بخشی از مقاله
چکیده
کندوپاش مگنترونی DC و RF به ترتیب برای پوشاندن نانوذرات Ag به وسیله فیلم نازک ZnO استفاده شده است. در این کار تاثیر بازپخت گرمایی بر روی ویژگی های نوری و ساختاری پیوند فلز-نیمه هادی Ag/ZnO برای ضخامت های مختلف لایه Ag مورد بررسی قرار گرفته است. نانوذرات نقره با فاز هگزاگونال ورتزایت ZnO پوشش داده شده اند. عملیات حرارتی پیک تشدید پلاسمون سطحی را به دلیل تغییر در اندازه نانو خوشه های فلزی جابجا می کند.
مقدمه
در دهههای گذشته به سنتز مواد نیمرسانای یک بعدی مثل ,Si, SiC پرداختند در بین این نیمرساناهای در مقیاس نانو،ZnO توجه زیادی را به دلیل پتانسیل آن بهعنوان یک نیمرسانا با گاف نواری مستقیم بزرگ و با انرژی اکسایتون بستگی بالا به خود جلب کرده است. قابلیت رشد ZnO با ویژگیهای فیزیکی و ریختشناسی متفاوت فراهم شده است. ZnO کاربردهای وسیعی در سلولهای خورشیدی، سنسورها، قطعات اپتوالکترونیک، لیزرها، دیودهای نوری، افزارههای گسیل میدانی و آشکارسازهای UV و... دارند.
تشدید پلاسمون سطحی - SPR - در سطوح فلز نجیب مانند طلا و نقره انجام میشود. در حسگرهای زیستی کاربردهای فراوانی دارند. اینها چند مزیت نسبت به انواع فلزات دیگر دارند: آنها نوارهای SPR را در فرکانسهای مرئی و نزدیک مادونقرمز نشان میدهند شیمی سطح آنها به خوبی مشخصه یابی می شود
با توجه به پوشش کامل نانوذرات فلز نجیب بهوسیله نیمرساناهای فوتوکاتالیستی و ناحیه اتصال بزرگتر از اتصال شاتکی، میتواند جدایی و انتقال حاملهای بار در ناحیه اتصال را افزایش دهد. نقره و مس برای آمادهسازی نانوکامپوزیتهای نیمرسانا فلزی بر پایهی ZnO انتخاب میشوند به علت ویژگیهای نوری جالبشان در محدوده مرئی که منجر به کاربردهای گستردهای در دستگاههای الکترونیک نوری میشود
پاپیرسکا و همکاران در سال 2013 به بررسی تغییر در ویژگیهای گسیلی لایه ZnO در اثر میدان نزدیک پلاسمونی به نانو جزایر Ag پرداختند. آنها ZnO را به روش نهشت لایه اتمی بر روی قالب GaN رشد داده سپس لایهای از Ag به روش کندوپاش مگنترونی بر روی آن رشد داده و در دمای 750 درجه سانتیگراد بازپخت نمودند. آنها تأثیر نانوجزایر Ag را بر روی نورتابی ZnO مورد مطالعه قرار دادند و با استفاده از تئوری می پراکندگی از نقره را مورد بررسی قرار دادند.[4] داس و همکاران در سال 2013 ویژگیهای اپتیکی و ساختاری لایه نازک اکسید مس با آلایش Ag بر روی زیر لایه نفتالیت پلیاتیلن با استفاده از بازپخت میکروموج در دمای پایین مورد بررسی قرار دادند و مشاهده کردند افزودن Ag باعث افزایش نرمی سطح میگردد.
ژائو و همکاران در سال 2015 ساختار هسته-پوسته نانومقیاس Ag/ZnO را بهوسیله کاهش شیمیایی پیش ماده حاوی یون Ag بهوسیله سیترات سدیم و روش شیمیایی تر رشد دادند و به بررسی مشخصههای ساختاری، ریختشناسی و اندازهگیری طیفسنجی UV-Vis و فلورسانس آنها پرداختند آنها دریافتند حضور نانو ذرات فلورسانس را افزایش میدهد.
