بخشی از مقاله
چکیده - در این مطالعه، فیلم های نازک اکسید کادمیم بر روی زیر لایه شیشه به روش اسپری انباشته شد. تغییر خواص ساختاری و اپتیکی فیلم با تغییر دمای زیر لایه مورد بررسی قرار گرفت. به منظور مطالعه ی خواص ساختاری فیلم ها از طرح پراش اشعه - XRD - X و بررسی ویژگی های اپتیکی از دستگاه آنالیز UV _visible استفاده شد. از نتیجه آنالیز XRD، ساختار لایه بهینه با دمای زیر لایه 325 ˚C و حالت تک کریستالی با جهت ترجیحی - 200 - مشاهده شد و همچنین نمودار های بدست آمده از طیف UV، شفافیت بالای %70 را نشان داد.
کلید واژه- اسپری ، اکسید کادمیم ، خواص اپتیکی ، خواص ساختاری ، فیلم نازک.
-1 مقدمه
کاربرد نیمه رساناها در زمینه ساخت ابزارهای الکتریکی و اپتوالکتریکی شایان توجه است. به طور کلی استفاده از این مواد به صورت کپه ای مشکل است، به همین دلیل استفاده از آن ها به صورت فیلم نازک مورد توجه قرار گرفته است. روشهای رایج برای ساخت فیلم نازک عبارتند از: کندوپاش[1]، روش حمام شیمیایی[2]، روش تبخیر[3]،اکسیداسیون گرمایی[4]، سل- ژل ، واسپری.[6] اکسید رساناهای شفاف - TCO - به صورت ترکیبات دوتایی مانند,SnO2 ,CdO, SnO2,ZnO In2O3,Cu2O مورد استفاده قرار میگیرند.CdO یکی از ترکیبات دوتایی با شفافیت بالا در ناحیه نور مریی طیف خورشید است و همچنین ویژگیهای الکتریکی مطلوبی از جمله مقاومت الکتریکی ضعیف، غلظت بالا حاملها این ماده را برای کاربردهای وسیعی در زمینه های مختلف، مناسب معرفی میکند8]،[7 ، اگرچه دستیابی به میزان شفافیت خوب و رسانایی بالا به طور همزمان برای فیلم CdO مشکل است. فیلمهایCdO دارای گاف انرژی در حدود 2/4 eV هستند و ویژگی های الکتریکی و اپتیکی فیلم را میتوان با تغییر شرایط لایه نشانی به صورت مناسبی کنترل کرد.به طور کلی رسانایی خوب و شفافیت مناسب - بالای - %70 لایه های CdO را جهت استفاده به عنوان الکترودهای شفاف قابل قبول معرفی کرده است. این فیلمها برای کاربردهای متنوعی از جمله ساخت سنسورگاز[9]، دیودهای نوری[10] و سلول خورشیدی[11] مورد استفاده قرار میگیرند. توجه به مواد نیمه رسانا نوع n مانند CdO ، به منظور شناخت توسعه و رساناهای شفاف با مقاومت پایین، ضروری است . به وسیله اصلاح در ساختار این مواد از طریق تغییر هر یک از پارامترهای وابسته، مثل تغییر غلظت یون های کادمیم [15]، افزودن ناخالصی به ساختار [16]، حرارت دهی بعد از انباشت[17] و در این مطالعه به بررسی تاثیر تغییر دمای زیر لایه پرداختیم.
این مقاله شامل تخمین هایی در مورد ویژگیهای فیلمهای CdO نشانده شده به روش اسپری با تغییر دمای زیر لایه و ثابت نگه داشتن سایر پارامترهای لایه نشانی است.
روش انجام آزمایش:
سیستم اسپری مورد استفاده قبلا توصیف شده.[12] محلول اسپری شامل کادمیوم استات 0/015 مولار حل شده در آب مقطر و متانول با نسبت 1:1 است.
