بخشی از مقاله
مقدمه
ZnO یک نیمههادي اکسید فلزي گروه II-VI با گاف نواري مستقیم Eg =3/37 eV) در دماي اتاق) و انرژي پیوندي اکسایتونی نسبتا بزرگ (حدود (60 meV است که کاربردهاي متنوعی در الکترونیک و فوتونیک دارد. نانوساختارهاي گوناگونی از ZnO
همچون نانومیلهها، نانوسیمها و نانو تسمهها ساخته شدهاند .[4-1]
قبلا نشان داده شده است که نانوساختارهاي یک بعدي در ابزارهاي الکترونیکی، اپتوالکترونیکی و الکترومکانیکی مثل لیزرهاي [3] UV، دیودهاي گسیلنده نور [4] و نانو-پیزو مولدها
[5] کاربردهاي متنوعی دارند. در ساختار ZnO نقصهاي ذاتی و غیر ذاتی هردو وجود دارند. وجود چنین نقصهایی به شدت بر فوتولومینسانس (PL) و هدایت نوري ماده اثر میگذارند. بازپخت
87
ZnO در محیط غنی از اکسیژن یا محیط داراي کمبود اکسیژن به منظور افزایش یا کاهش جاهاي خالی اکسیژن (VO) نوع نقصها با مطالعه خواص [9 - 6] PL و خواص هدایت نوري [7] گزارش شده است.
در این کار با استفاده از روش DC اسپاترینگ واکنشی و کنترل فرایند، موفق شدیم نانوساختارهاي ZnO با سطح مقطع شش وجهی بر روي زیرلایه شیشه رشد دهیم. به منظور بهبود گسیل نوري، نمونهها را در اکسیژن باز پخت کردیم. پس از بازپخت طیف فوتولومینسانس (PL) ساختار در ناحیه فرابنفش و مرئی ثبت شد. پیک نسبتا خوبی در ناحیه طیفی فرابنفش نزدیک مشاهده کردیم. با توجه به نتایج این تحقیق امکان استفاده از این نانوساختارها براي ساخت نانو ابزارهاي اپتوالکترونیکی UV،
همچون LEDهاي ماوراء بنفش و لیزرهاي دیود UV فراهم می
شود.
بخش تجربی
نوع زیرلایه به کـار رفتـه در ایـن آزمـایش لام شیشـهاي بـود.
تارگت اسپاترینگ از فلز Zn با قطر 3 اینچی و خلـوص% 99/995
ساخته شده است. فاصله عمودي تارگت تا زیرلایه در این آزمایش حدود 5/5 سانتیمتر بود. فشار پـیش اسـپاترینگ کـه توسـط پمـپ توربومولکولی تـامین مـیشـد، 6×10- 6 mbar بـود. بـراي شـروع عملیات اسپاترینگ، مخلوط گاز آرگون و اکسیژن طوري تنظیم شد که نسبت Ar:O2 برابر 10:1 باشد. در حین اسـپاترینگ تـوان DC
برابر 250 W وات و نرخ لایه نشانی 1/9 A/s تنظیم شـد. فرآینـد اسپاترینگ یک ساعت به طول انجامید که در این مدت مقدار مـاده نشست کرده روي زیرلایه حدود 700 نانومتر اندازهگیري شد.
عملیات حرارتی نمونه در کوره لولهاي افقی تحت خلاء انجـام شد. قسمت مرکزي کوره با استفاده از فیلمانهاي مناسب تا دمـاي
350 درجه گرم شد. از طریق شیر سوزنی مناسب گـاز اکسـیژن بـا خلوص 99/99% وارد محفظه شد تا فشار محفظه به حـدود mbar
110-1 رسید. عملیات حرارتی 2 ساعت طول کشید.
مورفولـوژي نانومیلـههـاي ZnO بـا اسـتفاده از میکروسـکوپ الکترونی روبشی (SEM) مدل XL30 با ولتاژ شتاب در محـدوده
15- 25 kV بررسی شد. ساختار بلوري نمونه با اسـتفاده از پـراش
سـنج اشـعه ) X مـدل (Philips X'pert PROMRD بـا تـابش
CuK با طول موج =0/1542nm انجام گرفت.
(a)
_____
__2 m
(b)
_____
__1 m
(c)
_____
شکل 1 تصاویر SEM مربوط به نانوساختارهاي mZnOساخته شده1 با روش DC
اسپاترینگ. (a) تصویر مورب 30o SEM از نمونه قبل از بازپخت در اکسیژن
(b) تصویر SEM نماي بالا قبل از بازپخت نمونه در اکسیژن. چنانچه در این شکل مشخص شده است نانومیلهها داراي سطح مقطع شش وجهی و قطر نوعی حدود 50 تا 150 نانومتر میباشند (c) تصویر SEM مورب 30o بعد از بازپخت در اکسیژن در کوره خلاء در فشار 10 mbar با فلوي 0/2 lit/min به مدت 2
ساعت.
88
روبش در محدوده 2 بین 20 تا 70، درجه با اندازه گام
0/03333 انجام شد. اندازهگیري فوتولومینسانس با استفاده از لامپ زنون (Xe) با طول موج 325 nm به منظور تحریک فوتولومینسانس نمونه انجام گرفت. طیف نمونه با استفاده از یک دوربین CCD و اسپکترومتر مرئی-UV ثبت شد.
