بخشی از مقاله
چکیده-
لایههاي نازك سولفید کادمیم به روش تبخیر حرارتی در خلأ با آهنگ 3/5 nm/s به ضخامت تقریبی 600nm در دماي 225 درجه سانتیگراد تهیه شدهاند. سپس با روش تبخیر حرارتی لایه ایندیم به ضخامتهاي 5 nm، 10nm، 20 nm ,15 nm روي لایههاي CdS لایه گذاري شدهاند و از دستگاه کاشت یون - MBM - براي نفوذ اتمهاي ایندیم به منظور کاهش مقاومت الکتریکی لایههاي CdS استفاده شده است.
ثابتهاي اپتیکی - n,k - ، ضریب جذب و گاف انرژي این لایه در ناحیه مرئی مورد مطالعه قرار گرفته است. براي مطالعه ریخت، تعیین اندازه دانهها و ساختار لایهها از آنالیزهاي SEM و XRD استفاده شده است. الگوي پراش پرتو X نشان میدهد که لایهها داراي ساختار ششگوشی با رشد ترجیحی صفحه - 101 - هستند. گاف انرژي لایهها بسته به میزان ضخامت ایندیم از2/39 eV تا2/43 eV تغییر میکند. مقاومت الکتریکی لایهها که با روش کاوه چارنقطهاي اندازهگیري شده است از 8 ×10-2 Ω −cm تا 4 ×10-2 Ω −cm در تغییر است.
-1مقدمه
در گروه ترکیبات II-IV سولفید کادمیم جایگاه خاصی دارد که به لحاظ ویژگیهاي فیزیکی مانند توان تراگسیلی و شفافیت اپتیکی بالا مورد مطالعه گسترده قرار گرفته است. از لایه هاي نازك CdS در ساخت قطعات الکترونیکی ، سلولهاي فوتو ولتایی و آشکارسازهاي نوري استفاده زیاد شده است.
براي تهیه این لایه ها روشهاي مختلف در منابع ذکر شده اند که عمدتا عبارتند از: تبخیر حرارتی - PVD - ، حمام شیمیایی - CBD - ، اسپري پابرولیزز و پالس لیزري
ترکیب CdS اگرچه متجاوز از نیم قرن است که بطور مداوم توسط گروههاي مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است اما نتایج گزارش شده از نانو سیمهاي ساخته شده از CdS بسیار جالب و قابل توجه است. [5-6 ] و این بدان معنی است که تحقیقات بر روي CdS پایان نگرفته و زمینه کار هنوز هم فراهم است. خواص اپتیکی لایههاي نازك CdS درنزدیکی لبهجذب اپتیکی،کاربري این ترکیب را درساخت قطعات اپتو – الکترونیکی و الکتریکی افزایش داده است.
اطلاع صحیح از ضریب شکست ضریب جذب و مقاومت الکتریکی درطراحی و آنالیز تغییرات قطعات اپتوالکترونیکی از اهمیت ویژهاي برخوردار است. معمولاً میتوان با نفوذ عناصري چون مس، روي، ایندیم و ... مقاومت الکتریکی این لایهها را کاهش داد .در حقیقت ، هدف ما محاسبه پارامترهاي اپتیکی و الکتریکی لایههاي نازك CdS:In است.
-2روش آزمایش
لایههاي نازك سولفید کادمیم آلائیده با استفاده از دستگاه تبخیر در خلأ - EDWARD - روي زیرلایه شیشهاي تمیز شده در دماي 225 درجه سانتیگراد لایهگذاري شده است.براي تهیه لایههاي سولفید کادمیم از پودري با درصد خلوص 99/99 استفاده شده است. در حین آزمایش محفظه داراي خلأ 3 × 10-3 pa و آهنگ تبخیر 3/5 nm/s بود. لایههاي CdS به ضخامت تقریبی 600nm - در حین لایهنشانی ضخامت لایه ها با ضخامت سنج مدل SZH-4 اندازهگیري شده - تهیه شده، سپس لایه ایندیم به ضخامتهاي 5nm ، 10nm، 15nm ، 20nmبا دستگاه تبخیر در خلا روي این لایهها پوشش داده شده و با استفاده از دستگاه کاشت یون - MBM - اتمهاي ایندیم به درون لایهها نفوذ داده شده است. پس از تهیه لایه ها آنالیزهاي پراش اشعه - XRD - X با استفاده از دستگاه فیلیپس نوع PW 1840 با لامپ آند مسی، EDX,SEM با استفاده از دستگاه فیلیپس نوع XL-30، مقاومت الکتریکی - با روش کاوه چار نقطهاي - و طیف نورسنجی با دستگاه CARY – 17D انجام گرفت. سپس براي اطمینان از نفوذ اتمهاي ایندیم آنالیز GDS بعمل آمده است.
