بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، لایه هاي نازك اکسید مس با روش شیمیایی سل- ژل از طریق غوطه وري، بر روي سطح زیر لایه هایی از جنس شیشه لایه نشانی شد.اثر غلظت هاي متفاوت سل اولیه بر روي خواص اپتیکی فیلم هاي نازك اکسید مس مورد بررسی قرار گرفت.طیف تراگسیل فیلم ها توسط طیف سنجVisible UV- اندازه گیري شد.از روي طیف تراگسیل تجربی و با استفاده از روش بهینه سازي نامقید - - PUMA ثوابت اپتیکی و ضخامت فیلم ها به دست آمد.نتایج نشان می دهد که با افزایش غلظت سل از تراگسیل فیلم ها کاسته شده و ضخامت ،ضریب خاموشی و ضریب شکست فیلم ها افزایش یافته و گاف نواري فیلم ها کاهش می یابد.
مقدمه
توسعه نیمه هادي هاي نوع p یکی از تکنولوژي هاي اساسی براي دستگاه هاي بر پایه اتصالات p-n مانند دیود ها و ترانزیستورها می باشد.مواد بر پایه اکسید مس در کل به عنوان نیمه رساناي نوع p شناخته می شوند و به دلیل کاربرد فراوانشان در تکنولوژي بسیار جالب توجه هستند.[1]علاوه بر کاربردهاي نیمه رسانایی این مواد به عنوان کاتالیستهاي ناهمگون در بسیاري از فرایندهاي زیست محیطی 3]و[2،سنسور هاي گازي حالت جامد[4]ومواد عایق میکروویو[5] مورد استفاده قرار می گیرند.
همچنین از کاربرد هاي دیگر اکسید مس استفاده به عنوان قطعات فوتوولتایی7]و[6 و الکترود در باتري هاي لیتیمی است9]و.[8دو فاز نیمه رساناي معروف اکسید مس.، - Tenorite - CuO با گاف نواري-2,1 ev وساختار مونوکلینیک و - Cuprite - Cu2O با گاف نواريev ساختار مکعبی می باشد
فیلم هاي نازك اکسید مس را می توان با استفاده از روش هایی مانند کندوپاش غیر واکنشی[11]، رونشانی باریکه مولکولی ،رونشانی باریکه یونی ،انباشت بخار شیمیایی،کندوپاش مگنترونی وسل-ژل تهیه نمود که در این میان روش سل-ژل به علت کنترل خوب بر ترکیب فیلم ها و ساختار میکروسکوپی آنها از اهمیت بالاییثوابتبرخوردار است.
تعیین اپتیکی به عنوان یکی از خصوصیات بنیادي در طراحی ابزار هاي نوري از اهمیت بالایی برخوردار است.در روش سل-ژل مطالعه زمان پایداري و تأثیر تعقیرات گرانروي سل روي یکنواختی،ضخامت و ثوابت اپتیکی فیلم هاي تهیه شده داراي اهمیت است.تغییر در گرانروي سل با تغییر در غلظت و ماندگی سل کنترل می شود.در این پژوهش فیلم هاي نازك اکسید مس به روش سل-ژل تهیه شده وتأثیر تعقییرات گرانروي با غلظت بر خواص اپتیکی فیلم ها مورد بررسی قرار گرفت.
کار تجربی
دراین پژوهش براي تهیه سل لایه نشانی از پودر استات مس یک آبه - - Cu - CH3COO - 2.H2O با خلوص %99 ،تولید شرکت Merk ،اتانول تولید شرکت Merk به عنوان حلال و مونواتانول آمین - NH2CH2OH - با خلوص %98 تولید شرکت Merk به عنوان پایدار ساز استفاده شد.
در ابتدا استات مس یک آبه در دماي 40 درجه با اتانول به هم زده شد .بعد از 20 دقیقه مونواتانول آمین را قطره قطره به آن اضافه کرده و محلول را یک ساعت در دماي50 درجه تحت همزن مغناطیسی قرار دادیم تا محلولی شفاف حاصل شد .سل ها در غلظت هاي مختلف 0,25، 0,35، 0,5و0,6 مولار تهیه شدندو نسبت مولی مونواتانول آمین به استات مس یک آبه در مقدار یک ثابت نگه داشته شد .
قبل از انجام لایه نشانی زیر لایه ها در بشر حاوي آب وسپس استون ،هر بار به مدت 15 دقیقه در دستگاه تمیز کننده آلتراسونیک قرار داده شدند.فیلم ها با سه بار غوطه وري و سرعت8,5 cm/min بر روي زیر لایه هاي شیشه اي لایه نشانی شدند و بعد از هر بار لایه نشانی به مدت 15دقیقه در دماي 200درجه تحت خشک برايسازي قرار گرفتند.در نهایت انجام عملیات بازپخت در دماي 500درجه به مدت 30 دقیقه قرار گرفتند.
