بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، لایه های نازک سولفید مس بر روی زیرلایه شیشه با غلظت های مختلف مس به روش حمام شیمیایی تهیه شدند. تصاویر FESEM نمونه ها نشانگر شکل گیری ساختار های نانومتری، و مشخصه یابی ساختاری آنها حاصل از طیف نگاری XRD بیانگر ساختار آمورف در لایه های رشد یافته است. بررسی خواص ترموالکتریکی نشان دهنده ی رسانندگی نوع p در این نمونه هاست. همچنین بررسی خواص اپتیکی نشان می دهد که گاف نواری اپتیکی لایه ها تحت تاثیر تشکیل دنباله ی نواری در بازه 2/72 - 2/82 eV هستند.
مقدمه
در بین انواع نانوساختار ها، نانوساختار های تهیه شده از نیمرسانا های کالکوژنی به خاطر مشخصات فیزیکی ویژه از جمله ضریب جذب بالا در مقایسه با نمونه های کپه ای، دارای قابلیت کاربردی متعدد در زمینه هایی همچون سلول های خورشیدی، سلول های الکتروشیمیایی و آشکارساز های نوری فروسرخ میباشند 1] و .[2لایه های سولفید مس به عنوان یکی از مواد نیمرسانای کالکوژنی،غالبا با رسانندگی نوع p، در کاربرد های گوناگون از قبیل کنترلکننده و جاذب نور خورشید، کاتالیست، پوشش الکترو-رسانش و همچنین به عنوان حسگر گازی مورد استفاده قرار گرفته است 1] و.[3 لایه های سولفید مس در دمای اتاق دارای پنج فاز پایدار در محدوده بین دو حالت غنی از مس Cu2S و کمبود مس CuS2 واقع است. این پنج فاز عبارتند از:
کوولیت - CuS - ، آنالیت - Cu1.75S - ، دایجنیت - Cu1.8S - ، دیجورلیت - Cu1.95S - و کالکسیت .[3] - Cu 2S - شکل گیری هریک از این فازها میتواند تابع پارامتر های مختلف نظیر دمای لایه نشانی، نوع زیرلایه، روش رشد و یا سایر پارامتر های لایهنشانی باشد.برای تهیه این ماده از تکنیک های بسیاری نظیر اسپری پایرولیز [1]، حمام شیمیایی [4]، رسوب دهی شیمیایی بخار [5]،هیدروترمال [6] و... استفاده شده است. در این میان روش حمام شیمیایی به دلیل سادگی تکنولوژی و پایین بودن هزینه از توجه بسیاری برخوردار است.در این مقاله ما لایه های نازک سولفید مس را به روش حمام شیمیایی بر روی زیرلایه شیشه تهیه نموده و اثر غلظت محلول محتوی مس را بر خواص ساختاری، الکتریکی و ترموالکتریکی و همچنین اپتیکی آن ها مورد بررسی قرار داده ایم.
جزئیات کارهای آزمایشگاهی
لایه های نازک CuS بر روی زیرلایه ی شیشه به روش حمام شیمیایی لایه نشانی شدند. قبل از لایه نشانی، ابتدا زیرلایه ها باآب و صابون شستشو داده شده و در بشر حاوی استون و آب مقطر در دستگاه آلتراسونیک قرار گرفتند. محلول آبی شامل 10 mlسولفات مس - CuSO4.5H2O - و تیوره 0/1 مولار - SC - NH2 - 2 - و 11 ml آمونیاک - NH3 - برای تهیه لایه های نازک سولفید مس استفاده شده است. زیرلایه ها در دمای اتاق به مدت 2 ساعت درمحلول فوق به طور عمودی غوطه ور بوده اند. فرآیند تشکیل لایه نازک طی واکنش های زیر صورت می گیرد 7] و :[8
در این تحقیق غلظت محلول سولفات مس به ازای مقادیر 0/05، 0/1 و 0/15 M - بترتیب نمونه های M1، M2 و - M3 به عنوان پارامتر متغیر مورد مطالعه قرار گرفته است .برای شناخت مورفولوژی سطح نمونه ها از دستگاهFESEM مدل S.4160 استفاده شده است. به منظور مشخصه یابی نمونه ها از پراش پرتو X توسط دستگاه - D&Advance Bruker وابسته به خط طیفی Cu. با طول موج 0/15406 nm و زاویه 2 در گستره 10-80 درجه و برای سنجش طیف های عبور و جذب نوری نمونه ها در گستره طول موجی 300-1100 nm از دستگاه اسپکتروفوتومتر UV.Vis .,Shimadzo - 1800 استفاده کرده ایم. برای تعیین مقاومت سطحی نمونه ها از دستگاه آنالیزالکتروشیمیایی مدل PGS 2065 در گستره ی ولتاژ -2 تا 2 استفاده شده است.
