بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه لایههای نازک اکسیدروی با آلائیدگی ایندیم برای زمانهای مختلف، تحت تابش نور فرابنفش قرار گرفتند. خواص ساختاری لایهها با استفاده از اندازهگیریهای پراش پرتوی ایکس - XRD - ، پراش انرژی پرتوی ایکس - EDAX - و تصویر میکروسکوپ نیروی اتمی الکترونی - AFM - مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصله بیانگر وجود ساختار ورتزایت با راستای ارجح - 101 - میباشد، همچنین تابش فرابنفش موجب اقزایش زبری سطح، اندازه دانهها و مقاومت ویژه نمونهها شد.
مقدمه
اکسیدروی یک نیمرسانای ترکیبی با گاف نواری پهن حدود 3/4 الکترون ولت، ساختار کریستالی شش گوشی، دارای پایداری مکانیکی، واکنشپذیری حرارتی و شیمیایی بالا، نسبتا ارزان و در دسترس بوده که در ساخت قطعات اپتوالکترونیکی در مقیاس نانو بسیار مورد توجه قرار گرفته است
اکسیدروی به دلیل خواص منحصر به فرد از جمله شفافیت بالا در ناحیه طول موجهای مرئی و پاسخ نوری مناسب در صنایع مختلفی از جمله پزشکی، بهداشت، ادوات اپتیکی، حسگرهای فرابنفش و مواد غذایی کاربرد فراوانی دارد
خواص این نیمرسانا با افزودن ناخالصی میتواند به طرز چشمگیری تغییر و بهبود یابد. اکسیدروی نوع n را میتوان
با استفاده از آلایش عناصر گروه سوم، مانند آلومینیوم، گالیم و ایندیم به عنوان ناخالصی تهیه کرد. ایندیم یک عنصر سه ظرفیتی است که با وارد شدن به شبکه اکسیدروی میتواند غلظت حاملها و درنتیجه خواص اپتیکی و الکتریکی آن را تغیر دهد.
برخی مطالعات نشان دادهاند که تابش UV میتواند منجر به تغییرات اساسی در خواص کلی نانوذرات اکسیدروی و کاهش مقاومت ویژه لایههای نازک این ماده شود
در این مقاله به بررسی مدت زمان اثر تابش فرابنفش بر روی خواص ساختاری لایههای نازک اکسیدروی با ناخالصی ایندیم می پردازیم.
بخش تجربی
نانوبلورهای اکسیدروی با ناخالصی ایندیم، به روش سل ژل تهیه گردیدند .[2] بدین منظور از پیشمادههای استات روی دو آبه با درجه خلوص %99,5 - مرک آلمان - ، تری اتیل آمین %99 - TEA - - مرک آلمان - ، اتانول مطلق چینی و ایندیم III کلراید %99 - سیگما - استفاد شد. ابتدا 8 گرم استات روی به عنوان پیشماده نمک فلزی، در 20 میلی لیتر اتانول مطلق چینی به عنوان حلال و تری اتیل آمین - با نسبت معین 2:5 استات روی به - TEA به عنوان سورفکتانت، روی همزن مغناطیسی، برای 30 دقیقه قرار داده شدند تا سل شفاف و پایدار 2 مولاراکسیدروی حاصل شد، سپس ایندیم III کلراید به عنوان پیش ماده ناخالصی 1 - درصد اتمی - به محلول اضافه گردید و به مدت 20 دقیقه دیگر روی همزن مغناطیسی قرار گرفتند تا محلول کاملا شفاف IZO به دست آمد
سپس لایههای نازک IZO به روش غوطهوری تهیه شده و برای مدت 2 ساعت در کوره با دمای 500 درجه سانتیگراد کلسینه شدند و نمونه های : A بدون تابش و نمونههای B و C برای مدت زمانهای 15 و 25 ساعت تحت تابش اشعه فرابنفش قرار گرفته و نهایتا توسط نقره الکترودگذاری شده و مقاومت ویژه آنها نیز اندازه گیری شد.
نتایج
بررسی طیف XRD نمونهها در شکل 1 نشان میدهد که سه قله اصلی این طیفها به ترتیب مربوط به صفحات منطبق با ساختارهای بلوری شش گوشی اکسیدروی میباشند که در جهت ارجح - 101 - بیشترین رشد را داشتهاند. با افزایش زمان در معرض قرارگیری تابش UV، ساختار کریستالی نیز کاهش پیدا کرده است. اندازهی دانهی کریستالی نمونهها طبق رابطه 1 که در آن W پهنای پیک ماکزیمم در نصف ارتفاع، طول موج اشعه ایکس، زاویه
براگ، D اندازه دانهی کریستالی وk فاکتور شکل است، حدود 50، ،85 و105 نانومتر به ترتیب برای نمونههای با مدت زمان 0، 15 و 25 ساعت تحت تابش محاسبه گردید.
همچنین طیف EDAX لایهی نازک IZO در شکل 2 نشان داده شده است که بیانگر حضور روی و ایندیم در ساختار و درجه خلوص بالای نمونههای تهیه شده می باشد. حضور عناصر دیگر مانند کلسیم، سدیم و پتاسیم نیز به زیر لایه ی شیشهای و عنصر طلا مربوط به پوشش دهی لایه برای رسانا کردن نمونه جهت آنالیز EDAX اشاره دارند. درواقع بررسی طیف EDAX، حضور ایندیم در ساختار را به خوبی اثبات میکند.
شکل -1 طیف XRD نمونههای تحت تابش UV
شکل-2 طیف EDAX لایه نازک IZO
تصاویر AFM نمونههای تحت تابش نیز در شکل 3 نمایش داده شده اند. با افزایش زمان ماندگاری در برابر نور فرابنفش، مورفولوژی سطح، تغییر و اندازه دانهها بزرگتر شده اند. همچنین میزان زبری سطح تحت تاثیر انرژی فرابنفش افزایش پیدا کرده است. مطابق با جدول شماره 1 نیز، مقاومت ویژه نمونهها، با افزایش زمان ماندگاری تحت تابش نور UV، افزایش پیدا کرده اند.
تا کنون مدت زمان تابش UV بر خواص الکتریکی نانوبلورهای اکسیدروی بررسی نگردیده است ولی تعداد محدودی از مطالعات نشان دادهاند که با افزایش شدت تابش نور فرابنفش، مقاومت ویژه نانوذرات ZnO کاهش پیدا کرده است
اما بررسیهای ما در رابطه با نانوبلورهای ZnO:In نتیجهی عکسی در مقایسه با سایر تحقیقات نشان داد. تابش فرابنفش منجر به تشکیل نقصهای ذاتی همچون روی درون شبکهای و جاهای خالی اکسیژن در شبکههای اتمی و کاهش یون های فلزی میشود که این امر نیز میتواند علت افزایش مقاومت ویژه در نمونههای اکسیدروی گردد 7] و.[6 در واقع با افزایش زمان ماندگاری در برابر منبع UV، مورفولوژی سطح تغییر کرده است. تحت تاثیر نور فرابنفش، اندازه مزردانهها بزرگتر و ساختار کریستالی کاهش پیدا کرده که میتواند یکی از علل اصلی افزایش مقاومت در نمونهها باشد.
شکل-3 طیف تصاویر AFM لایههای نازک IZO
جدول-1 مقاومت ویژه نمونهها تحت تابش UV در زمانهای مختلف
