بخشی از مقاله
مقدمه
اکسید روي یک نیمههادي با گاف نواري مستقیم و پهن اسـت که کاندیداي بسـیار مناسـبی بـراي کاربردهـاي مـواد نیمـههـادي، پیزوالکتریک، نور رسانا و موجبرهاي اپتیکی به شمار مـیرود -2] .[1 این ماده داراي ساختار شش وجهی ورتزیت با گاف نواري eV
3/37 و انرژي پیوندي اکسایتونی بزرگ 60 meV است. لایههـاي نازك ZnO به سبب استحکام پیوندي زیـاد، کیفیـت اپتیکـی بـالا، پایداري فوقالعاده اکسایتونها و خـواص پیزوالکتریکـی عـالی در زمینههاي مختلـف فنـاوري همچـون لایـه هـاي رسـاناي شـفاف، الکتـــرود در نمایشـــگرها و ســـلولهـــاي خورشـــیدي، ادوات
پیزوالکتریک، حسگرهاي گازي، دیودهاي نورگسیل و لیزر دیودها نقش بسیار مهمی دارند .[3-6]
نانوساختارها و میکروساختارهاي ZnO را میتـوان بـهوسـیله روشهاي فیزیکی و شیمیایی نظیر رونشانی بخار شیمیایی (CVD) [7]، رونشانی لیزر پالسی [8] (PLD)، برآرایی فاز بخار فلـز-آلـی [9] (MOVPE)، برآرایی پرتو مولکولی [10] (MBE)، رونشـانی الکتروشیمیایی [11]، تبخیر حرارتـی 12]، [13 و اسـپاترینگ 14]، [15 ساخت.
خواص فیزیکی و اپتیکی لایههاي نازك ZnO، میکروساختارها و نانوساختارها سنتز شده با روشهاي متنوع با بررسی اثـرات دمـا، جنس زیرلایه، شرایط لایهنشـانی و دمـاي بازپخـت بررسـی شـده
54
اســت .[18-16] رشــد میکروســاختارها و نانوســاختارهاي ZnO
کاربردهاي کلیدي در گسیل میـدان [19] حسـگري گازهـا [20] و
اپتوالکترونیک [21] دارد.
در این مقاله با استفاده از روش RF اسپاترینگ واکنشی میکرو ساختارها و نانوساختارهاي ZnO را تحت شرایط آزمایشگاهی روي زیرلایه سیلیکون، با تغییر دماي عملیات حرارتی و ایجاد تمپلیت مناسب در حین رشد سنتز کردیم. سپس خواص اپتیکی محصولات را مورد بررسی و مقایسه قرار دادیم. ملاحظه کردیم کاهش ابعادي افزایش فوقالعادهاي در شدت گسیل (در حدود 4/5 برابر) فوتولومینسانس در محدوه طیفی سبز و آبی نشان میدهد.
بخش تجربی
لایههاي نازك میکرو و نانوساختاري با استفاده از یک دستگاه مگنترون اسپاترینگ RF با فرکانس 13/56 MHz تهیه شدند.
زیرلایههاي مورد استفاده در این آزمایشها سیلیکون بلوري (100)
نوع p بودند. زیرلایهها را با روشهاي متداول شستشو و تمیز کردیم. تارگت اسپاترینگ مورد استفاده در این آزمایشات یک تارگت 3 اینچی Zn با خلوص 99/99% بود. به منظور تولید پلاسما از گاز آرگون با خلوص 99/99% و از گاز اکسیژن با خلوص 99/99% به عنوان گاز واکنشی استفاده شد. فاصله تارگت تا زیرلایه حدود 85 mm بود. در نمونه A ابتدا یک لایه نازك ZnO با ضخامت 10 nm با توان 40 W و آهنگ لایه نشانی Å/s
0/8 ایجاد شد. فشار کاري اسپاترینگ 2 Pa و توان کاري 100 W
بود. صخامت لایه نشانده شده که با استفاده از ضخامت سنج کریستالی اندازهگیري شد، حدود 650 nm ثبت شد. در حین لایه نشانی زیرلایه به یک گرمکن الکتریکی در تماس بود طوريکه دماي زیرلایه در حدود 200 oC ثابت نگه داشته شده بود. براي نمونه B هیچ لایه نشانی اولیه انجام نشد و این نمونه به طور مستقیم در تماس با گرمکن الکتریکی نبود و دماي زیرلایه نیز در
100 oC ثابت نگه داشته شد.
به منظور بررسی مورفولوژي سطح از یک میکروسکوپ الکترونی (SEM) مدل HITACHI H-80110 استفاده شد.
ساختارهاي بلوري با استفاده از پراش سنج اشعه X دستگاه
Philips X'pert PROMRD با تابش CuK در طول موج nm
=0/1542 در محدوده 20 تا 70 درجه با گام 0/0333 انجام شد.
اندازهگیري طیف فوتولومینسانس با استفاده از طیفسنج فلورسانس (FLS920) در طول موج تحریکی 250 nm با یک لامپ زنون به عنوان چشمه تحریک انجام شد.
نتایج و بحث
شکل (1) تصاویر میکروسکوپی از مورفولوژي سطح نمونههاي A و B را نشان میدهد. تصویر 1(a) تصویر مورفولوژي سطح نمونه A با بزرگنمایی کم را نشان میدهد.
چنانچه از تصویر ملاحظه میکنیم چین خوردگی منظم با طرح جالب توجهی روي سطح زیرلایه سیلیکون ایجاد شده است. علت این امر میتواند اعمال دماي حدود 200 oC در حین لایه نشانی به زیرلایه باشد. تصویر 1(b) که با بزرگنمایی زیاد از سطح زیرلایه گرفته شده است، نشان میدهد سطح این الگوهاي منظم میکرومتري داراي ساختارهاي نانومتري هستند که از نماي بالا اندازه سطح این نانوساختارها حدود 40- 50 nm است. شکل 1(c)
تصویر از سطح نمونه B است که دماي سطح آن در حین فرایند اسپاترینگ در حدود 100 oC بوده است. چنانچه تصویر مورفولوژي سطح نشان میدهد روي سطح این نمونه پوششی از میکرو ساختارهاي ZnO ایجاد شده است. در برخی از جایگاههاي سطح ساختارهاي میکرویی از میلههاي با سطح مقطع کاملا گرد مشاهده میشود. طول نوعی این میکرومیلهها در حدود -200 m 300 است. در شکل 1 (d) یک نمونه از این میکرومیلهها با سطح مقطع گرد و با قطر حدود 3 m نشان داده شده است.
