بخشی از مقاله
چکیده
تولید نانوذرات سیلیکات روي آلاییده با منگنز به روش واکنش حالت جامد و تولید سولفید روي غیر آلاییده به روش سل ژل بررسی شده است. همچنین خواص نوري لایه نازك سیلیکات روي که با دستگاه کندوپاش لایه نشانی شده و تحت فرایند هیدروژن دهی قرار گرفتهاند مورد مطالعه قرار گرفته است. اندازهگیريها تولید ذرات با شعاع 10تا20 نانومتر را نشان دادهاند. با توجه به طیف فوتولومینسانس این مواد، قله تابش در 593 نانومتر مشاهده شده است که بیانگر آن است که میتوان آنها را به عنوان فسفر سبز در فناوري نمایشگرها مورد استفاده قرار داد.
مقدمه
در دهههاي اخیر فناوري نمایشگرها پیشرفت بسیاري داشته است. این مهم در ایران نیز مورد توجه قرار گرفته است. از جمله نمایشگرهایی که در کشور ما تحقیقات زیادي بر روي آنها انجام شده است نمایشگرهاي پلاسمایی و نمایشگرهاي گسیل میدانی هستند. به دلیل اهمیت فسفرها در فناوري نمایشگرها قسمتی از این تحقیقات معطوف به تولید فسفرهاي مناسب براي این نمایشگرهاست. هدف ما در این تحقیق تولید فسفرهایی است که به ترتیب با پرتو فرابنفش و الکترون تحریک شوند.
از جمله موادي که به عنوان فسفر سبز و به صورت عمده در این فناوري ها استفاده می شوند به ترتیب سیلیکات روي آلاییده با منگنز[1] و سولفید روي[2] هستند. مهمترین خواص فسفرهاي به کار برده شده در نمایشگرهاي پلاسمایی توان بالاي نوردهی و زمان افت مناسب است.[3] فسفر سیلیکات روي آلاییده با منگنز یکی از با اهمیتترین فسفرهاي مورد استفاده در نمایشگرهاي پلاسمایی است. تلاشهاي بسیاري براي بهبود کارآیی این فسفر انجام شده است 4]و.[5 با این حال هنوز براي رسیدن به خواص مورد نظر نیاز به بررسیهاي بیشتر است.
محققان بسیاري فسفر سیلیکات روي آلاییده با منگنز را بررسی کردهاند و درك فرایند فوتولومینسانس آن را بهبود بخشیدهاند. بر اساس تحقیقات گذشته فرایند فوتولومینسانس این فسفر با گذار الکترونهاي منگنز از تراز 3d5 مشخص می شود 6]و.[7 در حقیقت گذار از پایینترین تراز برانگیخته به تراز زمینه مسبب گسیل نور سبز است. سولفید روي فسفر کارآمدي براي نمایشگرهاي گسیل میدان محسوب می شود که به صورت پودر و لایه نازك مورد بهره- برداري قرار میگیرد.
سولفید روي در ابعاد نانومتري خواص الکترواپتیکی جالبی از خود نشان میدهد.[8] روشهاي زیادي براي تولید نانوذرات سولفید روي وجود دارد که از مهمترین آنها محلول کولوئیدي[9] ومیکروامولسیون [10] است. ولی روش سل- ژل براي تولید لایه نازك آسانتر است.[11] در تحقیق اخیر سعی شده که سیلیکات روي آلاییده با منگنز به روش واکنش در حالت جامد[12] و سولفید روي به روس سل- ژل تهیه شود و خواص نوري آنها مورد بررسی قرار گیرد.
