بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، لایههای نازک اکسید ایندیم قلع - ITO - به روش تبخیر با پرتو الکترونی واکنش پذیر بر روی زیرلایههای شیشهای لایهنشانی شدهاند. لایههای نمونه با ضخامتی تقریباً یکسان - 100 nm - و با نرخهای انباشت متفاوت، 0/10، 0/16 و 0/22 nms-1 تهیه شدند. دمای زیرلایهها در خلال لایهنشانی در دمای 280 oC ثابت نگه داشته شد.
از تکنیکهای؛ پراشسنجی اشعه-ایکس - XRD - و طیف سنجی نوری، در ناحیه مرئی - 300 - 700 nm - ، برای مشخصهیابی لایه استفاده شد. نتایج اندازهگیریهای XRD ساختار بلوری - اکسید ایندیم - - bcc - لایهها را با جهت گیری ترجیهی صفحه - 222 - تایید می کنند. اندازهگیریهای طیف سنجی میزان تراگسیلی در حدود %82 را نشان میدهند.
مقدمه
لایههای نازک اکسیدهای رسانای شفاف - TCO - ، از قبیل اکسید روی - ZnO - ، اکسید قلع - SnO2 - ، اکسید ایندیم - In2O3 - و یا ترکیبی از دو اکسید اخیر، یعنی اکسید ایندیم قلع - ITO - و ... از جمله اکسیدهای رسانای شفافی هستند که دارای ویژگی های توأم شفافیت بالا - در طول موجهای ناحیه مرئی - و رسانندگی الکتریکی نسبتاً بالا هستند 1]، .[2 اکسید ایندیم قلع یک نیمرسانا از نوع n با گاف انرژی در حدود 3/5 تا 4/3 eV و غلظت حامل بار بیشینه از مرتبه 1021 cm-3 است.
بواسطه دارا بودن ویژگی های فوق، ITO کاربردهای فراوانی را در صن ایعی همچون الکترونیک، اپتیک، اپتوالکترونیک و ... به خود اختصاص داده است . لایههای نازک اکسید ایندیم قلع بطور گسترده ای در قطعات نمایشگر کریستال مایع - LCD - ، الکترودهای شفاف، آینه های بازتابنده گرما، سلولهای خورشیدی، حسگرها، و... بکار میرود
روشهای مختلفی برای تولید لایه های نازک ITO بکار برده می شود. هر روش، بسته به چگونگی کاربرد آن، دارای محاسن و معایب خاص خود میباشد و شدیداً تحت تأثیر روش بکار رفته و شرایط لایه - نشانی قرار دارد. از بین روشهای متداول میتوان به تبخیر حرارتی [5]، کندوپاش مغناطیسی جر یان مستقیم - DC - و بسامد رادیویی 6] - RF - ، [7 و تبخیر با پرتو الکترونی 8]، [9 اشاره کرد.
روش آزمایش
در این تحقیق، با توجه به نقطه ذوب بالای مواد تشکیل دهنده اکسید ایندیم قلع - ITO: SnO2 , In2O3 - ، از روش تبخیر با پرتو الکترونی که روشی مناسبتر از روش تبخیر حرارتی است استفاده شد. از ماده هدف SnO2 : In2O3 - تهیه شده از Merck Co. آلمان، با نسبت های وزنی In2O3 %90 اکسید ایندیوم و %10 SnO2 اکسید قلع - به عنوان چشمه تبخیر استفاده گردید .
قبل از قرار دادن زیرلایه ها در محفظه خلاء آنها در یک حمام اسیدی و آب اکسیژنه به مدت 20 دقیقه غوطهور شدند، و سپس در استون خالص به مدت 5 دقیقه تمیز شدند. سرانجام با آب مقطر - با درجه خلوص بالا - شستشو و سپس خشک شدند . برای اطمینان از عدم وجود چربیهای احتمالی بر روی زیرلایهها نیز آنها در یک دستگاه ماوراء صوت در حمامی از الکل اتیلیک چربیزدائی شدند.
پس از نصب زیرلایه ها در محفظه خلاء لایه نشانی، فشار اولیه به مقدار 1 × 10-6 mbar رسانده شد، سپس با شارش گازی خنثی سطوح زیرلایهها بمباران یونی شدند . این فرایند تمیزکاری زیرلایه ها برای ارتقاء چسبندگی لایهها به زیرلایه و نیز جلوگیری از نفوذ آلودگی به لایه ITO - که - از اهمّیت زیادی برخوردارند، انجام شد. با تنظیم آهنگ شارش گاز واکنش پذیر - اکسیژن - در سیستم لایه نشانی توسط اندازهگیر شار، کنترل آهنگ جریان فشار جزئی اکسیژن - با درجه خلوص 99ر - %99 در مقدار پایای 6/2 × 10-5 mbar تنظیم شد.
