بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله خواص ساختاری و الکتریکی لایههای نازک اکسید ایندیوم آلاییده با قلع - ITO - ، که به روش تبخیر با پرتو الکترونی واکنش پذیر بر روی زیرلایههای شیشهای لایهنشانی شدهاند، مورد بررسی قرار گرفته است. لایهنشانی با آهنگهای لایهنشانی مختلف، در گستره 0/14 تا 0/22 nm/s، و در دمای اتاق انجام شد. لایهها با ضخامتتقریباً یکسان 100 nm تهیه شدند. سپس، تمامی لایهها در دمای 300 oC در مجاورت هوا به مدت یک ساعت بازپخت شدند. به منظور بررسی تأثیر آهنگ لایهنشانی بر خواص ساختاری و الکتریکی لایهها به ترتیب، از تکنیک پراش سنجی اشعه-ایکس - XRD - و دستگاه گمانه چهار نقطهای - Four-Point Probe - برای محاسبه مقاومت ویژه الکتریکی - - استفاده شد. مشاهده شد که لایهها پس از لایهنشانی دارای ساختاری آمورف - بیشکل - با مقاومت ویژه الکتریکی زیاد هستند. اما، پس از بازپخت ساختاری بلوری پیدا میکنند و رسانندگی آنها افزایش مییابد.
واژههای کلیدی: لایهنازک، اکسید ایندیوم آلاییده با قلع - ITO - ، تبخیر با پرتو الکترونی، آهنگ لایهنشانی
01مقدمه
امروزه لایههای نازک اکسیدهای رسانای شفاف - TCO - توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. لایههای نازک اکسید ایندیوم آلاییده با قلع - ITO - از جمله اکسیدهای رسانای شفافی هستند که دارای ویژگیهای توأم شفافیت بالا - در طول موجهای ناحیه مرئی - و رسانندگی الکتریکینسبتاً بالا می باشند. ITO یک نیم رسانای نوع n با گاف انرژی در حدود 3/5 تا 4/3 eV و غلظت حامل بار بیشینهای از مرتبه 1021 cm-3 میباشد. از اینرو، بواسطه دارا بودن این ویژگیها، کاربردهای فراوانی در صنایعی همچون؛ اپتیک، الکترونیک، اپتوالکترونیک و... پیدا کردهاند . از ویژگیهای اپتیکی و الکتریکی این لایهها بطور گستردهای در الکترودهای شفاف، قطعات اپتوالکترونیکی از قبیل قطعات نمایش دهنده کریستال مایع - LCD - ، آینههای بازتاب دهنده گرما، حسگرها، سلولهای خورشیدی، و... استفاده میشود .[1-3] روشهای مختلفی برای تهیه لایههای نازک ITO وجود دارند، که از جمله میتوان به لایهنشانی از طریق تبخیر حرارتی [4]، کندوپاش مغناطیسی - جریان مستقیم، DC، و بسامد رادیویی، RF، - 5] و [6 و تبخیر با پرتو الکترونی 7] و[8 اشاره نمود. تهیه لایههای نازک ITOشدیداً تحت تأثیر نوع روش و شرایط لایهنشانی قرار دارد. یکی از پارامترهای مهم در تهیه لایههای نازک ITO آهنگ لایهنشانی است. در این مقاله تأثیر آهنگ لایهنشانی بر خواص ساختاری و الکتریکی لایههای نازک ITO بررسی میشود.
