بخشی از مقاله
چکیده
لایههای نازک شیشههای ترکیب سهتائی 40TeO2 - 60 X - V2O5 XNiO با درصدهای مولی 0 X 30 از روش تبخیر حرارتی مادهی کپهای در خلأ با استفاده از بمباران الکترونی تهیه شدهاند. بررسی ساختاری نمونهها با استفاده از تفرق پرتو X نشان میدهد که این نمونهها دارای ساختار بلوری نبوده و به صورت آمورف میباشند.
طیف عبور و جذب اپتیکی نمونهها در گسترهی طول موجی 300-1100 nm با اسپکتروسکوپی نوری بررسی گردیده است. لبهی جذب اپتیکی لایههای نازک از روی طیف جذب مشخص و ضریب جذب، گاف انرژی اپتیکی, عرض دنبالهی حالتهای جایگزیده در گاف باندی و عرض نسبی حالتهای جایگزیده طبق تئوریهای موجود محاسبه گردیده است. همچنین رفتار ضریب شکست و ثابت خاموشی نمونهها بر حسب طول موج بررسی و ضخامت نمونهها برآورد گردیده است.
نتایج حاصله نشان میدهد که موقعیت لبهی جذب و در نتیجه مقادیر گاف انرژی اپتیکی به ترکیبات مختلف مادهی مورد نظر بستگی دارد. با افزایش درصد مولی اکسید نیکل از مقدار صفر تا 30 گاف انرژی اپتیکی از مقدار 3/38 به 2/7 الکترون ولت کاهش مییابد. علت این کاهش معرفی اکسیدنیکل بعنوان یک اصلاحگر شبکه است که باعث افزایش اکسیژن غیر پیوندی میشود، در نتیجه برانگیختگی خیلی راحتتر انجام گرفته و جذب با انرژیهای کمتر صورت میگیرد.
با افزایش درصد مولی اکسیدنیکل انرژی اورباخ و عرض نسبی حالتهای جایگزیده به ترتیب از مقدار 0/27 به 0/62 الکترون ولت و 0/07 به 0/22 افزایش مییابند، این افزایش احتمالاً به دلیل افزایش چگالی بینظمیهای محتمل در شبکهی آمورف V2O5 میباشد. رفتار ضریب شکست بر حسب طول موج نشان میدهد که با افزایش طول موج ضریب شکست کاهش مییابد. ثابت خاموشی نیز مقدار بیشینهای در لبهی جذب دارد.
مقدمه
شیشه های اکسیدی شامل اکسیدهای عناصر واسطه بطور وسیع بخاطر خواص نیمرسانایی آنها مورد بررسی قرار گرفتهاند. شیشههای تهیه شده بر اساس اکسید تلور TeO2 دارای توانایی جالب تشکیل شیشه بوده و خواص رطوبتی از خود نشان نمیدهند
بررسی طیف جذب اپتیکی بویژه شکل و انتقال لبهی جذب روش بسیار مفیدی برای فهم مکانیسمهای حاکم بر گذارهای اپتیکی در مواد بلورین و غیربلورین بوده و اطلاعاتی را در مورد ساختار نوار انرژی آنها مهیا میسازد. موقعیت لبهی جذب و در نتیجه مقادیر گاف باند اپتیکی به ترکیبات مختلف مادهی مورد نظر بستگی دارد،.
در این کار تجربی لایههای نازک از نمونههای شیشهای کپهای به روش تبخیر حرارتی در خلأ با بمباران الکترونی تهیه شده و برخی خواص اپتیکی آنها بررسی شده است. همچنین ساختار آمورف لایه های نازک با طیف XRD نشان داده شده است.
-2 روشهای تجربی :
تهیه ی لایههای نازک ترکیب TeO2 V2O5 NiO شامل دو مرحله میباشد. یکی تهیهی نمونههای شیشهای کپهای به روش سرمایش سریع مذاب، و بعدی تهیهی لایههای نازک از این نمونهها به روش تبخیر حرارتی در خلأ با بمباران الکترونی. برای تهیهی نمونههای کپهای ابتدا پودرهای خالص , TeO2 NiO و V2O5 با جرم مناسب با هم مخلوط میشوند و در داخل هاون عقیق بمدت 15 دقیقه بخوبی بهم زده میشوند تا خلوطم کاملاً یکنواختی حاصل شود. سپس این مخلوط در شرایط اتمسفر در دمای Cذ400 به مدت 30 دقیقه حرارت داده میشود تا بیآب شود. سپس در داخل بوته ریخته و داخل کورهای - NoberthermControllerP320 - درگسترهی دمایی 700 980 C بسته به ترکیب آن، بمدت زمان 30 دقیقه حرارت داده میشود تا کاملاً ذوب شود.
برای تهیه ی نمونه های کپهای از دو صفحه از جنس فولاد زنگ نزن استفاده می شود. نمونهی مذاب را روی یکی از این صفحهها ریخته و صفحهی دیگر روی آن قرار داده میشود تا مذاب بطور سریع سرد شده و ضمناً سطح نمونهی حاصله تا حد امکان صاف شود.
