بخشی از مقاله
چکیده
در این مطالعه، لایههای نازکی از اکسید رسانای شفاف روی به روش اسپری پایرولیزز برروی نوع خاصی از زیرلایهها، میکا مسکوویت ، تهیه و مورد بررسی قرار گرفته است. ویژگی منحصر به فرد این زیرلایه، انعطافپذیری قابل توجه، شفافیت نسبی و در عین حال قابلیت تحمل دماهای بالا است که میتواند کاربردهای منحصر به فردی به دنبال داشته باشد. به این منظور، از روش اسپری پایرولیزز برای عمل لایهنشانی استفاده شده است. اثر تغییر دمای زیرلایه، مقدار محلول اسپری شده و آلایش برروی شفافیت نمونهها بررسی شد. مطالعه خواص اپتیکی لایهها توسط تکنیک طیفنگاری فرابنفش، در محدوده 200-800 نانومتر ، انجام پذیرفت.
مقدمه
اکسید روی - - ZnO اکسیدی نیمرسانا است که انرژیِ گاف نواری پهن آن در حدود 3,37 الکترونولت میباشد و به عنوان اکسیدی رسانا و شفاف - - TCO شناخته میشود. کاربرد اساسی این اکسیدها در سلولهای خورشیدی[1]، دیودها[2]، آینههای گرمایی [3-4] و سنسورهای گازی[5] میباشد. لایههای نازک نانوساختار اکسید روی، توسط تکنیکهای متعددی چون لیزر پالسی[6]، سل-ژل[7]، کندوپاش[8] و اسپری پایرولیزز[9] تشکیل میشود. از میان تکنیکهای ذکر شده، در این مقاله از روش اسپری پایرولیزز استفاده شده است.
روش انجام آزمایش
در این مطالعه از پیش ماده Zinc acetate-dehydrated برای تهیه لایههای اکسید روی استفاده شد. آب به عنوان حلال اصلی بعد از اضافه کردن استیک اسید - - CH3COOH، به محلول اضافه میشود. برای متعادل کردن pH محلول، مقدار معینی اتانول - خالص - نیز به محلول افزوده گردید.
اسپری پایرولیزز یک تکنیک ساده و ارزان بر مبنای فرآیند لایهنشانی بخار شیمیایی - CVD - میباشد.[10-11] در
این تکنیک، محلول پیشماده به وسیلهی گاز حامل - هوا - برروی زیرلایه داغ افشانده میشود. دمای زیرلایه توسط هیتر قابل کنترل است. ساختار کلی این سیستم در - شکل - 1 آورده شده است.
لایههای نازک اکسید روی از اسپری کردن محلول حاوی استات روی حاصل میشود. همانطور که اشاره شد، برای مطالعه تغییر شفافیت و بهینهسازی این ویژگیها، اثر تغییر دمای زیرلایه، مقدار محلول اسپریشده و آلایش نمونهها را مورد بررسی قرار دادهایم.
شکل: 1 طرح کلی سیستم اسپری پایرولیزز
نتایج و بحث خواص اپتیکی
تغییرات دما
در گام اول، اثر دمای زیرلایه بر شفافیت نمونههای تهیه شده، در بازهی طیفی 200-800 نانومتر، مورد بررسی قرار گرفت. کار لایهنشانی در گسترهی دمایی 300 تا 550 درجه سانتیگراد انجام شد. در دماهای کمتر از 300 درجه سانتیگراد، واکنش تجزیهی محلول برروی زیرلایه به طور ناقص انجام میشود و از این رو لایههای بهدست آمده کاملا آمورف - بدون ساختار بلوری - هستند و شفافیت مناسبی ندارند. با افزایش دما واکنش تجزیهی محلول به طور کامل انجام شده و به تدریج حالت بلورینگی نمونهها بهبود مییابد. بهترین نتیجه در دمای 550 درجه سانتیگراد به-دست آمد
شکل: 2 نمودار تغییرات گذردهی نمونههای اکسید روی در گستره دمایی 300 تا 550 درجه سانتیگراد در طول موج تقریبی370 نانومتر، یک لبهی جذب شدید و تیز وجود دارد که ناشی از جذب گاف نواری میباشد.
این ویژگی در کنار انعطافپذیری زیرلایه، کاربردهای فراوانی را برای این نمونهها به دنبال دارد.
تغییرات مقدار محلول اسپری شده
برای بررسی اثر تغییر مقدار محلول اسپریشده اکسید روی، بر مقدار شفافیت نمونهها، مقادیر محلول اسپری شده،
در هر بار لایهنشانی، در گسترهی 10 تا 50 میلیلیتر تغییر داده شد. با توجه به شکل بالا، واضح است که مقدار جذب برای فوتونهای با انرژیهای بیشتر از گاف نواری، زیاد میباشد. [14] فرانژهای تداخلی که در برخی از نمونهها مشاهده میشود، به تفاوت ضریب انعکاس لایه-زیرلایه و لایه- هوا اشاره دارد و نشان دهندهی صاف و صیقلی بودن سطح نمونهها میباشد.همچنین این موضوع را میتوان به ساختار کریستالی زیرلایههای مورد استفاده نسبت داد.[16] با افزایش مقدار محلول اسپریشده در هر بار لایهنشانی، ضخامت لایهها افزایش یافته - جدول - 1 و به تدریج
گذردهی نمونه ها کاهش می یابد
جدول: 1 ضخامت نمونهها با توجه به مقدار محلول مورد استفاده
شکل: 3 اثر تغییر مقدار محلول اکسید روی اسپری شده بر گذردهی نمونه های به دست آمده - دما 550 درجه
آلایش
به منظور بررسی تاثیر آلایش بر خواص اپتیکی و الکتریکی نمونهها، از پیشماده آلومینیوم کلراید - - AlCl3-6H2O، در درصدهای وزنی %0,25، %0,50، %0,75 و %1,00، استفاده شد. مقادیر مختلف آلایش تاثیر چندانی در بهبود شفافیت نمونهها ندارد - شکل - 4 و به ازای مقادیر بالای آلایش - % 0,75و %1,00 درصد وزنی - شفافیت کاهش پیدا می-کند. اما اثر آلایش بر بهبود رسانندگی و کاهش مقاومت سطحی لایهها، قابل توجه میباشد
شکل: 4 گذردهی - شفافیت - نمونههای آلاییده شده با مقادیر
شکل: 5 نمودار تغییرات مقاومت سطحی به ازای مقادیر مختلفی از آلومینیوم 0,75 , 0,50 , 0,25 - و 1,0درصد وزنی -
