بخشی از مقاله
چکیده
لایه های نازک اکسید روی به روش سل-ژل روی زیر لایه شیشه تهیه شدند. لایه ها بعد از حرارت دیدن در دمای 200 C به مدت 10 دقیقه، به مدت 1 ساعت در دمای 500 C بازپخت شدند. استات روی دو آبه، دو متوکسی اتانول و مونواتانول آمین به ترتیب به عنوان ماده اولیه، حلال و تثبیت کننده مورد استفاده قرار گرفتند. خواص اپتیکی مختلف از جمله ضریب شکست، گاف نواری و ضریب خاموشی در زوایای فرود مختلف، با استفاده از دستگاه اسپکتروسکوپی الیپسومتری SE800DUV مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند.فیت کردن داده ها با کمینه سازی خطای میانگین مربعی بین مقادیر اندازه گیری شده و محاسبه شده پارامترهای الیپسومتری - - ψ, انجام گرفته است.
مقدمه
اکسید روی یک ماده نیمرسانای منحصر بفرد با گاف نواریمستقیم پهن در حدود 3/30 الکترون ولت است. در نتیجه به دلیل گذار نوار به نوار در < 368 nm تابش فرا بنفش را جذب می کند و می تواند به عنوان الکترود شفاف در سلولهای خورشیدی و نمایشگرهای صفحه تخت و نیز به عنوان ماده شیشه در پوششهای ضد بازتاب و در فیلترهای اپتیکی مورد استفاده قرار گیرد .[1] روش های مختلف سل-ژل بطور گسترده برای تهیه لایه های اکسید مواد از محلولها استفاده می شوند .[2] روش سل-ژل به دلیل اینکه انباشت در آن به سادگی در آزمایشگاه برای لایه های نازک نیمرسانا انجام می گیرد بسیار مورد توجه می باشد.[3]
از دیگر مزایای روش سل-ژل امکان تهیه تعداد زیادی لایه نازک در زمان کم می باشد . در نتیجه روشهای سل-ژل برای کارهای تحقیقاتی که در آنها تعداد زیادی لایه مورد نیاز است مناسب می باشند. برای بدست آوردن خواص اپتیکی لایه های نازک روشهای مختلفی وجود دارد که از بین آنها، روش اسپکتروسکوپی الیپسومتری به طور گسترده برای تعیین خواص اپتیکی لایه های نازک از جمله اکسید روی مورد استفاده قرار می گیرد .[4] در این مقاله خواص اپتیکی لایه های نازک اکسید روی تهیه شده به روش سل-ژل با استفاده از اسپکتروسکوپی الیپسومتری در زوایای فرود مختلف مورد بررسی قرار گرفته اند.
روش تجربی
لایه های نازک اکسید روی به روش سل-ژل به طریق پوشش دهی دورانی تهیه شدند. برای تهیه لایه نازک اکسید روی، مقداری استات روی دو آبه در ترکیبی از محلول دو متوکسی اتانول ومونواتانول آمین اضافه شد. نسبت مولار استات روی به مونواتانولآمین، یک در نظر گرفته شد. استات روی با غلظت 0/5 مولار مورد استفاده قرار گرفت. ترکیب بدست آمده، به مدت 1 ساعت در دمای 60 œC هم زده شد و سپس برای بدست آوردن یک محلول همگن، به مدت 24 ساعت در دمای اتاق نگهداری شد. محلول نهایی به روش پوشش دهی دورانی با سرعت انباشت 4800 دور در دقیقه روی زیرلایه شیشه انباشت شد. قبل از لایه نشانی، زیرلایه ها با استفاده از متانول، استون و آب مقطر یون زدایی شده تمیز شدند. لایه های نازک تهیه شده به مدت 10 دقیقه در دمای 200 œC در کوره حرارت داده شدند. سپس به مدت 1 ساعت در دمای 500 œC بازپخت شدند. ساختار اپتیکی نمونه های اکسید روی بااستفاده از دستگاه SE800DUV در محدوده طول موج 250 تا 1000 نانومتر در سه زاویه فرود مختلف 65 و 67/5 و 70 درجه بدست آمد.
