بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، لایه نازك اکسید ایندیوم قلع - ITO - به روش تبخیر با پرتو الکترونی بر زیرلایه شیشه تهیه شده است. با استفاده از طیف عبور UV-VIS-NIR در بازه طول موجی 200 الی 1000 نانومتر، ضخامت لایه بر مبناي ماکزیمم ها و مینیمم هاي نمودارطیف عبور محاسبه شده است. سپس شکاف انرژي - - Eg لایه بر مبناي ضریب جذب محاسبه شد که3/94 الکترون ولت به دست آمد.
واژه هاي کلیدي:لایه هاي نازك، طیف UV-VIS-NIR، اکسید ایندیوم قلع - - ITO، ضخامت، شکاف انرژي.
مقدمه
امروزه اکسیدهاي رساناي شفاف - - TCOs با توجه به ویژگی هاي منحصر به فردشان مانند پایداري و کارآیی بالا، توجه محققان را به خود جلب نموده اند. یکی از این رساناهاي شفاف اکسید ایندیوم قلع می باشد - - ITOکه با توجه به شکاف انرژي وسیع حدود 3/65 تا 4/2 الکترون ولت، شفافیت بالایی دارد. ITO علاوه بر شفافیت بالا در ناحیه مرئی و فروسرخ رسانندگی بالایی نیز دارد که منجر به استفاده ITO درساخت ابزار اپتوالکترونیکی همچون نمایشگرهاي کریستال مایع - - LCDs، سلول هاي خورشیدي، دیودهاي آلی گسیلنده نور - - OLEDs، و نمایشگرهاي صفحه تخت - - FPDs شده است.[1] روش ساخت لایه،
تعیین ضخامت و شکاف انرژي لایه نازك ITO
مرفولوژي سطح و در نتیجه ناهمواري و نیز ویژگی هاي الکتریکی و اپتیکی لایه نازك را تحت تاثیر قرار می دهد. روش هاي متعدد ساخت لایه هاي نازك با توجه به کاربردشان مورد استفاده قرار می گیرند. در اینجا می توان به روش هاي تبخیر حرارتی، کند و پاش مغناطیسی جریان مستقیم DC، تبخیر پرتو الکترونی اشاره نمود.[2] جهت آنالیز لایه هاي نازك تکنیک هاي مختلفی وجود دارد از جمله پراش پرتو - XRD - x، بازتاب پرتو x - XRR - ، میکروسکوپ نیروي اتمی - - AFM، طیف عبور و بازتاب UV-VIS-NIR، طیف رامان و ... . لایه مورد بررسی به روش تبخیر با پرتو الکترونی تهیه شده است و از طیف-UV VIZ-NIR براي آنالیز لایه یعنی تعیین ضخامت و شکاف انرژي آن استفاده شده است.
روش آزمایش
لایه نازك ITO در این تحقیق به روش تبخیر پرتو الکترونی در دماي 25oC بر روي زیر لایه شیشه تهیه شده است. ماده هدف:SnO٣O٢In با نسبت هاي وزنیIn2O3%90Wtو SnO2 %10wtاست. ابتدا بستره شیشه در استون با استفاده از فراصوت به مدت15دقیقه تمیز و سپس با گاز نیتروژن خشک شده است. گاز واکنش پذیر اکسیژن با درجه خلوص بالا به داخل سیستم وارد شده که آهنگ ورود آن توسط شارسنج تنظیم می شود. فشار پایه محفظه خلا10-6میلی بار می باشد. لایه نازك پس از انباشت به مدت 45 دقیقه در دماي 300oCدر مجاورت هوا حرارت دهی شده است.
نتایج و بحث
ابزارو روش هاي متعددي براي تعین ضخامت لایه نازك وجود دارد از جملهمی توان ریزسنج هاي دیجیتالی با دقت1nm و تکنیک - X-Ray Reflectivity - XRR که از طیف بازتاب اشعه X استفاده می کند، اشاره نمود.همچنین با استفاده از برخی دستگاه ها نیز می توان به این هدف رسید اما مزیت استفاده از طیف عبور در ناحیه UV-VIS-NIR این است که ما می توانیم علاوه بر ضخامت، خواص اپتیکی لایه را نیز مشخص کنیم.در شکل زیر طیف عبور لایه ITO مشاهده می شود.
همانطور که در شکل می بینیم ماکزیمم ها و مینیمم هایی ظاهر می شود که دلیل ظهور آنها تفاوتضریبشکستلایهوزیرلایهودرپیآنتداخل ناشیازبازتابچندگانهازمرزهایلایهمی باشد و طبق رابطه زیر مبناي تعین ضخامت می باشد]٣:[ که در اینجا λ1وλ2 طول موج مربوط به دو ماکزیم یا دو مینیمم مجاور است و n - λ1 - و n - λ2 - نیز به ترتیب ضریب شکست در این نقاط است که طبق رابطه زیر محاسبه می شوند: Tmax و Tminبه ترتیب مقدار منحنی پوش ماکزیمم ومنحنی پوش مینیمم در پیک موجود در نقطه λiمی باشد و براي تعیین آنها حتما باید پوش منحنی رسم شود. که ضخامت لایه مورد نظر طبق روابط بالا 245nmبه دست آمد که با مقدار به دست آمده از محاسبات تکنیکXRR مطابقت دارد.با استفاده از رابطه - - 2 می توان منحنی ضریب شکست را نیز رسم نمود. در ادامه به محاسبه شکاف انرژي لایه نازك ITO می پردازیم. براي محاسبه ضریب شکست ابتدا ضریب جذب لایه نازك را به دست می آوریم و باتوجه به رابطه :
شکاف انرژي را محاسبه می نماییم. در رابطه فوق Aمقدار ثابت،Eg شکاف انرژي و فرکانس است. مقدار m نیز به نوع گذار الکترونی که باعث جذب فوتون فرودي می شود بستگی دارد که مقدار آن براي گذار مستقیم 1/2 و براي گذار غیرمستقیم 2 می باشد.[4] از آنجا که براي لایه مورد نظرm=1/2 پس:
با داشتن منحنی - h - 2 برحسبh ، رسم خط مماس بر منحنی و تقاطع آن با محور افقی که همان h است مقدار شکاف انرژي به دست می آید زیرا به ازاي h=Eg مقدار - h - 2صفر می شود.مقدار را می توان به دو روش هم با استفاده ار منحنی هاي پوش طبق رابطه:[5]