برای تنظیم دمای زیرلایه، در خلال فرایند لایه نشانی، دمای نگهدارنده زیرلایه به کمک سیستم حرارت دهنده قابل کنترل دستگاه انتخاب شد . فرایند لایه نشانی با نرخ های انباشت مختلف 0/10 - ، 0/16 و - 0/22 nms-1 و ثابت نگه داشتن دمای زیرلایه - 280 oC - انجام شد . ضخامت لایه توسط پایشگر بلور کوارتز دستگاه کنترل میشد، تا لایه هایی با ضخامت 100 nm حاصل شوند.
مشخ هصیابی لایههای نازک تهیه شده توسط یک دستگاه پراش سنج پرتو-ایکس - از نوع - 8 $GYDQFHG %UXNHU ;-ray در دمای اتاق انجام شد .طیفهای پراش پرتو- ایکس با استفاده از تکفامکننده = 1/54 Å - - &X.، در بازه روبش 20 < 2 < 70 درجه و با گام روبش s - /04 - 2، در دمای اتاق اندازه گیری و
بررسی شدند. اندازهگیری تراگسیل نوری لایه ها با استفاده از یک دستگاه طیف سنج نوری دو پرتوی مدل 3100، به منظور آشکارسازی شفافیت آنها، انجام شد.
یافته ها و بحث
شکل 1 طیفهای پراش XRD لایههای نازک ITO را در نرخهای انباشت مختلف، 0/10، 0/16 و 0/22 nms-1 نشان می-دهد.
شکل : 1 طیفهای پراش XRD لایههای نازک ITO با نرخهای انباشت مختلف، در دمای ثابت - 280 oC - هزیرلای.
همچنین برای مقایسه، طیف پراش In2O3 به همراه طیف پراش XRD لایه دارای نرخ انباشت 0/10 در شکل 2 آورده شده است. همان گونه که در شکل 1 مشاهده میشود، لایهها بس بلوری بوده و دارای قلههایی متناظر با صفحات
و - 622 - میباشند. تمامی لایهها دارای یک جهت گیری ترجیهی - 222 - هستند. قلههای پراش مشاهده شده با قله های پراش مرجع In2O3 - کارت شماره . JCPDS 06-0416، که دارای شبکه مکعبی- مرکزدار BCC است - مطابقت خوبی دارند.
شکل : 2 طیف پراش XRD لایه نازک ITO با نرخ انباشت 0/10 و قلههای طیف پراش مرجع .In2O3
- همچنین، هیچ قلهای ناشی از ناخالصی و فا ز دوپ شده در آن مشاهده نمیگردد. بررسی تغییر شدت قله ها نسبت به نرخ انباشت - در شکل - 1 نشان میدهد که با کاهش نرخ انباشت شدت قله ها
- افزایش - و پهنای آنها در نیم شدت کاهش - مییابد، که حکاکی از کاملتر شدن ساختار بلوری لایه ها است. نتایج عددی این بررسی برای نمونههای تهیه شده، به همراه مقادیر مربوط به مرجع In2O3، در جدول 1 گردآوری شده است. این نتایج با نتایجی که در مرجع
گزارش شده است سازگاری خوبی دارد.
جدول : 1 تغییرات شدت - نسبی - قلههای پراش XRD لایههای نازک ITO در مقایسه با In2O3 استاندارد.
که در آن D اندازه متوسط بلورکها، λ = 1/54 Å طول موج مورد استفاده در آزمون XRD، θ زاویه قله پراش برحسب درجه، β پهنای قله پراش در زاویه 2 در نصف شدت بیشینه 1 - FWHM - برحسب رادیان می باشد، محاسبه شدند . برای تعیین مقدار ثابت شبکه از رابطه زیر که در آن h، k و l اندیسهای میلر، و d فاصله بین صفحات مجاور در مجموعه - hkl - میباشد، استفاده شده است. از مجموعه - hkl - = - 222 - برای جایگذاری در رابطه - 2 - استفاده شد . زیرا، همان طور که در شکلهای 1 و 2 و نیز جدول 1 مشاهده میشود،
آنها بیشترین شدت قله را دارند . نتایج اندازهگیریهای D و ao در جدول 2 آورده شده است . در جدول 2 مشاهده می شود که با کاهش نرخ انباشت لایه، از 0/22 به 0/10 nms-1، اندازه متوسط
