بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت کاهش مقاومت الکتریکی سطحی و ارتقاء بازدهی پوششهای هادی شفاف، در این گزارش پژوهشی سعی شده است با جایگزینی پوششهای چندلایهای TCO/Metal/TCO به جای پوششهی تک لایه هادی شفاف و بهینهسازی پارامترهای ساخت، تا حد مقدور ویژگیهای اپتیکی و الکتریکی این ساختارها بهبود یابند. در این مقاله، تأثیر تغییر ضخامت لایه فلزی و نیز تأثیر دمای زیرلایه بر روی خواص اپتیکی و الکتریکی ساختار چندلایهای FTO/Ag/FTO مورد مطالعه قرار گرفته است. لایه اول و سوم به روش اسپری پایرولیز و لایه دوم به روش تبخیر حرارتی در خلأ لایه نشانی شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که با استفاده از پوششهای چند لایه یادشده میتوان تا حدودی ضریب برتری پوششهای الکتریکی شفاف را بهبود بخشید.
کلیدواژه : پوششهای هادی شفاف، پوششهای چندلایه ای، اسپری پایرولیزیز، لایههای نازک
-1 مقدمه
اکسیدهای رسانای شفاف - TCO's - پوششهای مناسب و موردنیاز بسیاری از قطعات الکترونیکی حساس به نور از جمله الکترودهای شفاف، دیودهای شفاف و نیز در ساخت صفحات نمایشی لمسی و صفحات نمایشی دارای صفحه تخت [1] و سلولهای خورشیدی لایه نازک [2] میباشند. اکسیدهای رسانای شفاف ، بهطور همزمان دارای شفافیت اپتیکی بالا در ناحیه مرئی و رسانایی الکتریکی بالا - نزدیک به رساناها - میباشند. در حالت ایده آل، هر دو ویژگی عبور اپتیکی و هدایت الکتریکی باید حداکثر باشد. اگرچه تا به امروز پوششهای الکتریکی شفاف زیادی بهصورت تک لایه ساخته و توسعه یافتهاند، اما در موارد خاصی نیازمند پوششهایی با کارایی بهتر و هدایت الکتریکی بیشتر و ویژگیهای اپتیکی ممتاز هستیم.
یکی از راهکارهای پیشنهادی، ساخت ساختارهای چندلایهای بهصورت کلی TCO/metal/TCO میباشد. در ساختارهای سه لایه TCO/metal/TCO لایهی فلزی، عنصر کلیدی برای تعیین مقاومت سطحی است. در مطالعات انجام شده محقق شده است که با توجه پایینتر بودن مقاومت الکتریکی نقره در مقایسه با سایر فلزات، استفاده از این عنصر بهترین گزینه برای ساخت پوشش سه لایهای مذکور است. بااین-حال، عبور اپتیکی و مقاومت سطحی بهسرعت با افزایش ضخامت لایه تغییر میکند.[3] در این مقاله لایه اول و سوم را FTO - اکسید قلع آلاییده شده با فلوئور - انتخاب شده است و به منظور دستیابی به ویژگیهای الکتریکی و عبور اپتیکی بهتر پارامترهای ساخت ساختارهای چندلایهای بهینهسازی شد.
-2 روش ساخت FTO/Ag / FTO چندلایهای
ماده اولیه برای تهیه لایههای نازک اکسید قلع خالص، پودر سفیدرنگ کلرید قلع 5 آبه - با درجه خلوص 99/90 ازشرکت آلدریچ - با فرمول شیمیایی SnCl4:5H2O و حلال مربوط، ترکیب آب مقطر و الکل به نسبت مساوی میباشد. ازآنجاییکه با افزودن الکل شفافیت محلول کمی کاهش مییابد، چند قطره HCl به منظور شفافیت بیشتر، به محلول اضافه میشود. سپس مقدار 0/05 گرم NH4F به محلول قبلی اضافه شد. محلول تهیهشده درون ظرف دستگاه اسپری پایرولیزیز ریخته شد و در دمای زیرلایه C 450 با آهنگ زمانی 10mL/min بر روی زیر لایههای شیشهای اسپری گردید. در این مقاله، برای تهیه ساختار-های FTO/Ag / FTO ، لایههای FTO به روش اسپری پایرولیزز بر روی زیر لایههای شیشهای لایه نشانی شده و سپس با استفاده از دستگاه تبخیر حرارتی در خلأ، لایه دوم نقره بر روی FTO لایه نشانی و در مرحله آخر لایه سوم FTO بر روی ساختار دولایهای FTO/Metal لایه نشانی شد.