نتایج و بحث
نظریه تجزیه و تحلیل الیپسومتری بر پایه تغییر در حالت قطبش نور در زمانی است که نور از نمونه بازتاب یا از آن عبور می کند.در این حالت بعد از بازتاب یا عبور نور از نمونه، نور بسته به ضخامت و شاخص شکست لایه قطبیده می شود.از طیف الیپسومتری نمونه ها می توان ثابتهای اپتیکی و خصوصیات اپتیکی لایه ها را بدست آورد .[5]اندازه گیری الیپسومتری برحسب نسبت دامنه و اختلاف فازقطبش های p و s، - ' - بیان می شود.در رابطه بالا rp و rs ضرایب فرنل مختلط نمونه برای نور قطبیده p - در صفحه فرود - و s - عمود بر صفحه فرود - می باشند.شرط لازم، تعیین بهترین فیت بین داده های - ' - اندازه گیری شده و محاسبه شده است که خطای مربع میانگین این تفاوت راکمی سازی می کند.
هر چه مقدار خطای مربع میانگین کمتر باشد نشانگر فیت مدل بهتر با داده های تجربی است.در اندازه گیری الیپسومتری اندازه گیری باید در زاویه مایل انجام گیرد. در زاویه عمود اندازه گیری غیرممکن می شود چون قطبش های p وs در این حالت قابل تشخیص نخواهند بود.در این مقاله داده ها با استفاده از دستگاه الیپسومتریSE800DUV در بازه طول موج 250 تا 1000 نانومتر بدست آمدند. تجزیه و تحلیل داده های اسپکتروسکوپی الیپسومتری نیازمند یک مدل اپتیکی است که توسط ثابتهای اپتیکی و ضخامت لایه نمونه معرفی می شوند .[6]برای محاسبه داده ها، از مدل اپتیکی شامل زیر لایه شیشه و یک لایه اکسید روی بعلاوه یک لایه زمختی سطح استفاده شد. در لایه زمختی سطح از مدل تقریب محیط موثر براگمن استفاده شده است در مدل تقریب محیط موثر براگمن داریم:
تجزیه و تحلیل داده ها با استفاده از روش بازگشت خطی انجام گرفته و ثابتهای اپتیکی توسط کمینه سازی خطاهای فیت تعیین شدند. شاخصهای شکست با استفاده از روابط Leng-Osillator توصیف شدند.در این مقاله اندازه گیریهای الیپسومتری در سه زاویه مختلف 65، 67/5 و 70 درجه انجام گرفته است. با تغییر زاویه فرود در واقع ماطول مسیر پرتو ردیاب را که از میان لایه عبور می کند تغییرمی دهیم.در اندازه گیریهای الیپسومتری نیاز است تا اندازه گیری در زوایای فرود مایل بین 45 تا 80 درجه انجام گیرد. در این زوایاحساسیت بالایی روی تفاوت بین نور قطبیده p و s وجود دارد.
اگر نور قطبیده از یک ماده همسانگرد بازتاب شود نور قطبیده s با زاویه فرود افزایش می یابد در حالی که نور قطبیده p در زاویه بروستر از یک کمینه عبور می کند. در الیپسومتریهای جدید نیازی
نیست که حتماً اندازه گیری در زاویه بروستر انجام گیرد می توان اندازه گیریهای دقیق را در بازه وسیعی از زوایای فرود انجام داد.شکل های 1 و 2 به ترتیب پارامترهای الیپسومتری - ' -
بدست آمده در سه زاویه فرود مختلف 65 و 67/5 و 70 درجه برای نمونه لایه نازک اکسید روی انباشت شده به روش سل-ژل در بازه طیف 250 تا 1000 نانومتر را نشان می دهد.
