بخشی از مقاله
چکیده
اتصال نامتجانس AZO/ Cu2O بر روی زیر لایه شیشه به روش تبخیر فیزیکی و کندوپاش DC مغناطیسی فعال تهیه شدند. خصوصیات ساختاری، اپتیکی و الکتریکی ساختار نامتجانس طرح پراش اشعه X ، نشر اپتیکی PL و نمودار جریان-ولتاژ بررسی گردید. به طور کلی اتصال نامتجانس AZO/ Cu2O رفتاری دیودی با فاکتور ایده آل حدود 10,28 را نشان داد.
مقدمه
اکسیدهای فلزی لایه های نازک بدلیل ویژگی های خاصشان وتنوع روش های رشد، بسیار مورد توجه هستند. که در بین آنها اکسیدهای فلزی Cu2O, TiO2, ZnO و Al:ZnO - AZO - بیشتر از بقیه مطالعه و بررسی می شوند. از اولین اکسیدهای فلزی که مورد بررسی قرار گرفته Cu2O است.[1] که از مزایای آن می توان به باندگپ مستقیم و کوتاه[2]، ارزان قیمت بودن[3] و غیرسمی بودن آن[4] اشاره کرد. اکسیدمس کاربردهای زیادی مانندترانزیستورهای لایه نازک[5]، سلول های خورشیدی[6]سنسورهای گازی[7] دارد و همچنین اکسیدمس در تمامی گزارشات به عنوان یک نیمه رسانای نوع p است.[9]AZO اکسیدفلزی پرکاربرد دیگری است که استفاده زیادی در صنعت دارد. نیمه رسانای نوع [8] n با رسانش الکتریکی بالا است.[9] همچنین باندگپ پهنی نیز دارد.[10] از طرفی دیگر، اتصال لایه های نازک استفاده وسیعی در صنعت نیز دارد. یعنی می توان سلول های خورشیدی، دیودها[11] وسنسورهای گازی [12] با بازده های متفاوت تهیه نمود.در این مقاله خصوصیات اپتیکی و الکتریکی اتصال نامتجانس Cu2O/AZO مورد بررسی قرار می گیرد.
شرایط آزمایش
ابتدا زیر لایه ها بوسیله حمام آلتراسونیک در محیط استن ، الکل و آب دیونیزه تمیز شدند. برای داشتن الکترود ابتدا یک لایهبسیار نازک نقره و سپس مس به روش تبخیر شیمیایی - CVD - بر روی زیر لایه شیشه انباشته شد و سپس به روش کندوپاش مغناطیسی فعال DC لایه های Cu2O و AZO رشد داده شد.شکل 1 ساختار شماتیک و نمونه تهیه شده را نشان می دهد. بعد از تهیه نمونه ها برای بررسی ساختار بلوری آنها از XRD با مدل STOE-XRD و برای اندازه گیری ضخامت لایه ها ازDEKTAK3 با دقت 5 nm و برای بررسی شکل و ساختار سطحی از آنالیز field-emission scanning microscopy - FESEM - و برای بررسی طیف نشری لایه ها از فوتولومینسانس - PL - با مدل CaryEclipse با لامپ زنون با طول موج تحریکی 320 نانومتر و 236 نانومتر انجام شد.
ساختار دیود و مشخصات آن
دیود نامتجانس n-AZO/p-Cu2O برروی زیرلایه شیشه با مساحت 2×2 cm2 به روش کندوپاش تهیه شد. بعد از تهیه اتصال مشخصات I-V به روش IVIUM-Lancha اندازه گیری و با FPP مقاومت چهار نقطه ای مقاومت سطحی لایه ها با دستگاه 5000 -Miller Design & Equipment, and INCبررسی شد.طیف پراش اشعه X لایه های Ag/Cu/Cu2O و لایه AZO برروی شیشه در شکل 2 نشان داده شده است. XRD لایه هایAg/Cu/Cu2O پیک هایی در زوایای 2 36.57oو 2 42.48o به ترتیب مربوط به ساختار مکعبی اکسید مس باصفحات ترجیحی - 111 - و - 200 - مطابق با کارت - JCPDS - card 01-074-1230 است. همچنین پیک های پراش مربوط به Agو Cu نیز در طرح پراش وجود دارد.در شکل 3 تصاویر FESEM نانوساختارهای اکسیدمس را نشان می دهد. اندازه نانوساختارها در بازه 40-20 نانومتر است.
بحث و نتایج
-1 خصوصیات ساختاری لایه های نازکAZO وCu2Oهمچنین طیف XRD لایه های AZO نشان از طبیعت آمرف لایه را دارند. که دلیل آن شرایط تهیه و رشد لایه می باشد که کاملا با تحقیقات گذشته مطابقت دارد.[10] برای تعیین وجود عناصر Alو Zn در لایه از آنالیز EDX استفاده شد و در شکل 4 نشان داده شده است.
-2 بررسی خصوصیات اتصال دیود n-AZO/p-Cu2O شکل 5 طیف نشری PL اتصال n-AZO/p-Cu2O باطول موج تحریکی 263 و 320 نانومتر را نشان می دهد. یک پیک نشری در طول موج 470 نانومتر با تحریک263 نانومتر ظاهر شده است. حدس می زنیم که این پیک در اثر چاه کوانتومی که در اتصال در اثر آمرف بودن نانوساختارهای AZO باشد که در مقایسه با طیف PL نشری با تحریک 320 نبوده است. زیرا الکترون های اضافه شده در اثر تاثیر گرمایی نمی تواند بوسیله انرژی کمتر تحریک شوند. در حقیقت در اتصال نانو ساختارهای آمرف مانند چاه کوانتومی رفتار کرده اند و در شکل 6 به طور شماتیک وجود این پیک ایجاد شده با طول موج 263 نانومتر را نشان می دهد.
نمودار ولتاژ برحسب جریان ساختار دیود اتصال n-AZO/p-Cu2O در شکل 7 نشان داده شده است. ازنمودار I-V می توان رفتار دیودی را با ساختار آمرفAZO دید که رفتاری بسیار شبیه به ساختار ZnO/Cu2O دارد. جریان به صورت خطی در ولتاژ پایین تغییر می کند. یک ولتاژ روشن پایین در حدود0,65 ولت برای دیود مشخص می شود که بسیار نزدیک نتیجه اتصال دیودی n-IGZO/p-Cu2O است.[13]ولتاژ پایین روشن برای کاهش ولتاژ دیود مناسب است وبرای تولید یک ولتاژ خروجی یکسوکننده ها استفاده می شود.رابطه جریان برای یک دیود در دمای T با رابطه زیر بیان می شود: که Is جریان اشباع معکوس و q بار پایه است که V ولتاژ و n فاکتور ایده آل و kB ثابت بولتزمن است.[14]
فاکتور ایده آل در حدود 10,28 از فیت خطی در شکل 7 به دست آمد. دیودهای نامتجانس با فاکتورهای ایده آل 28,2-6 اعلام شده است.[15] فاکتورهای ایده آل دیودها مقادیری 2-1 پیش بینی می شوند. در حالی که مقادیر بسیار بیشتری تاکنون به دست می آیند. دلایل این تغییرات می تواند سد شاتکی - schattky - در فصل مشترک فلز-نیمه رسانا باشد[16] یا اثر تونل زنی در تله ها و نشت حامل ها [17] باشد. برای مثال فاکتور ایده آل نمونه می تواند در اثر تونل زنی حفره ها یا چاه کوانتومی و نشت حامل ها در نثص های ساختاری در فصل مشترک n-AZO/p-Cu2O باشد. که بوسیله طیف PL لایه ها مشخص شده است.
