بخشی از مقاله
چکیده
لایه های نازک با ضخامت 50 nm بر روی زیر لایه های شیشه ای با دماهای متفاوت به روش تبخیر حرارتی لایه نشانی شدند. برای مطالعه تاثیر دمای زیر لایه، خواص ساختاری و اپتیکی لایه ها به کمک پراش پرتو ایکس و طیف سنجی اپتیکی مورد بررسی قرار گرفت. الگوی پراش پرتوی ایکس نشان داد که لایه های رشد داده شده دارای ساختار هگزاگونال با جهت ترجیحی - 002 - می باشند. بهبود خاصیت بلوری در لایه تهیه شده روی زیر لایه با دمای بالاتر مشاهده شد. با کمک طیف جذب و عبور نمونه ها، گاف نواری و ضریب خاموشی بدست آمد.
واژه های کلیدی : لایه نازک ، سولفید کادمیوم ، نیمرسانای مغناطیسی ، خواص ساختاری و اپتیکی.
مقدمه
ترکیبات نیمه رسانای گروه II-VI به خاطر کاربردهای فراوانی که دارند، مورد توجه بسیاری از محققین هستند. در میان این گروه ، سولفید کادمیوم با گاف نواری مستقیم 2.4 ev به لحاظ ویزگیهای فیزیکی بی نظیر مانند توان تراگسیلی بالا و شفافیت اپتیکی بالا از جایگاه خاصی برخوردار است.با جایگزینی درصد کمی عنصر مغناطیسی مثل کبالت به جای کادمیوم در شبکه سولفید کادمیوم، Cd1-xCoxS، منجر به بوجود آمدن دسته جدیدی از مواد به نام نیمه رساناهای مغناطیسی رقیق می شود که این مواد قابلیت کاربرد در اسپینترونیک را دارند.
همچنین لایه های آلیاژی CdCoS به دلیل داشتن گاف نواری مستقیم و متوسط در سلول های خورشیدی، دیودها و سنسورها به کار می روند. در سالهای اخیر تحقیقات گسترده ای در مسیر بهبود بخشیدن ویزگیهای اپتیکی و مغناطیسی در این نیمه رساناها انجام شده است. این کارها در جهت توسعه وسایل اسپینترونیک جدید مانند دیودهای فرستنده نور ، حسگرهای مغناطیسی و سوئیچ های اپتیکی می باشد. این لایه ها به روش های مختلفی چون اسپری ، حمام شیمیایی تهیه می شوند.
نحوه انجام آزمایش
لایه های نازک Cd1-xCoxS با غلظت x = 0.05 بر روی زیرلایه شیشه - لام میکروسکوپ - توسط دستگاه لایه نشانی تبخیر حرارتی تهیه شدند. برای تهیه لایه ها از پودر سولفید کادمیوم و کبالت با خلوص 99.99% ، مارک Alfa Aesar و بوته ای از جنس مولیبدن استفاده شد. محفظه خلا و زیر لایه ها قبل از لایه نشانی به دقت تمیزکاری شدند. بدین منظور ابتدا زیر لایه ها را با مواد شوینده و سپس با استون می شوییم. در آخر با آب دوبار یونیزه شسته و با گاز ازت خشک می کنیم. لایه نشانی در فشار خلا 6 × 10-6 mbar انجام شد.
فاصله منبع تبخیر تا زیرلایه 14 cm و آهنگ تبخیر نیز 20 Å/s انتخاب شد. ضخامت لایه ها توسط ضخامت سنج بلور کوارتز تعبیه شده روی سیستم لایه نشانی در حین لایه نشانی اندازه گیری شده است. لایه هایی با ضخامت در حدود 50 nm در سه دمای زیر لایه 27 و 100 و 180 درجه سانتی گراد لایه نشانی شدند. اما بعد از لایه نشانی مشاهده گردید که در دمای زیرلایه 180 درجه هیچ لایه ای بر روی زیر لایه تشکیل نشده است که می تواند از خاصیت گرماگریزی و باز تبخیر بخار مواد در حال لایه نشانی روی زیر لایه باشد.
برای آنالیز ساختاری نمونه ها از روش تجزیه و تحلیل پراش پرتو ایکس به کمک دستگاه Bruker مدل D8-Advance با چشمه CuK استفاده شد و برای بررسی خواص اپتیکی لایه ها از دستگاه طیف سنج مدل Uv1800 مدل shimatsu استفاده شده است.
طرح پراش اشعه x لایه های نازک انباشت شده در دماهای زیرلایه 27 - a درجه سانتی گراد و 100 - b درجه سانتی گراد. با آلایش کبالت در CdS، یک جابجایی زاویه ای بسمت زوایای بزرگتر در قله - 002 - بدون حضور قله های کبالت مشاهده شد که بیانگر جاینشانی کبالت بجای کادمیوم بود.همانطور که دیده می شود پیک ارجح در هر دو نمونه - 002 - می باشد. مشاهده می شود وقتی انباشت بر روی زیر لایه در دمای بالاتر انجام می شود شدت پیک ارجح چندین برابر افزایش یافته و پیک های بیشتری ظاهر می گردد که نشان دهنده بهبود خاصیت بلوری می باشد.
پارامترهای شبکه ، اندازه دانه ها و حجم سلول یاخته واحد مربوط به ترکیب انباشت شده در دماهای زیر لایه متفاوت. افزایش دمای زیر لایه تا حدودی باعث افزایش اندازه دانه ها شده است. ضمنا افزایش دمای زیر لایه می تواند چسبندگی بهتر لایه را به زیر لایه بدنبال داشته باشد و نقایص بلوری را نیز کاهش دهد که در طیف XRD خود را نشان می دهد. افزایش اندازه دانه ها و بهم پیوستن جزایر و کاهش کانالهای بوجود آمده در لایه از اثرات تحرک بیشتر اتمها در نمونه ها می باشد که با افزایش دما این پارامتر تقویت شده است. بررسی خواص اپتیکی و تعیین گاف نواری لایه های نازک جهت بررسی تغییرات خواص اپتیکی نمونه ها، طیف جذب و عبور هر دو نمونه با دمای زیرلایه متفاوت به وسیله دستگاه طیف سنج تهیه شد.