1 - 2 بررسی ویژگیهای الکتریکی و اپتیکی نمونهها با بهینهسازی میزان ضخامت لایه فلزی
برای مقایسه عملکرد الکتریکی و اپتیکی همزمان الکترود-های شفاف مرسوم است که از پارامتر ضریب برتری استفاده میشود این فاکتور بهصورت رابطه - 1 - تعریفشده است.در این رابطه T معرف میزان عبور اپتیکی در طولموج 550 نانومتر و Rs مقاومت ورقهای میباشد .[4]جدول 1 ویژگیهای دو نمونه تهیهشده را در حالتهای تک لایه - TCO - و دولایه - TCO/Metal - و سه لایه - TCO/Metal/TCO - نشان میدهد. در این نمونهها، TCO لایه اول در دمای یکسان 400 درجه و TCO لایه سوم در دمای یکسان 500 تهیهشدهاند. ضخامت لایه نقره در حالت دولایه و سه لایه نمونههای 1 و 2 برابر 8nmو 10 nm میباشد . جدول 1 درصد عبور T% ، مقاومت سطحی - - RS و ضریب برتری - F - در TCO/Metal/TCOمقایسه نمونههای جدول 1 نشان میدهد که مقاومت سطحی TCO با تبدیل تک لایه به سه لایه بهطور قابلتوجهی کمتر شده و ضریب برتری افزایش یافته است.شکلهای 1 و 2 طیف عبور اپتیکی نمونههای جدول شماره 1 را نشان میدهند.
2-2 بررسی ویژگیهای الکتریکی و اپتیکی نمونههای تهیهشده: بهینهسازی دمای زیرلایه - Ts2 -
از بررسی نمونههای جدول 1 متوجه شدیم که نمونه سه لایه هنگامیکه ضخامت لایه فلزی 8 نانومتر است بهطور نسبی دارای ضریب برتری بالاتری است. در این بخش از مقاله با ثابت نگهداشتن دمای اولیه لایه اول و ثابت نگهداشتن ضخامت لایه فلزی 8 - نانومتر - دمای لایه سوم ساختار چندلایهای FTO/Ag/FTO تغییر میدهیم. جدول شماره 2 ، دو نمونه را در حالتهای هادی شفاف تک لایه - TCO - و دولایه - TCO/Metal - و سه لایه - TCO/Metal/TCO - را نشان میدهد که در آنها TCO زیر لایه اول در دمای اولیه یکسان 400 - درجه - و TCO زیرلایه سوم در دمای 500 و 550 درجه قرارگرفته است؛ و ضخامت Ag در حالت دولایه و سه لایه 8nm میباشد.شکلهای 3 و 4، طیف عبور اپتیکی نمونههای جدول 2 در حالتهای تک لایه - TCO - و دولایه - TCO/Metal - و سه لایه - TCO/Metal/TCO - نشان میدهد. در این ترکیب، لایهTCO اول در دمای 400 درجه و لایه TCO سوم در دمای 500 و 550 درجه و ضخامت لایه نقره در حالت دولایه و سه لایه 8nm میباشد.
3-2پهنای گاف انرژی
ضریب جذب از رابطه - 2 - به دست میآید: که d معرف ضخامت لایه و Tمعرف میزان عبور اپتیکی است. - در این رابطه بزرگی در نظر گرفته میشود. - از
