بخشی از مقاله
چکیده
- در این کار ، سنتز و مشخصه یابی لایه های اکسید روی رشد داده شده بر روی زیر لایه شیشه ای به روش سل-ژل با استفاده از دو نوع پایدار ساز مونواتانول آمین - MEA - و دی اتانول آمین - DEA - مورد بررسی قرار گرفت. طیف های XRD برای نمونه های سنتز شده نشانگر تشکیل ساختار شش گوشی - چند بلوری - اکسید روی با راستای ترجیحی[002] وکیفیت بلوری بهتر لایه های سنتزشده با پایدار ساز MEA می باشد. میزان عبور اپتیکی، گاف نواری و ضریب شکست نمونه ها اندازه گیری و مقایسه شدند.
کلید واژه- اکسید روی- سل-ژل - پایدار ساز- خواص اپتیکی- نانو لایه
-1 مقدمه
اکسید روی - ZnO - یک اکسید رسانای شفاف محبوب از گروه ترکیبات نیمرسانای ,, -9, با گاف نواری مستقیم پهن - 3/3eV - وانرژی اکسیتونی بزرگ - 60meV - می باشد. ZnO به دلیل این ویژگی های جالب توجه ، کاربرد های فراوانی در ساخت قطعات اپتوالکترونیکی نظیر صفحات نمایش، دیودهای نور گسیل، سلولهای خورشیدی و سنسورهای گازی پیدا کرده است.[3-1] برای رشد لایه های نازک ZnO ازروشهای متفاوتی نظیر کندوپاش، انباشت بخار شیمیایی ،انباشت لیزر پالسی ، تجزیه گرمایی افشانه ای و سل- ژل استفاده می شود. در بین این روشها سل - ژل یک روش شیمیایی- فیزیکی مناسب برای رشد لایه های نازکباهزینه نسبتاٌ پایین است که می تواند با روشهای پر هزینه دیگر رقابت کند.[4]
در این روش پارامتر هایی از قبیل: نوع پایدار ساز، pH محلول، غلظت واکنش کننده ها ، عمر سل و مدت زمان عملیات حرارتی ،که به پارامترهای سنتز موسوم هستند، از اهمیت ویژه ای بر خوردار می باشند. با کنترل بهینه هر یک از این پارامترها می توان به لایه هایی با کیفیت مناسب ساختاری و اپتیکی دست یافت. از میان پارامترهای فوق الذکر تاثیر نوع پایدار ساز بر روی خواص اشاره شده کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله نتایج حاصل از مطالعه اثر نوع پایدارساز بر روی خواص ساختاری واپتیکی لایه های نازک نانو متری اکسید روی که به روش سل - ژل انباشت شده اند ارائه شده است.
-2 نحوه آماده سازی لایه ها
برای رشد نمونه ها، ابتدا استات روی 0/6مولار - ZnAc - با خلوص %99 و فرمول شیمیایی - - Zn - CH3COO - 2.2H2O با حلال اتانول مخلوط شدند. این مخلوط در دستگاه التراسونیک به مدت نیم ساعت همزده شد و سپس پایدارسازهای مورد نظر با نسبت مولی یک - نسبت به استات روی - به آن اضافه گردید. سپس عملیات لایه نشانی به روش غوطه وری بر روی زیر لایه شیشه ای انجام شد. همچنین عملیات باز پخت روی تمام نمونه ها در دمای 500 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت در درون یک کوره الکتریکی ودر فشار جو انجام شد. برای تهیه سل مورد نیاز از پایدارسازهای مونواتانول آمین - MEA - و دی اتانول آمین - DEA - استفاده شد. برای بررسی خواص ساختاری و اپتیکی نمونه ها به ترتیب از یک دستگاه پراش اشعه X مدلB8- advance Bruker axs و یک دستگاه طیف سنج مدلShimadzu -UV-160 استفاده شد. ضخامت لایه ها با استفاده از نرم افزار پوما بدست آمد.
-3 نتایج و بحث
در شکل - 1 - طیف های XRD برای نمونه های سنتز شده با پایدارساز های مختلف MEA و DEA نشان داده شده است. درطیف هایثبت شده قلّه های ناشی از پراش ازصفحات - - 002، - 001 - ، - 101 - و - 102 - بوضوح دیده می شوند که نشانگر تشکیل ساختار شش گوشی - چند بلوری - اکسید روی می باشد. اگرچه در هر دو طیف شدت قله اصلی ناشی از پراش از صفحات - 002 - نسبت به قله های دیگر غالب است، اما شدت این قله - راستای ترجیحی - [002] درنمونه های سنتز شده باپایدارساز MEA بسیار بیشتر از نمونه های سنتز شده با پایدارساز DEA می باشد . این مسئله نشانگر افزایش اندازه متوسط بلورک ها در این نمونه و در نتیجه بیانگر کیفیت بلوری بهتر لایه های سنتزشده با این پایدار ساز می باشد.
که در این روابط C و C0 به ترتیب پارامتر شبکه لایه های نازک اکسید روی سنتز شده و اکسید روی بدون استرس می باشد که مقدار آن از کارتهای استاندارد JCPDS برابر C0 =0/52066nm است.[6] این نتایج نشان می دهند که میزان استرس در لایه های تهیه شده با پایدار ساز MEA بسیار کمتر از نمونه آماده شده با پایدار ساز DEA می باشد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که اثر پایدار ساز MEA در انباشت لایه های بدون استرس قابل توجه است - جدول . - 1 با استفاده از نتایج اندازه گیری های XRD و رابطه ی دیبای - شرر - 3 - می توان اندازه ی متوسط بلورک های نمونه های تهیه شده را محاسبه نمود:[7] برای بررسی خواص اپتیکی نمونه های تهیه شده طیف تراگسیل آنها در محدوده طول موجی 1100- 300 nm ثبت شده است. نتایج این بررسی در شکل - - 2 نشان داده شده است. همانطور که در این شکل مشاهده می شود عبور متوسط نمونه ها در ناحیه طول موجی 900- 550 نانومتر در حدود %75 می باشد و لبه جذب برای نمونه تهیه شده با DEA به سمت طول موجهای کوتاه تر جابجا شده است. با استفاده از روابط - 4 - و - 5 - گاف نواری اپتیکی نمونه ها محاسبه شده است.[5] که دراین روابط B یک مقدار ثابت بین 105 cm-1eV-1 تا 106 ، ضریب جذب، h انرژی فوتون ورودی، Eg گاف نواری مستقیم و d ضخامت متوسط نمونه ها می باشد. ضخامت متوسط لایه ها با استفاده از نرم افزار پوما 75 نانو متربدست آمد. نتایچ بدست آمده نشان میدهند که گاف نواری نمونه ها حدود 3/26 ev می باشد که با تغییر نوع پایدار ساز برای نمونه دارای DEA حدود 20 mev افزایش می یابد. برای بررسی بیشتر خواص اپتیکی لایه ها ضریب شکست نمونه ها با استفاده از روابط 6 - و - 7 محاسبه شده است.[5]
