بخشی از مقاله
مقدمه
بطور کلی ساخت لایههاي نازك با روشهاي متفاوت و
متنوعی صورت میگیرد که خواص مورد نیاز آنها تاثیر زیادي روي
انتخاب یکی از این روشها دارد. از میان روشهاي لایهگذاري و ساخت لایهنازك میتوان کندوپاش پلاسمایی را نام برد. با توجه به حساسیتپذیري قطعات الکتریکی و الکترواپتیکی امروزه در صنایع مربوطه جهانی نسبت به روش کندوپاش پلاسمایی تمایل
67
چشمگیري وجود دارد. از میان مواد لایه نازکی که کاربردهاي گستردهاي دارند رساناهاي شفاف خیلی مطرح میباشند. نیاز به سبکی، کوچکی و کم حجمی وسایل الکترواپتیکی از قبیل صفحات نمایش و حسگرهاي گازي در کنار دلایل اقتصادي از عمده عوامل رویکرد به این مواد میباشد. گونههاي متداولتر این مواد SnO2, CdO, ZnO, و In2O3 میباشند3]،2،.[1 اکسیدهاي رساناي شفاف معمولاً عایق هستند از این رو آنها را با مواد دیگري آلایش میکنند. همچنین میتوان این کار را از طریق تغییر در استوکیومتري با ارجحیت فلز به اکسیژن انجام داد. براي نمونه می توان ZnO را با Ga یا Al ، SnO2 را باF، In2O3 را با Sn آلایش نمود. البته در تمام این مراحل باید دقت کرد که شفافیت لایهها نیز از بین نرود. به دلیل سختی کنترل شرایط در پلاسماهاي راکتیو امروزه رویکردي به روش هاي ترکیبی و اکسیداسیون حرارتی وجود دارد 4]،5،.[6 اخیراً به دلایل ارزانی و فراوانی( بطوري که Zn هزار بار بیشتر از قلع در پوسته زمین وجود دارد.)، قابلیت استفاده در مقیاس بزرگ، پایداري بالا در پلاسماي هیدروژنی، دماي رشد پایین، غیر سمی بودن، سادگی فرآوري، مقاومت بالا به اکسیژن زدایی، پایداري بالاي شیمیایی، مکانیکی و حرارتی، لایه نازك ZnO بعنوان مادهاي براي پوششهاي رساناي شفاف مورد توجه قرار گرفته است3]،2،1،.[4 در این کار روي ساخت خواص لایه نازك ZnO:Al به روش ترکیبی کندوپاش و اکسیداسیون حرارتی تحقیق می کنیم و خواص لایه هاي ایجاد شده را بررسی می نماییم.
روشهاي تجربی
لایه نازك Zn:Al توسط سیستم لایه گذاري کندوپاشی نوع جریان مستقیم از یک هدف آلیاژي ساخته شد. میزان Zn و Al در هدف ساخته شده که توسط آنالیز کوانتومتري سنجیده شده است به صورت 98درصد فلز روي و 2 درصد فلز آلومینیوم بود. زیر لایه مورد استفاده در این کار شیشه نوع سودا-آهک بود که توسط حمام آلتراسونیک استون و الکل مورد شست و شو قرار گرفت.
گاز آرگون به عنوان گاز پایه براي ایجاد لایه هاي نازك Zn-Al
مورد استفاده قرار گرفت. سیستم ابتدا توسط دو پمپ روتوري و
دیفیوژن تا فشار10-5 Torr تخلیه گردید سپس گاز آرگون با
فـــشار کـــار 3/2×10-2 Torr به درون اتاقک واکنش رانده
شد. فاصله الکترودي 9 cm و دماي زیرلایه 100 o C بود.
نمونههاي لایه نشینی Zn-Al ایجاد شده به روش کندوپاش پلاسمایی را درون کوره الکتریکی (EXCITON) عمودي قرار دادیم. عملیات اکسیداسیون در هواي آزاد صورت گرفت. دماي
اکسیداسیون طی یک سري آزمایشات 380 o C انتخاب گردید.
زمان اکسیداسیون جهت رسیدن به ترکیب شیمیایی مطلوب براي خواص الکتریکی و اپتیکی مد نظر در دماي مذکور بصورت متغیر
4:30 ساعت، 6:30 ساعت و 8:30 ساعت انتخاب شد. عملیات سرد کردن نمونهها در همان کوره و به صورت تدریجی صورت گرفت.
از نمونههاي ساخته شده آنالیز RBS براي سنجش ضخامت و استوکیومتري، XRD براي تعیین ساختار و تایید نوع لایه ایجاد شده، آنالیز اسپکتروسکوپی مرئی براي سنجش عبوردهی نور مرئی و مقاومت سنجی چهار نقطه اي براي تعیین مقاومت گرفته شده است و نتایج براي زمان هاي متفاوت اکسیداسیون با هم مقایسه شده است.
بحث و بررسی
آنالیز RBS را یکبار توسط پروتون و یکبار دیگر توسط یون-
هاي هلیم یا ذرات آلفا انجام دادهایم که نتایج حاصله تقریباً یکسان میباشد. علت انجام دوباره آنالیز RBS حساسیت کم دستگاه به فلز آلومینیوم میباشد، در واقع حد اولیه دستگاه در تشخیص عناصر، آلومینیوم میباشد. نتایج حاصل از این آنالیز در شکل 1
ارائه شده است که تنها به نتیجه آنالیز براي یک نمونه اکتفا شده است. در همه این آنالیزها مقادیر منحنی تجربی با منحنی شبیه سازي شده در توافق خوبی میباشد و مقدار این ترکیب شیمیایی به صورت نسبت Zn/O= 1/041 میباشد. با توجه به اندازههاي اتمی Zn و O و وجود جاهاي خالی اکسیژنی مقدار ترکیب
68
شیمیایی بد یهی و طبیعی میباشد و میتوان آن را حد نسبت یک
به یک دانس ت.
شکل:1 آنالیز RBS نمونه اکسی داسیون حرارتی در هواي آزاد در زمان 510ثانیه
در ادامه براي نمونههاي اکسید شده در هواي آزاد به ازاي
زمانهاي متفاوت اکسیدا سیون تغییرات مقاومت ویژه الکتریکی
سطحی را بررسی نمودهایم . نتایج حاصل از آن در منحنی شکل 2
آورده شده است.
