𝐼𝑙𝑖𝑛.𝑎𝑏𝑠.𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒
𝐼𝑙𝑖𝑛.𝑎𝑏𝑠.𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒
× 100% (2.12) 
2.3. Kết luận chương 2 
Chương 2 tập trung trình bày về các phương pháp chế tạo mẫu trên các 
thiết bị thuộc Viện tiên tiến Khoa học và Công nghệ và Viện ITIMS, Trường 
Đại học Bách Khoa Hà Nội. Ngoài ra, một số phương pháp khảo sát thành phần, 
cấu trúc, pha và tính chất quang của vật liệu với các thiết bị đo tương ứng như 
SEM, TEM, XRD, EDS, PL cũng được trình bày một cách sơ lược. Theo đó, 
tính chất quang của các mẫu vật liệu chế tạo được nghiên cứu nhờ phổ huỳnh 
quang và phổ kích thích huỳnh quang. Thành phần và cấu trúc của vật liệu thu 
được nhờ phân tích kết quả của các phép đo phổ tán sắc năng lượng tia X, giản 
đồ nhiễu xạ tia X và phổ Raman. Hình thái của các cấu trúc chế tạo được có thể 
quan sát thông qua ảnh chụp từ kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường và kính 
hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao. Các phép đo phân tích hiện đại, cho 
các kết quả nghiên cứu sâu với độ tin cậy cao. 
56 
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU NANO TINH THỂ Si CHẾ TẠO 
BẰNG PHƯƠNG PHÁP BỐC BAY NHIỆT 
 Như đã trình bày trong phần tổng quan, dây nano Si-NWs chế tạo bằng 
phương pháp bốc bay nhiệt VLS có đặc trưng hình thái, tính chất phụ thuộc vào 
điều kiện công nghệ chế tạo. Một số thông số liên quan đến điều kiện công nghệ 
của phương pháp này VLS có thể kể đến: vật liệu nguồn, nhiệt độ bốc bay, thời 
gian bốc bay nhiệt, vị trí tương đối giữa phiến Si (bề mặt lắng đọng) với vị trí 
vật liệu nguồn. Ngoài ra, phương pháp VLS còn chịu ảnh hưởng của các yếu tố 
khí quyển của lò, hình thái, loại xúc tác của kim loại xúc tác trên bề mặt phiến 
Si. Trong chương này, luận án đề cập chi tiết các nội dung liên quan tới: quá 
trình chế tạo Si-NWs bằng phương pháp bốc bay nhiệt; hình thái, cấu trúc tinh 
thể và phổ phát quang PL của dây Si-NWs; đồng thời sẽ thảo luận một số hạn 
chế công nghệ phương pháp chế tạo cũng như các nguyên nhân hạn chế sự hình 
thành các cấu trúc nano trong mẫu chế tạo được. 
Kết quả nghiên cứu chế tạo Si-NWs sẽ được trình bày ở ba nội dung, 
tương ứng liên quan tới sự phụ thuộc hình thái cấu trúc của Si-NWs vào độ dày 
lớp Au; thời gian bốc bay và tốc độ lưu lượng khí mang Ar. 
3.1. Sự phụ thuộc hình thái, cấu trúc dây Si-NWs vào độ dày lớp Au 
 Đường kính và phân bố trung bình của mầm Au trên phiến Si được khảo 
sát. Hình 3.1 trình bày ảnh SEM của các mầm Au trên hai mẫu M1.40 và M3.40, 
có độ dày lớp Au tương ứng là 1 nm và 3 nm, sau khi ủ tại nhiệt độ 750 oC. Kết 
quả cho thấy màng Au kích co cụm thành các mầm Au hình bán cầu. Các mầm 
Au phân bố đều trên toàn bộ phiến Si. Mầm vàng tạo được tương đối đồng 
dạng, có phân bố kích thước trung bình của mầm Au trong khoảng 10 ÷ 50 nm. 
Phiến Si có độ dày màng Au lớn hơn kích thước và phân bố mầm Au lớn hơn 
và dày hơn. 