نتایج و بحث الف - مورفولوژی سطح شکل 1 تصاویر FESEM لایه های های مورد بررسی را نشان می دهد. این تصاویر نشانگر آن است که سطح لایه ها از ذراتی با ابعاد نانو متری تشکیل شده اند به طوری که نمونه های M1 و M2 به صورت گلبول هایی متخلخل بترتیب با ابعاد در حدود 40 و nm30 بوده و نمونه M3 متشکل از سطحی با دانه های کروی به ابعاد حدود 50 nm پوشیده شده است.
ب - ویژگی های ساختاری برای بررسی ویژگی های ساختاری نمونه ها از الگو های پراش پرتو X استفاده شده است. شکل 2 طیف XRD نمونه های رشد یافته را نشان می دهد.نتایج بدست آمده از این طیف حاکی از آن است که هر سه نمونه دارای ساختار آمورف هستند. این امر می تواند ناشی از پایین بودن دمای رشد - دمای اتاق - نمونه ها در محلول باشد.
ج - خواص ترموالکتریکی شکل 3 نمودار تغییرات ولتاژ-دما حاصل از داده های اثر سیبک درلایه های مورد بررسی را نشان می دهد.این داده ها گویای آن است که نمونه های فوق همگی دارای رسانندگی نوع p هستند. منشاء این رسانندگی می تواند ناشی از کمبود یون های مس در نمونه های رشد داده شده باشد .[1]
د - خواص الکتریکی
شکل 4 نمودار تغییرات جریان-ولتاژ نمونه های رشد داده شده را نشان می دهد.این نتایج گویای آن است که مقاومت الکتریکی سطحی نمونه M2از بیشترین مقدار - - 340/42 k /sq. - نمونه نسبتا عایق گون -و نمونه M3 از کمترین مقدار - - 17/77 k /sq. - نمونه نسبتا فلزگون-برخوردار است. این تغییرات می تواند گویای تفاوت درتراکم حامل های بار آزاد در نمونه ها ناشی از تراکم توزیع ترازهای ناکاملی های شبه بخشنده ذاتی در لایه سنتز شده در
نزدیکی لبه نوار رسانش در این لایه ها باشد. چنانچه انتظار میرود نمونه ی با تراکم حامل بیشتر از عبور پایینتری در مقایسه با نمونه ی با تراکم حامل کمتر در گستره طول موج های بلند برخوردار است. صحت این موضوع در بخش - و - مورد بررسی قرار گرفته است.
و - ویژگی های اپتیکی
شکل 5 طیف عبور اپتیکی لایه های مورد بررسی را نشان می دهد.نتایج بدست آمده نشانگر آن است که تغییرات میزان عبور لایه ها با توجه به میزان جذب نور توسط حامل های آزاد کاملا مطابقت دارند؛ به طوری که نمونه با بیشترین مقاومت الکتریکی از بیشترین عبور نوری و نمونه با کمترین مقاومت الکتریکی از کمترین عبور نوری برخوردار است.