روشهاي آزمایشگاهی
در این تحقیق براي تولید سیلیکات روي آلاییده با منگنز از روش واکنش حالت جامد استفاده شده است و مواد خام مورد مصرف اکسید روي ، اکسید سیلیسیوم و اکسید منگنز هستند که مقادیر مورد نیاز آنها با مقداري آب مقطر توسط دستگاه بالمیر با هم کاملاً مخلوط میشوند، آلایش به اندازه 12 درصد وزنی افزوده شده است. سپس این مواد را از صافی عبور داده تا پودر آن استخراج شود. این پودر را در دماي 100 درجه سانتیگراد خشک میکنیم. سپس براي استفاده به عنوان هدف در دستگاه کندوپاش به کمک آب مقطر آن را به صورت قرصی به شعاع 1/5 سانتیمتر و ضخامت نیم سانتیمتر در میآوریم و در کوره در محیط اتمسفر در دماي 1300 درجه سانتیگراد به مدت نیم ساعت قرار میدهیم تا ذرات بلوري شوند.
نمونه به دست آمده توسط آزمایش پراش پرتوهاي ایکس و آزمایش فوتولومینسانس قرار گرفتند، که کاملاً تشکیل بلورهاي سیلیکات روي آلاییده با منگنز را تایید میکنند. این هدف را در دستگاه کندوپاش قرار داده و با توانهاي 200، 250، 300 و350 وات بر روي زیرلایه شیشه و سیلیکون که از قبل با محلول - RCA آب ديیونیزه، آمونیاك و هیدروکسید سدیم که به نسبتهاي 1:1:5 با هم مخلوط شده اند و در دماي 70 درجه سانتیگراد قرار دارد - کاملاً تمیز شدهاند لایه نشانی میکنیم.
سپس این لایهها را در دستگاه DC-PECVD در دماي 400 درجه سانتیگراد تحت بمباران اتمهاي هیدروژن در اختلاف پتانسیل 420 ولت به مدت 40 دقیقه قرار میدهیم. تصاویري که توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - گرفته شده است ایجاد نانوذرات با شعاع میانگین 10 نانومتر را تأیید کرده است. بهینه توان براي لایه نشانی 300 وات بهدست آمده است. براي تهیه سولفید روي به روش سل- ژل از نیترات روي Zn - NO3 - 2.6H2O به عنوان منبع روي و از تاياوره NH2CSNH2 به عنوان منبع گوگرد استفاده کردیم.
ابتدا مقدار مناسب نیترات روي را در مقداري آب ديیونیزه و مقداري دوپروپانول حل می- کنیم و سپس تاياوره را به آن اضافه میکنیم و به مدت یک ساعت هم میزنیم. تمام این مراحل با استفاده از همزن مغناطیسی انجام میشود. این محلول را با مولاریتههاي 0/5، 1، 1/5 تهیه کردیم و به وسیله اسپینر برروي زیر لایه پیرکس و ویفر سیلیکون که از قبل توسط محلول RCA کامًلا تمیز شده است لایهنشانی کردیم. سپس لایههاي تهیه شده را براي بلوري شدن به مدت نیم ساعت درون کوره در دماهاي بین 200 تا 600 درجه سانتیگراد با پلههاي دمایی 50 درجه اي در محیط آرگون با شدت جریانهاي مختلف قرار دادیم. نمونههاي به دست آمده توسط پراش پرتو ایکس و فوتولومینسانس آزمایش شدند و نتایج در زیر بررسی شده است.
نتایج و بررسیها
رویی که در دماي 1300 درجه سانتیگراد پخته شدهاند، نشان داده شده است که قلههاي بهدست آمده کاملاً با فاز ویلمت سیلیکات روي مطابقت دارد. طیف تابشی سیلیکات روي آلاییده با منگنز که به روش حالت جامد تهیه شده بود تحت تحریک با پرتو فرابنفش 253 نانومتر درشکل 2 آمده است. قله تابش در 524 نانومتر است که مشخصه سیلیکات روي با آلایش منگنز است. در شکل 3 عکس میکروسکوپ الکترونی که از نمونهاي که درتوان 300 وات لایهنشانی شدهاست و به مدت 40 دقیقه هیدروژن دهی شده ، نشان داده شده است. اندازه نانومتري ذرات به خوبی قابل مشاهده است.