نتایج و بحث
الف- خواص ساختاری
در مرحله اول این تحقیق، لایههای نازک ITO با ضخامتتقریباً 100 nm بر روی زیرلایههای شیشهای با آهنگهای لایهنشانی مختلف در دمای اتاق تهیه شدند. برای مشخضهیابی لایههای نازک تهیه شده، پیش از بازپخت - در دمای اتاق - ، آزمون پراش پرتو-ایکس انجام و طیف پراش XRD آنها مورد بررسی قرار گرفت. طیفهای پراش XRD تمام لایهها قبل از بازپخت شبیه آنچه که در شکل 1 نشان داده شده است میباشد. یعنی همچنانکه در شکل 1 مشاهده میشود، هیچ قله پراش واضحی که دلالت بر بلورینگی لایهها داشته باشد - به جز یک زمینه قله مانند پهن از 2تقریباً برابر 20 تا 35 درجه - وجود ندارد، که حاکی از غیربلوری - آمورف - بودن لایهها قبل از بازپخت است. شکلهای 2، 3 و 4 طیفهای پراش پرتو-ایکس لایههای نازک ITO، که بترتیب با آهنگهای لایهنشانی 0/22 nm/s - شکل - 2، 0/18 nm/s - شکل - 3 و 0/14 nm/s - شکل - 4 لایهنشانی و در دمای 300 oC بازپخت شدهاند، را نشان میدهند. بررسی طیفهای پراش پرتو-ایکس لایههای نازک ITO بازپخت شده با آهنگهای لایهنشانی مختلف نشان میدهد - بر خلاف لایههای قبل از بازپخت که آمورف اند - تمامی آنها دارای ساختاری بلوری با یک جهتگیری ترجیهی - 2 2 2 - هستند. تمام قلههای پراش پرتو-ایکس لایههای نازک بازپخت شده با قلههای پراش مرجع In2O3 - کارت شماره. JCPDS 06-0416، که دارای شبکه مکعبی- مرکزدار BCC است - سازگارند. براساس شکلهای 2-4 قله وابسته به بیشینه شدت - جهتگیری ترجیهی - مربوط به صفحه - 2 2 2 - است و سایر قلهها در - 2 1 1 - ، - 4 0 0 - ، - 4 4 0 - و - 6 2 2 - اتفاق میافتند. همچنین مشاهده میشود که با کاهش آهنگ لایهنشانی از مقدار 0/22 به 0/14 nm/s ارتفاع قله بیشینه شدت از مقدار نسبی 504/3 به 824/8 افزایش مییابد. این نتایج با مقالات گزارش شده در این زمینه [7-9] توافق خوبی را نشان میدهد. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که آهنگ لایهنشانی تأثیر مهمی در ساختار لایههای نازک ITO دارد.
شکل -1 طیف XRD نوعی لایههای ITO قبل از بازپخت. شکل -2 طیف XRD لایه ITO با آهنگ لایهنشانی 0/22 nm/s
شکل -3 طیف XRD لایه ITO با آهنگ لایهنشانی 0/18 nm/s شکل -4 طیف XRD لایه ITO با آهنگ لایهنشانی 0/14 nm/s
ب- خواص الکتریکی
برای بررسی خواص الکتریکی لایهها ابتدا مقاومت الکتریکی سطحی - sheet resistance - آنها توسط دستگاه گمانه چهار نقطهای در دمای اتاق اندازهگیری و مقاومت ویژه الکتریکی، ، - resistivity - به دست آورده شد. مشاهده شد که با کاهش آهنگ لایهنشانی از مقدار 0/22 nm/s به 0/14 nm/s مقاومت ویژه الکتریکی از مقدار 2/1 × 10-40 . cm به 1/1 × 10-40 . cm کاهش مییابد. شکل 5 وابستگی را به آهنگ لایهنشانی نشان میدهد. با توجه به نمودار شکل 5 میتوان دید که آهنگ لایهنشانی به عنوان یک پارامتر مهم در لایهنشانی تأثیر بسزایی در تهیه لایههای نازک دارد. بطوریکه با کاهش آهنگ لایهنشانی مقاومت ویژه الکتریکی نیز کاهش یافته و به طبع آن رسانندگی ویژه، ، - - 1 افزایش مییابد. در واقع با کاهش آهنگ لایهنشانی ساختار بلوری لایهها - همانطور که طیفهای پراش اشعه-ایکس نیز تأیید میکنند - بهبود پیدا کرده است. با بهبود یافتن ساختار بلوری چگالی مرزدانهها و نیز دررفتگیها کاهش مییابند و باعث افزایش غلظت حاملها و رسانندگی میشود.
شکل -5 وابستگی مقاومت ویژه الکتریکی لایههای نازک ITO به آهنگ لایهنشانی
03 شرح آزمایش
در این تحقیق برای تولید لایههای نازک اکسید ایندیوم آلاییده با قلع - ITO - ، به سبب نقطه ذوب بالای مواد تشکیل دهنده ITO یعنی In2O3 - و - SnO2، از روش تبخیر با پرتو الکترونی واکنش پذیر که مناسبتر از روش تبخیر حرارتی میباشد استفاده شده است.
ماده هدف - قرص جامد - In2O3 : SnO2، تهیه شده از شرکت Merck آلمان، با نسبتهای وزنی In2O3 %90 - اکسید ایندیوم - و