مشخصه یابی پس از تهیه فیلم ها ابتدا طیف عبوري آنها در محدوده طول موجی900- 200 nm با استفاده از دستگاه UV-Vis مدل CARY100 اندازه گیري شد.با توجه به عدم وجود نقاط اکسترمم در طیف عبور فیلم ها،ثوابت اپتیکی با استفاده از داده هاي عبور تجربی به کمک روش بهینه سازي نا مقید ارائه شده توسط چامبولیرون و همکارانش محاسبه شد .[ 18 ] پاشیدگی ثابت هاي اپتیکی با استفاده از مدل کوشی برازش شده است.[19]آنالیز IR توسط دستگاه SHIMADZU-FD2 انجام شد.
بحث و نتایج
شکل 1 طیف IR از سل هاي مورد استفاده در لایه نشانی را در غلظت هاي 0,25 ،0,35 ، 0,5و 0,6 مولارپیکنشان می دهد.
مشاهده شده در عددموج1000 cm-1مربوط به ارتعاش مد نامتقارن گروه هیدروکسیل - - O-H وپیک هایی که در حدود 1579 و1425 cm-1 هستند به ترتیب مربوط به ارتعاشات کششی مد نامتقارن C=O و NH2 استات مس و مونواتانول آمین می باشدو. پیک پهنی که در حدود 3400cm-1 دیده می شود که ناشی از مد متقارن تداخلی OH وNH2 می باشد.
شکل:1طیفIR از سل هاي تهیه شده در غلظت هاي مختلف 0,25 ،0,35 و0,5 مولار .
همانگونه که از این شکل دیده می شود با افزایش غلظت سل شدت پیک هاي جذبی افزایش می یابد.که این امر نشان دهنده مقدار زیاد استات و اتانول آمین می باشد.در واقع با افزایش غلظت طول زنجیره هاي پلیمري بلند تر شده و در نتیجه گرانروي سل و ضخامت لایه ها افزایش می یابد.اگر چه با افزایش غلظت پیش ماده اصلی ،محصولات جانبی نیز به اندازه محصولات نهایی افزایش می یابند اما در واقع این رشد زنجیره هاي پلیمري است که نتیجه مطلوب را فراهم می آورد.از طرفی با انجام عملیات خشک سازي بعد از هر بار لایه نشانی در دماهاي بالا می توانرسوبات و ترکیبات آلی را از لایه خارج کرد.
شکل 2 طیف تراگسیل فیلم هاي نازك اکسید مس را در غلظت هاي مختلف 0,25 ،0,35 ،0,5 ،0,6 مولار منشاهدهنمی دهد.
می شود که با افزایش غلظت از عبور فیلم ها کاسته شده که دلیل این امر را می توان افزایش گرانروي سل ودر نتیجه افزایش ضخامت دانست. مقادیرضخامت فیلم ها ي تهیه شده از سل ها یی با غلظت هاي ذکر شده مقادیر187،207،215،245نانومترمی باشد.همچنین رشد دانه ها و افزایش خاصیت بلوري آنها منجر به کاهش تخلخل فیلم ها و پراکندگی بیشتر نور شده و باعث کاهش عبور می شود .
شکل :2 نمودار طیف عبوري تجربی و تئوري فیلم هاي نازك اکسید مس تهیه شده در غلظت هاي متاوت سل.
شکل هاي - 3 - و - - 4به ترتیب تعقییرات ضریب شکست و ضریب خاموشی فیلم ها را بر حسب طول موج و با استفاده از روش بهینه سازي نا مقید نشان می دهد.با افزایش غلظت روند افزایشی در آنها مشاهده می شود.روند افزایشی در ضریب شکست با افزایش غلظت سل را می توان به چگالش و کریستالی شدن فیلم ها و کاهش تخلخل آنها نسبت داد.همچنین بزرگتر شدن دانه ها و افزایش ضخامت سبب افزایش جذب و ضریب خاموشی فیلم ها می شود.علی رغم افزایش ضخامت رشد شاخه هاي پلیمري نیز در کاهش هر چه بیشتر تخلخل مؤثر بوده و لذا ضریب خاموشی و شکست نیز افزایش خواهد یافت.
شکل : 3 نمودار ضریب شکست تجربی و تئوري فیلم هاي نازك اکسید مس تهیه شده با سل هایی در غلظت هاي متفاوت.
شکل : 4 نمودار ضریب خاموشی تجربی و تئوري فیلم هاي نازك اکسید مس تهیه شده با سل هایی در غلظت هاي متفاوت.
براي به دست آوردن گاف نواري مستقیم فیلم ها ،ضریب جذب آنها به طور مستقیم از ضریب خاموشی با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود.