 Hệ mẫu phiến Si phủ Au sau khi khảo sát kích thước mầm Au sẽ được 
lựa chọn để bốc bay nhiệt. Mẫu M1.40 và M3.40 được lắng đọng Si bằng 
phương pháp bốc bay nhiệt ở cùng điều kiện nhiệt độ 1200 oC/40 phút, tỉ lệ hợp 
phần vật liệu nguồn Si:C (Silic:Cacbon = 4:1). 
57 
Hình 3.1 Ảnh hiển vi điện tử SEM mầm Au trên (a) mẫu M1.40, (b) mẫu M3.40. 
 Hình 3.2 so sánh ảnh hình thái bề mặt của các cấu trúc dây hình thành 
trên M1.40 và M3.40 sau quá trình bốc bay nhiệt. Hình ảnh cấu trúc tế vi của 
hai mẫu M1.40 và M3.40 cho thấy các mẫu sau bốc bay nhiệt đã hình thành các 
dây kích thước nano mét. Cấu trúc dây của mẫu M1.30, M1.40 có cùng hình 
thái và có độ dài khoảng vài micromet. Mẫu M3.40 có các dây nano hình thành 
đồng đều hơn các mẫu M1.40, kích thước đường kính phân bố trong khoảng từ 
100 đến 200 nm. Mẫu M1.40 có các dây hình thành ít đồng đều, gồm nhiều dây 
nhỏ đường kính từ 50 đến 100 nm. 
Hình 3.2 Ảnh hiển vi điện tử SEM sau bốc bay nhiệt của (a) mẫu M1.40 và (b) 
M3.40 tương ứng có độ dày lớp màng Au là 1 nm và 3 nm, (c) phổ tán sắc năng 
lượng tại 1 điểm trên thân Si-NWs của M3.40. 
100 nm 
10 nm 
100 nm 
(a) 
58 
 Trong thực nghiệm chế tạo mẫu, quá trình bốc bay hỗn hợp Si:C (quá 
trình thăng hoa) tạo hỗn khí Si, CO, COx, Ar diễn ra đồng thời với quá trình 
lắng đọng Si phân tử trên phiến Si phủ Au. Các dây nano có đường kính phụ 
thuộc vào đường kính hạt Au lắng đọng. Đây là nguyên nhân giải thích vì sao 
có hiện tượng phân bố kích thước khác nhau giữa 2 mẫu M1.40 và M3.40. Quá 
trình nóng chảy xuất hiện, co cụm tạo hạt vàng, ngoài xu hướng chủ đạo là quá 
trình các hạt vàng co cụm thành các đơn hạt, còn hình thành một số xu hướng 
liên kết các hạt vàng có vị trí phân bố quá gần nhau. Theo chế VLS quá trình 
và phương thức hình thành, phát triển dây kích thước nano là do các tác nhân 
xúc tác mầm nano Au đóng góp chủ yếu. 
 Để xác định thành phần của dây nano, mẫu M1.40, M3.40 sau chế tạo 
được khảo sát và phân tích hàm lượng nguyên tố bằng phương pháp phân thích 
phổ tán sắc năng lượng EDS. Hình 3.3 trình bày kết quả phân tích phổ tán sắc 
năng lượng của mẫu M3.40. Các vị trí đánh dấu tương ứng trên hình lần lượt là 
(b) Spectrum 3, (c) Spectrum 4 và (d) Spectrum 5, tại các vị trí này mẫu sẽ được 
thiết bị kích thích. 
Hình 3.3 Ảnh SEM (a) và Phổ tán sắc năng lượng EDS của mẫu M3.40 khảo sát tại 
các vị trí khác nhau (b) Spectrum 3, (c) Spectrum 4 và (d) Spectrum 5. 
59 
Phổ tán sắc năng lượng của các vị trí khảo sát đều cho thấy tỉ phần chính 
của các dây nano cấu thành chủ yếu từ Si và O. Các nguyên tố khác hầu như 
không có, do đó có thể kết luận không có quá trình hóa lý nào khác xuất hiện 
ngoài các quá trình do cơ chế VLS như chương 2 đã nêu. Các nguyên tố Ar, C, 
Au không xuất hiện trong phổ EDS, hàm lượng nguyên tố Au nhỏ hoặc mầm 
Au chủ yếu phân bố phía đầu dây nano. Tỉ phần hàm lượng nguyên tử Si:O 
xuất hiện trong các điểm là không hoàn toàn giống nhau. Các tỉ lệ này được 
tổng hợp lại và trình bày trong bảng 3.1 dưới đây: 
Bảng 3.1 Tỉ lệ % nguyên tử giữa oxi và Si tại các vị trí khảo sát trong mẫu M3.40. 