گوسکه و همکاران در سال 2012 به صورت تئوری، لایهای از نقره با ضخامتهای 5nm تا 50nm بین فیلمهای Al:ZnO ساندویچ شده است در نظر گرفتند و نشان دادند که فرکانس پلاسمونی Ag به دلیل اثر شاتکی در انتقال بار به لایه Ag بزرگتر از فرکانس پلاسمایی Ag حجیم خواهد بود.
روی و همکاران در سال 2004 تشدید پلاسمون سطحی در نانوبلورهای Ag در زمینه ZnO را مورد بررسی قرار دادند. آنها زمینه - ماتریس - ZnO آغشته به نانوذرات Ag را به روش کندوپاش مگنترونی DC در فشار پایین بر روی زیرلایه سیلیکا رشد دادند و اندازه ذرات را با تنظیم زمان کندوپاش هدفها کنترل کردند جابجایی آبی در قله تشدید پلاسمون سطحی با کاهش در اندازه و کسر حجمی ذرات فلزی مشاهده نمودند. افزایش دمای زیرلایه منجر به اندازه و شکل نایکنواخت در فیلم به دلیل الحاق نانو ذرات میشود که تأثیر شگرفی بر روی طیف جذب اپتیکی و پهنشدگی نامتقارن نوار پلاسمون سطحی میشود.
-2 روش انجام آزمایش
قبل از لایه نشانی زیرلایه کوارتز را به ترتیب با اتانول، استون و آب مقطر هر کدام به مدت 10 دقیقه در حمام فراصوتی تمیز می شود و در نهایت با آب مقطر شستشو می شود و با هوای خشک زیر لایه را خشک می کنیم. ابتدا لایه Ag با استفاده از کندوپاش مگنترونی DC بر روی زیرلایه کوارتز نشانده می شود. سپس با استفاده از کندوپاش مگنترونی RF هدف ZnO را با توان 60w و زمان 1h بر روی نانوذرات Ag نهشت میشود، سپس پیوند Ag/ZnO در دماهای 400 و 600 درجه سانتی گراد بازپخت می شود. ساختار بلوری، جذب اپتیکی و تشدید پلاسمونی ساختار نامتجانس Ag/ZnO مورد مطالعه قرار می گیرد.
-3 نتایج و بحث
-1-3 نتایج XRD
شکل 1 الگوی پراش پرتو - XRD - X لایه ZnO - 100 nm - و پیوند Ag - 5nm - /ZnO - 100nm - بازپخت شده در دمای 400 درجه سانتی گراد را نشان می دهد. الگوی XRD این نمونه ها به وضوح شکل گیری ساختار هگزاگونال ورتزایت ZnO را نشان می دهد و اینکه ذرات نقره به شکل ساختار fcc در زیر لایه ZnO تبلور یافته اند که اندازه نانوذرات Ag با رابطه دبای-شرر 37nm محاسبه می شود.
شکل - : - 1 الگوی XRD پیوند Ag/ZnO بازپخت شده در دمای 4000
شکل - : - 2 طیف جذب ZnO خالص و ساختار نامتجانس Ag/ZnO در دماهای بازپخت مختلف
تابع دی الکتریک مربوط به الکترون های آزاد از مدل درود سامرفلد به صورت زیر است:
-2-3 طیف جذب
شکل 2 طیف جذب UV-Vis پیوند - Ag - 5nm - /ZnO - 100nm قبل از بازپخت و بعد از بازپخت در دماهای 400 و 600 درجه سانتی گراد را نشان می دهد. مشاهده می شود نانو ذرات Ag جذب لبه باندی ZnO را به طور محسوسی تغییر نمی دهد اما در ناحیه ی مرئی و فروسرخ جذب نور را افزایش می دهد. پیک جذب پلاسمونی نقره در فصل مشترک 580 Ag/ZnO ، 543 و nm461 به ترتیب در نمونه نهشت شده، باز پخت شده در دماهای 400 و 600 درجه ی سانتی گراد مشاهده می شود. پیک جذب پلاسمونی با افزایش دمای باز پخت جابجایی آبی دارد.
تابع دی الکتریک مختلط فلز به صورت مجموع سهم های الکترون آزاد و گذاره ای بین باندی - الکترون های مقید - بیان می شود.
