بخشی از مقاله
چکیده:
لایه نازک سولفید روی - - به روش اسپری پایرولیز در دمای 500℃ با استفاده از محلول آبی سولفات روی - - به عنوان منبع روی و تیوره - - به عنوان منبع سولفور با غلظتهای مولی 1:4 سنتز شد. ساختار و مورفولوژی سطح و خواص اپتیکی و الکتریکی لایهها مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت. اندازهگیری جذب اپتیکی، گاف انرژی لایهی را 3/61 eV نشان می-دهد و عبور اپتیکی این لایه در ناحیهی مرئی بیش از %70 است. الگوی پراش پرتو - x - بیانگر فاز هگزاگونال با جهتگیری مرجح در راستای - 0010 - میباشد. مورفولوژی سطح لایه رسوب دهی شده سطحی متراکم با بهم پیوستگی خوب را نشان میدهد.
واژه های کلیدی: سولفید روی، لایه نازک، اسپری پایرولیز.
.1 مقدمه5
سولفید روی - ZnS - یک نیمه هادی مرکب مهم - با گاف انرژی پهنی حدود 3/6- 3/7 eV، به عنوان یک ماده شفاف در ناحیهی مرئی می باشد[1]، این ترکیب دارای دو ساختار - هگزاگونال - و - روی مکعبی - ، بوده[2] و یک نیمه هادی مرکب مناسب برای شمار زیادی از دستگاههای اپتوالکترونیک از قبیل: سلولهای خورشیدی که بدلیل غیر سمی بودن بسیار مورد استفاده قرار می گیرد [7-3] ، لایه نازک سولفید روی در صنعت کاربرد های فراوانی از قبیل: وسایل ضد انعکاس[8] ، وسایل الکترولامینسنت [9]، سلول های خورشیدی[11 , 10]، سنسور های شیمیایی و بیو سنسورها دارد[13 ,12] دارد.
تا کنون روش های مختلفی جهت ایحاد نانوساختار سولفید روی شامل رسوب حمام شیمیایی[16-14] ،رسوب لایه اتمی[17]، رسوب الکتروشیمیایی[3] ، پراکنش با فرکانس های رادیویی[18] اسپری پیرولیز[19] ، رسوب پالسی لیزری [20]، برای ایجاد لایه نازک ZnS بکار رفته است. دراین میان روش اسپری پیرولیز بدلیل ارزان بودن[8]، قابلیت ایجاد سطوح همگن و صاف، سهولت پوشش دهی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.[21]اخیراً روش های جدیدی برای تولید سولفید روی بکار رفته است که در آنها از عناصر دیگری نیز برای بهبود خواص آن مورد استفاده قرار گرفته است.[22] هدف پژوهش حاضر ایجاد لایه نازک ZnS با روش اسپری پایرولیز و همچنین بررسی خصوصیات و ویژگیهای ساختاری آن، از قبیل: ساختار فازی، جهت ترجیهی، مورفولوژی سطح و خواص اپتیکی و الکتریکی می باشد.
.2 مواد و روش تحقیق:
لایه نازک بر زیر لایه شیشه، به روش اسپری پیرولیز درهوا باستفاده از200mlمحلول آبی شامل سولفات روی - - با غلظت 0/02 مولار به عنوان منبع روی وتیوره - - به عنوان منبع سولفید با غلظت 0/08مولار در آب دوبار تقطیر شده، به دست آمد.جهت ایجاد لایه نازک ZnS، ابتدا زیر لایه شیشه با دستگاه آلتراسونیک در محلول استون چربیگیری و سپس در آب دوبار تقطیر آبکشی شد، در مرحله بعدی زیر لایه توسطتمیز و مجدداً با آب دوبار تقطیر، آبکشی و سپس خشک گردید. زیرلایه مزبور در محفظه گرمایش دستگاه اسپری پیرولیز تا دمای 500℃ پیش گرم و سپس محلول آبی توسط اسپری بصورت مستقیم با نرخ 3/5بر زیر لایه اسپری شد. پس از هر 25ml اسپری نمودن، جهت حفظ دمای زیر لایه و دادن زمان برای قرار گرفتن اتمها در ساختار بلوری و همچنین ایجاد یک سطح یکنواخت، عملیات 5 دقیقه متوقف شد. پس از ایجاد لایه نازک ZnS بر شیشه، خصوصیات ساختاری لایه رسوب داده شده توسط پراش پرتو - XRD - x، مورفولوژی سطح لایه نازک توسط FESEM و جذب اپتیکی نمونه در محدوده 200-900 nm توسط دستگاه UV-VIS - PD-303UV - در مقایسه با یک شیشه معمولی بدون پوشش به عنوان مرجع مورد مطالعه قرار گرفت.
.3 نتایج و بحث:
.1-3 مورفولوژی سطح
شکل 1 تصویر FESEM لایه نازک سولفید روی را نشان میدهد. تصویر لایه نازک رسوب دهی داده شده سطحی یکنواخت، صاف و بدون ترک را نشان میدهد. اندازه ذرات از 50-150 nmبوده و ذرات بصورت کاملاً متراکم در کنار هم دیده می شوند.
.2-3 خواص اپتیکی:
شکل 2 طیف جذب اپتیکی لایه نازک سولفید روی رسوب دهی داده را نشان میدهد. لبه جذب اپتیکی تقریباً مستقیم است، که نشان میدهد لایه نازک رسوب دهی داده شده به روش اسپری تقریبا در شکل و اندازه ذرات و در توزیع ترکیب، همگن می باشد.رابطه بین ضریب جذب و انرژی نور ورودی - - توسطتوصیف میشود. که یک ثابت، Eg انرژی گاف انرژی و برای نیمه هادی با باند مستقیم n= 2 میباشد. گاف انرژی مستقیم Eg لایه نازک ZnS توسط برون یابی از روی نمودار رسم شده بر حسب انرژی فوتون فرودی - - ، و محل تقاطع آن با محور xها - - محاسبه میشود. گاف انرژی
اپتیکی توسط رابطه بالا 3/61eV تخمین زده میشود. گاف انرژی محاسبه شده با مقدار تئوری گاف انرژی اپتیکی ZnS - 3/65 - توافق خوبی دارد.
.3-3 آنالیز :XRD
شکل 3 الگوی پراش پرتو x از لایه نازک رسوب داده شده را نشان میدهد. با توجه به شکل 3 فاز مربوط به ZnS هگزاگونال میباشد و جهت مرجح - 0010 - میباشد. فاز هگزاگونال ZnS در مطالعات دیگران نیز دیده شده است,24] .[25