Điểm khảo sát % Nguyên tử O % Nguyên tử Si Tỉ lệ quy đổi 
Spectrum 3 62,0 38,0 1,63 : 1 
Spectrum 4 55,1 44,9 1,23 : 1 
Spectrum 5 56,1 43,9 1,28 : 1 
Bảng 3.1 cho thấy, tại các vị trí khảo sát khác nhau trên bề mặt Si-NWs 
đều có chứa thành phần oxi tương đối lớn. Có thể kết luận dây nano chế tạo 
được là Si-NWs bị oxi hóa bởi lớp ô xít SiOx, với 0 < x < 2. Điều này có thể có 
những phỏng đoán như sau: dây nano bao gồm (1) các vùng nano tinh thể Si và 
vùng SiO2 tồn tại đan xen hoặc (2) dây nano Si được bao phủ bởi lớp SiOx/SiO2. 
Để phân tích được cụ thể hai trường hợp này cần có những nghiên cứu sâu hơn 
như hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao. Trong nghiên cứu của TS.Thúy 
và các đồng nghiệp [61] tại Viện Vật lý kĩ thuật, Trường ĐHBK HN, cấu trúc 
lõi vỏ của Si/SiO2 đã được chứng minh. Trong công trình công bố của TS.Tuấn 
và các đồng nghiệp [11] tại Viện ITIMS, Trường ĐHBK HN, các cấu trúc nano 
Si nằm trong cấu trúc oxít silic vô định hình được chỉ ra. 
 Qua khảo sát hai mẫu M1.40 và M3.40, có thể chỉ ra rằng dây nano Si 
được hình thành phụ thuộc vào độ dày lớp Au phún xạ. Mẫu có lớp Au phún 
xạ dày hơn thường hình thành các mầm vàng kích thước lớn, do đó các nano Si 
phát triển thường có đường kính lớn hơn. Nghiên cứu cũng cho thấy dây nano 
60 
Si hình thành có lớp vỏ bị oxi hóa mạnh. Kết quả khảo sát cho thấy 2 điểm hạn 
chế lớn trong điều kiện công nghệ chế tạo. Một là quá trình tạo mầm Au ở nhiệt 
độ cao (750 oC) so với điểm eutectic của Au (363 oC), do đó quá trình tạo mầm 
Au thực chất là quá trình tạo mầm hợp kim Si-Au [119]. Hệ quả, sức căng mặt 
ngoài của mầm hợp kim sẽ thấp hơn so với sức căng mặt ngoài của mầm Au, 
làm nguyên nhân chính tạo ra các mầm hợp kim có kích thước lớn [84]. Hai là, 
mầm hợp kim Si-Au giàu phân tử Si sẽ có xu hướng ưu tiên toàn bộ phân tử 
khí Si bao quanh toàn bộ mầm Si-Au tham gia quá trình phát triển dây thay vì 
chỉ ưu tiên phân tử Si tại phần tiếp giáp giữa mầm hợp kim với phiến Si [84]. 
Do đó, tốc độ phát triển dây trong trường hợp này sẽ nhanh hơn, sự điều tiết 
quá trình phát triển dây khó khảo sát hơn. 
3.2. Sự phụ thuộc hình thái, cấu trúc dây Si-NWs vào thời gian bốc 
bay và tốc độ khí mang Ar 
 Trong quá trình thực nghiệm chế tạo Si-NWs bằng phương pháp bốc bay 
nhiệt thì lưu lượng khí mang là một yếu tố quan trọng. Khí mang tạo ra khí 
quyển mong muốn thúc đẩy quá trình khếch tán phân tử Si dạng khí tham gia 
phản ứng, đồng thời cũng đóng vai trò tác nhân giảm thiểu quá trình oxi hóa bề 
mặt Si-NWs chế tạo được. Sự ảnh hưởng của khí mang thể hiện ở nhiều góc 
độ, như là thành phần khí (đa số là các loại khí trơ, khí kèm theo chất khử H2, 
CO tác dụng trung hòa các tác nhân ô xi hóa), độ sạch, hàm khô và tốc độ thổi, 
lưu lượng khí mang. Trong phần này, luận án đề cập đến sự phụ thuộc của thời 
gian bốc bay và tốc độ thổi khí trong quá trình bốc bay lên hình thái, cấu trúc 
của vật liệu được khảo sát. 