برای تهیهی لایههای نازک آمورف TeO2 V2O5 NiO از دستگاه تبخیر - VACUUMCOATINGUNIT :15F -
استفاده میشود. مادهی هدف برای بمباران الکترونی همانطور که بیان شد نمونههای کپهای TeO2 V2O5 NiO می-باشند. عمل لایهزنی در خلأ تحت فشار 7 10 5 m.bar روی زیر لایهایی که قبلاً با تمیزکنندهی مافوق صوتی تمیز شده-اند، انجام میگیرد.
ضخامت لایههای نازک تهیه شده با روش نوری محاسبه شده است. بررسی ساختار آمورف لایهها با استفاده از طیف XRD انجام میگیرد. طیف جذب اپتیکی لایهها با استفاده ازاسپکتروسکوپی نوری UV 100PharmaspecSHIMADZU - ، در گسترهی طول موج 300-1100nm گرفته شده و با استفاده از این طیف، خواص اپتیکی لایهها مطالعه میشود.
1-2 مشخصه ی : XRD
شکل - 1 - الگوی پراش پرتو X نمونهها را نشان میدهد. همانطور که ملاحظه میشود طیف XRD نشاندهندهی پیک مشخصی نیست و تأییدکنندهی ساختار آمورف این لایهها است. - من بعد برای سادگی، ترکیب حاضر با درصدهای مولی X 0,5,10,20,30 را به ترتیب از چپ به راست با TVN0,TVN5,TVN10,TVN20,TVN30 نشان میدهیم - .
شکل : - 1 - طیف XRD لایههای نازک TVN0,TVN5,TVN10,TVN20,TVN30
2-2 طیف عبور و بدست آوردن رفتار ضریب شکست و ضریب خاموشی و برآورد ضخامت لایههای نازک :
در حالت کلی طیف عبور درنواحی طول موجی خارج از ناحیه-ی جذب اساسی که لایه در آنجا شفاف است نوساناتی - بصورت فرانژهای تداخلی - بر حسب طول موج نشان میدهد. طیف عبور پنج نمونه در شکل - 2 - نشان داده شده است بدلیل وجود
شکل : - 2 - طیف عبور لایههای نازک
الگوی تداخل اسوانپل روشی را برای یافتن برخی ثابتهای اپتیکی و ضخامت لایههای نازک ارائه داده است.
مرحلهی اول در این روش یافتن توابع پوشهای تراگسیل ماکسیمم - - - Tmax - ، و مینیمم - - - - Tmin میباشد. با
بدست آوردن این توابع میتوان ضریب شکست را با استفاده از معادلهی زیر بدست آورد :
میتوان ضخامت نمونهها را با استفاده از ضرایب شکست دو نقطهی اکسترمم n1 n - 1 - و - n 2 n - 2 ، برای دو نقطهی ماکسیمم یا مینیمم مجاور، با استفاده از رابطهی زیر بدست آورد :
در این رابطه ضریب جذب میباشد. با توجه به مطالب ارائه شده ضخامت نمونهها با این روش محاسبه شده است و در جدول - 1 - آورده شده است. رفتار ضریب شکست بر حسب طول در شکل - 3 - برای نمونهی TVN0 نشان داده شده است. برای 4 نمونهی دیگر نیز همین رفتار ملاحظه میشود. شکل - 4 - رفتار ضریب خاموشی بر حسب طول موج را نشان میدهد.
شکل : - 3 - رفتار ضریب شکست بر حسب طول موج نمونهی TVN0 386
شکل : - 4 - تغییرات ضریب خاموشی بر حسب طول موج لایههای نازک
3-2 طیف جذب و بدست آوردن گاف انرژی اپتیکی و انرژی اورباخ :
شکل - 5 -الف - طیف جذب پنج نمونه را نشان میدهد ملاحظه میشود که موقعیت لبهی جذب به ترکیبات ماده بستگی دارد. ضریب جذب - - از رابطهی زیر بدست میآید :
در این رابطه A مقدار جذب نمونهها و d ضخامت نمونهها میباشد که از رابطهی - 3 - بدست آمده است
برای مواد آمورف در منطقهی جذب بالا - - 104 / cm ، تائوک و موت-دیویس بطور مستقل رابطهی زیر را برای ضریب جذب بر حسب انرژی فوتون h بدست آوردند :
دراین رابطه Eopt گاف انرژی اپتیکی میباشد.. گاف انرژی اپتیکی با برونیابی بخش خطی منحنی - h - 1/ 2 بر حسب h بدست میآید.[3-1] ین منحنی برای هر پنج نمونه درشکل - -5ب - نشان داده شده است. مقادیر بدست آمدهی Eopt برای پنج نمونه در جدول - 1 - آورده شده است.
ملاحظه میشود که با افزایش درصد مولی اکسید نیکل از مقدار صفر تا 30 گاف انرژی اپتیکی از مقدار 3/38 به 2/7 الکترون ولت کاهش مییابد. علت این کاهش معرفی اکسیدنیکل بعنوان یک اصلاحگر شبکه است که باعث افزایش اکسیژن غیر پیوندی میشود، در نتیجه برانگیختگی خیلی راحتتر انجام گرفته و جذب با انرژیهای کمتر صورت میگیرد. لبهی جذب در منطقهی جذب پایین - - 104 / cm از قانون امورباخ پیروی میکند
