بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، لایههای نازک اکسید ایندیوم قلع - ITO - درضخامتهای مختلف به روش تبخیر با پرتو الکترونی بر روی بستره شیشهای در دمای اتاق تهیه شده است. ضخامت لایهها 100، 170، 250 و 350 نانومتر میباشد. خصوصیات ساختاری و اپتیکی لایهها پس از لایه نشانی بررسی شد. طیف های پراش XRD نشان داد که تمامی لایه های تهیه شده - غیر کریستالی - آمورف هستند. نتایج اندازهگیری طیفهای عبوری و جذبی در ناحیه مرئی نشان داد که با افزایش ضخامت درصد عبور و جذب لایه ها بترتیب کاهش و افزایش مییابد. ×
کلید واژه: اکسید ایندیوم قلع، لایه نازک، دمای اتاق
.1 مقدمه
اکسید ایندیوم قلع - ITO - یک نیمرسانای نوع n با پهنای گاف انرژی 3/65 الکترون ولت است که به دلیل بالا بودن تحرک حاملهای بار، به عنوان یک نیمرسانای شفاف نسبت به سایر نیمرساناهای دیگر از کارایی بهتری برخوردار است. از جمله کاربردهای آن میتوان به نصب المنتهای حرارتی بر روی پنجرههای شیشه هواپیما و اتومبیل [1]، آینههای بازتابنده گرما [2]، حسگرهای گازی [3]، سلول-های خورشیدی [4]، الکترودهای انتقال دهنده نور در وسایل اپتوالکترونیکی [5] و... اشاره کرد. روشهای مختلفی برای تولید لایه-های نازک ITO به کار گرفته شده است. لایههای تهیه شدهشدیداً تحت تأثیر نوع روش و شرایط انباشت، رسانندگی، شفافیت و مورفولوژی مختلفی دارند از جملهی این روشها میتوان کندوپاش مغناطیسی DC و [6] RF ،انباشت با پالس لیزری [7] وتبخیر با پرتو الکترونی[8] اشاره کرد. در این مقاله خواص اپتیکی لایههای نازک ITO تهیه شده به روش تبخیر با پرتو الکترونی بر روی بسترهی شیشه در حالت غیر کریستالی - آمورف - بررسی شد.
.2 روش آزمایش
لایههای نازک ITO مورد مطالعه در این تحقیق به روش تبخیر با پرتو الکترونی واکنشپذیر، در ضخامتهای مختلف، در دمای اتاق - 25 0C - بر روی بستره شیشهای لایه نشانی شد. ماده هدف In2O3:SnO2 - تهیه شده از شرکت - Merk. Co در نسبتهای وزنی In2O3 %90wt و SnO2 % 10 wt به عنوان چشمه تبخیر مورد استفاده قرار گرفت. قبل از قرار دادن بسترههای شیشه در محفظه خلاءآنها را در استون، اتانول با استفاده از اولتراسونیک به مدت 10 دقیقه تمییز کرده و در نهایت با گاز نیتروژن خشک میکنیم. فشار پایه محفظه خلاء قبل از انباشت به مقدار1×10-6 میلیبار رسانیده میشود. گاز واکنشپذیر - اکسیژن - با درجه خلوص - %99/99 - در مقدار 4 1sccm را به داخل سیستم انباشت که از لولههای فولادی با دریچه سوراخدار مدرج شده است، وارد کرده و آهنگ ورود آن را بوسیلهی شارسنج تنظیم میکنیم. با ثابت نگه داشتن آهنگ انباشت لایه در 0/1، لایهها در ضخامتهای 100nm،170nm،250nm و 350nm تهیه شدند. ضخامت لایهها بوسیله دستگاه ضخامت سنج بلور کوارتز کنترل و این فرایند لایه نشانی بر روی صفحه نمایش نشان داده میشد. ساختار فازی لایه های نازک نمونه با استفاده از تکنیک XRD توسط یک دستگاه پراش سنج پرتو X - از نوع - D8 Advanced Bruker X -ray در دمای اتاق، با تکفام کننده 54 c - ر&X. - = 1، در گستره روبش 10 < 2 < 90 درجه اندازه گیری و مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، خواص اپتیکی لایهها را در ناحیه مرئی 300-700 - نانومتر - توسط یک دستگاه اسپکتروفوتومتر - Perkin-Elmer Lambda 45 - UV-NIR مورد بررسی قرار گرفت.
.3 بحث و نتایج
لایههای نازک ITO، با آهنگ انباشت 0/1، در ضخامتهای مختلف 100، 170، 250 و 350 نانومتر بر روی بسترهای شیشهای تهیه شدهاند. طیفهای پراش XRD تمامی لایه های نازک تهیه شده ساختاری غیرکریستالی را نشان می دهد. طیف پراش XRD یک لایه نوعی - ضخامت 250 نانومتر - در شکل - 1 - نشان داده شده است. همجنانکه در شکل - 1 - مشاهده می شود، هیچ قله پراش XRD مشخصی به جز یک زمینه قله ای پهن - از 2تقریباً برابر 15 تا 35 درجه - وجود ندارند، که نشان می دهد لایه های تهیه شده آمورف هستند. برای بررسی خواص اپتیکی لایهها در حالت آمورف، طیفهای عبوری و جذبی آنها اندازهگیری شد. شکل - 2 - نمودار طیف عبوری لایههای مورد تحقیق را نشان میدهد. همانطور که مشاهده میشود با افزایش ضخامت لایه مقدار درصد عبور نور کاهش مییابد که این نتیجه سازگار با آرتورن و همکارانش [9] است. میکروساختارهای مختلف، نسبت تغییرات اجزاء شیمیایی، ضخامت لایه میتواند از عوامل تفاوت در درصد عبور نور باشد .[10] در این مقاله ضخامت لایه و احتمالا نسبت تغییرات اجزاء شیمیایی از عوامل اصلی کاهش درصد عبور نور از لایه میباشد. همانطور که از جدول - 1 - مشاهده میشود با افزایش ضخامت از 100 nm تا 350 nm میانگین درصد عبور نور از %26/ 99 به %1/27 کاهش مییابد.
شکل - 1 - طیف پراش XRD حاصل از لایه نازک ITO تهیه شده در دمای اتاق - ضخامت - 250 nm
شکل - 2 - طیف عبوری از لایههای نازک - آمورف - ITO بر حسب طول موج در ضخامتهای مختلف: a 100nm، b 170nm، c 250nm و d 350nm شکل - 3 - نمودار طیف جذبی لایهها را بر حسب طول موج در ضخامتهای مختلف نشان میدهد. مقدار نوری که در ناحیه مرئی توسط لایه جذب میشود با ضخامت لایه رابطهی مستقیم دارد به عبارتی با ضخیم شدن لایهها درصد جذب نور افزایش مییابد. با افزایش ضخامت از 100 nm تا 350 nm میانگین جذب اپتیکی از %0/ 8 به %2/04 افزایش مییابد که نتایج عددی آنها در جدول - 1 - آورده شده است. اندازه گیری ها بر روی سه سری از نمونه های تهیه شده در شرایط یکسان انجام شد. نتایج اندازه گیری ها در سه مرحله - در حد خطای اندازه گیری - مقادیر گزارش شده در جدول - 1 - هستند، که این خود حاکی از تکرار پذیر بودن فرایند انباشت لایه ها است.