-3بحث و نتایج
شکل 1 الگوي پراش اشعه X لایههاي CdS: In را نشان میدهد. این الگو نشان میدهد که یک پیک تیز در زاویه 2θ 28.6° متناظر با صفحه - - 101 و پیکهاي کوچکتري در زوایاي2θ 44° , 2θ 26.2° ، 2θ 51.9° ، 2θ 59° به ترتیب متناظر با صفحات - 002 - ، - - 110، - - 112 ، - - 202 مشاهده میشود.همانگونه که از شکل1 پیداست، لایهها داراي ساختار ششگوشی با رشد ترجیحی صفحه - 101 - میباشند. فقط تغییر غلظت ایندیم باعث تغییر شدت قله پراش صفحات - 101 - شده است.با توجه به اینکه با افزایش غلظت ایندیم از 15nm به 20nm پهناي پیک نیز زیاد شده ، میتوان نتیجه گرفت که اندازه دانهها کاهش یافته، درنتیجه مقاومت الکتریکی لایهها افزایش مییابد.اندازهگیري مقاومت الکتریکی لایهها نیز این مطلب را تایید میکند.
شکل :1 نمودار پراش اشعه X با ضخامت لایه ایندیم
ریخت و اندازه دانههاي بلورین با دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی - - SEM مشخص میشود. شکل 2 تصاویر SEM این لایهها را نشان میدهد. مشاهده میکنیم که وقتی ضخامت لایه ایندیم از 10nm به 15nm افزایش یافته اندازه دانهها بزرگتر شده است. اندازه تقریبی دانهها در این لایهها بین700nm تا900 nm میباشد.
شکل : 2 تصاویر SEM الف- ضخامت ایندیم 10nm
ب- ضخامت ایندیم 15nm
بال وهمکارانش نتایج مشابهی گزارش کردهاند .
مقاومت الکتریکی لایههايCdS:In با استفاده از روش کاوه چار نقطهاي مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است.جدول 1 تغییرات مقاومت ویژه را با تغییر ضخامت لایه ایندیم نشان میدهد. در این روش با عبور جریان الکترکی و اندازهگیري ولتاژ، مقاومت ویژه الکتریکی لایهها با رابطه - 1 - مشخص میشود.[9]
جدول:1 مقاومت ویژه لایههاي CdS:In
این نتایج با تصاویرSEM سازگارست چون با افزایش ضخامت ایندیم از 10nm به 15nm اندازه دانهها بزرگتر و مرز آنها کمتر میشود، بنابراین مقاومت ویژه پائین می- آید.افزایش مقاومت وقتی ضخامت ایندیم از 15nm به 20nm میرسد ، شاید به دلیل اعمال زیاد ناخالصی ایندیم ونفوذ آن از سطح به " بالک" سولفید کادمیوم باشد.
با استفاده از منحنی گذردهی بعضی پارامترهاي اپتیکی نظیر k , n , α را میتوان تعیین کرد. در نزدیکی لبه جذب رابطه - 2 - برقرار است.
که درآن T درصد عبور، α ضریب جذب و d ضخامت لایه است. با معلوم بودن T و d می توان α را محاسبه کرد و بدین ترتیب ضریب جذب براي طول موجهاي مختلف مشخص میشود. منحنی αhυ2 را بر حسب انرژي فوتون فرودي h υ رسم میکنیم. با برونیابی قسمت خطی منحنی تا جایی که αhυ2 0 باشد گاف انرژي مشخص میشود. شکل 3 تغییرات αhυ2 را بر حسب hυ نشان میدهد.
شکل :3 تغییرات αhυ 2 بر حسب hυدرلایههايCdS:In با ضخامت لایه ایندیم الف - 5 nmب - 10nmج - 15 nm د - 20nm
بنابراین با استفاده از شکل 3 میتوان مقادیر گاف انرژي را تعیین کرد. این مقادیر در جدول 2 آورده شده است.
جدول:2 مقادیر گاف انرژي