از شیشه به عنوان زیر لایه استفاده شده، زیر لایه ها پس از مدتی قرار گرفتن در محلول داغ مایع شوینده، به مدت حداقل یک شبانه روز درون محلول رقیق شده HCL نگه داشته میشود،زمان استفاده با آب مقطر شستشو و پس از آن پاک سازی نهایی توسط استون انجام میشود، زیر لایه ها با پنبه خشک شده، در معرض هوای داغ قرار می گیرند. این کار علاوه بر تاثیر آن در خشک سازی کامل زیر لایه، باعث افزایش دمای زیر لایه شده و از شوک حرارتی آن در زمان قرار گرفتن در دستگاه اسپری - محل قرار گرفتن زیر لایه در دستگاه مستقیما توسط کوره گرم می شود - جلوگیری می کند.
محلول استات کادمیوم به مدت 1 ساعت استیر، علی رغم داشتن شفافیت مناسب، 2 بار از کاغذ صافی عبور داده می شود.گاز حامل هوای تصفیه شده است که با نرخ 20l/minدمیده میشود.فاصله دهانه اسپری تا زیر لایه cm 25 و دمای زیر لایه450 C-200 C تغییر کرده است.
آنالیز XRD برای تشخیص نوع فاز فیلم و ساختار آن، طیف UV برای اندازه گیری میزان عبور دهی و میزان جذب لایه در طول موجهای مختلف و تخمین ویژگیهای اپتیکی لایه استفاده شده است.
مشخصه یابی خواص ساختاری :
خواص ساختاری فیلم های تهیه شده با روش اسپری پایرولیز توسط طرح پراش اشعه - XRD - X مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد ، با افزایش دمای زیر لایه، ساختار کریستالی با جهت ترجیحی - 200 - رشد کرده، سایر جهات ترجیحی افت می کنند تا اینکه در دمای 325 ˚C تنها جهت ترجیحی موجود در کریستال - 200 - است. پس از آن با افزایش بیشتر دمای زیر لایه، مجددا شدت جهت - 200 - کاهش و سایر جهات شروع به رشد می کنند.
مقاومت اندازه گیری شده برای لایه های با دمای زیر لایه 200 &،325 &،350 &،400 &،450 &، به ترتیب 59، 8، 9، 41، . Cm-2 232 اندازه گیری شد.
ویژگی های عبور اپتیکی:
شکل 2، میزان شفافیت نوری برای فیلم های CdO با دمای زیر لایه متفاوت را نشان می دهد. نمودارهای بدست آمده از طیف عبور فیلم ها ، بیانگر این مهم است که دمای زیر لایه در میزان شفافیت و در نتیجه در خواص اپتیکی لایه ها نقش به سزایی دارد. از این شکل به وضوح دو اثر تغییر دما دریافت می شود: 1 - - وجود یک شیفت در لبه ی جذب به صورت تابعی از دمای زیر لایه. با افزایش دمای زیر لایه به تدریج طول موج قطع کاهش یافته، کمترین مقدار زمانی مشاهده شد که حالت کریستالی بهینه ایجاد شد - دمای - 325 C و - 2 - شفافیت لایه ها به میزان محسوسی با دما تغییر کرده است.
شکل.2 تغییرات طیف عبور - - UV-Visible لایه های تهیه شده در دماهای مختلف نسبت به طول موج
نتیجه گیری:
در این مقاله لایه های نازک اکسید کادمیم در دماهای مختلف به کمک دستگاه افشانه پایرولیز لایه نشانی شده است. مطالعات ساختاری لایه ها در دماهای مختلف نشان شکل.1طرح پراش پرتو X لایه های نازک CdO تهیه شده به روش دهنده تشکیل لایه چند بلوری اکسیدکادمیم می باشد. لایه های تهیه شده در دمای کمتر ازC 200 ساختار بی شکل اسپری با دمای زیر لایه متفاوت و با افزایش دما حالات چند بلورینگی با راستای ترجیحی - 200 - به عنوان جهت ترجیحی غالب را نشان میدهد. این