 Sự phụ thuộc vào thời gian bốc bay: 
Hình 3.4 trình bày ảnh SEM bề mặt mẫu (a) M1.20, (b) M1.30, (c) 
M1.40, (d) M1.50 tương ứng với thời gian bốc bay thay đổi 20, 30, 40, 50 phút 
và tốc độ lưu lượng khí mang cố định ở giá trị 250 Sccm. 
61 
Hình 3.4 Ảnh SEM chụp bề mặt mẫu M1.20 (a), M1.30 (b), M1.40 (c), M1.50 (d) 
tương ứng với thời gian bốc bay thay đổi 20, 30, 40, 50 phút với tốc độ lưu lượng 
khí Ar cố định ở giá trị 250 Sccm. 
 Kết quả cho thấy, thời gian xử lý nhiệt khác nhau các mẫu đều hình thành 
các dây nano. Kích thước các dây chế tạo được có giá trị vài chục m, đường 
kính nằm trong khoảng từ 50 ÷100 nm. Dây nano có xu hướng phát triển theo 
nhiều hướng ngẫu nhiên, không trật tự, tạo thành các búi dài, đan xen nhau. Số 
lượng dây hình thành trong các mẫu là không đồng nhất. Đặc biệt, số lượng dây 
hình thành trên mẫu M1.20 là hạn chế. Các dây của mẫu M1.30 có dạng mảnh, 
đường kính nhỏ hơn 3 mẫu còn lại. Mẫu M1.40 và M1.50 hình thành số lượng 
dây Si-NWs nhiều hơn và các dây đơn lẻ có xu hướng uốn lượn, không thẳng. 
Mẫu có thời gian xử lý nhiệt lâu hơn sẽ phát triển được nhiều dây hơn và các 
dây dài hơn. Lý do của sự khác biệt này là do lượng vật liệu nguồn được bảo 
đảm luôn dư trong toàn bộ thời gian bốc bay, thời gian ủ lâu hơn thì lượng khí 
quyển Si dang khí sẽ đến tham gia phản ứng trên bề mặt mẫu sẽ tăng tỉ lệ thuận, 
trong khi mầm hợp kim Au ít bị tổn hao trong quá trình bốc bay. Hiện tượng 
62 
hình thái các dây uốn lượn, không thẳng là do dây dài, trọng lượng dây kéo 
xuống làm đổi hướng phát triển dây. 
 Hình 3.5 Kết quả phân tích phổ tán sắc năng lượng EDS các mẫu: (a) Thời gian bốc 
bay 40 phút (M1.40), (b) Thời gian bốc bay 50 phút (M1.50) 
Hình 3.5 trình bày phổ EDS của các mẫu M1.40 (a) và M1.50 (b). Kết 
quả cho thấy tỉ lệ phần trăm nguyên tử O và Si của 2 mẫu không có sự khác 
nhau đáng kể. Cụ thể với thời gian bốc bay lớn hơn, tỉ phần O trong mẫu tăng 
nhẹ so với Si. Tỉ lệ hợp phần Si:O trong mẫu khoảng trên dưới 1:1.8. Như vậy, 
thời gian xử lý mẫu kéo dài không ảnh hưởng tới quá trình oxi hóa dây Si-NWs. 
Quá trình ô xi hóa không hoàn toàn do tỉ lệ hợp phần Si:O nhỏ hơn 1:2. Điều 
này chứng tỏ bề mặt Si-NWs không hoàn toàn là lớp oxit SiO2, thay vào đó có 
thể tồn tại các vùng Si/SiO2 hoặc SiOx (0 < x < 2) như đã thảo luận phía trên. 
 Bảng 3.2 tổng hợp tỉ lệ % nguyên tử giữa oxi và Si trong các mẫu M1.40 
và M1.50 có thời gian b