بخشی از مقاله
چکیده
لایه نازك هاي پنتاکسید وانادیوم روي زیرلایه هاي سودالایم به روش اسپري پایرولیزز با استفاده از ماده اولیه پودر کلرید وانادیوم - - 3 در40 سی سی آب مقطر دوبار تقطیر تهیه شدند. تاثیر پارامتر دماي لایه نشانی روي خواص ساختاري و اپتیکی به ترتیب توسط پراش اشعه ایکس و طیف سنجی ناحیه مرئی و فرابنفشاسپکتروفوتومتر بررسی شدند. نتایج نشان می داد با افزایش دما، جهت گیري ها در راستاي - 001 - ترجیحی شده اند، شدت در این راستا تا دماي 400 افزایش یافت و پس از آن شدت آنها کم شد. لایه نشانی از دماي 200 تا دماي 550 انجام گردید. لایه هاي نازك V2O5 پلی کریستالهایی با ساختار سلول واحداورتورومبیک بودند. همچنین مشاهده شد که بهترین شفافیت مربوط به لایه نازك هاي تهیه شده در دماي 450 می باشد. در محدوده دمایی -500 350 لبه ي جذب در حدود 2/8 eV بود، ولی در دماي 500 یک شیفت تا 4/1eV مشاهده شد. به نظر می رسد در دماهاي بالا - - 550 ＜ پیوندهاي شیمیایی در ناحیه ي بین شیشه و لایه نازك باعث شیفت آبی در لبه ي جذب می شود.
مقدمه
اکسیدهاي فلزي که حالت گذار دارند خواصفیزیکی،شیمیایی، اپتیکی، الکترونیکی، مغناطیسی و گرمایی بی همتایی رانشان می دهند که در طی دهه ها دانشمندان و مهندسین را به خودمشغول کرده است. اکسیدهاي وانادیوم تاثیرات فیزیکی مناسبزیادي را عرضه می کند که می تواند جوابگوي کاربردهاي بسیاري از وسایل مختلف میکروالکترونیکی باشد. وانادیوم، با شکلالکترونی [Ar]3d34s2 یک اربیتال 3d مخلوط شده در باندهايشیمیایی که ساخته، فراهم می کند که منجر به داشتن کاراکتر چندظرفیتی آن می گردد - - +2 , +3 , +4 , +5 که می تواند توسطساختار کریستالی، روش رشد، نقص ها، انتقال الکترونی و عوامل خارجی تحت تاثیر قرار گیرد.[1]
در حقیقت فعالیت بالاي الکتروشیمیایی، پایداري بالا و آسان بودن تشکیل لایه نازك ماده اکسید وانادیوم به روشهاي مختلف لایهنشانی باعث شده است که این ماده در میکروباتري هاي حالتجامد و نیز بعنوان کاتالیست بطور گسترده اي مورد استفاده قرار گیرد. با روشهاي مختلف لایه نشانی و در شرایط لایه نشانی متفاوت معمولا اکسیدهاي VO2، V2O5، - VnO2n+1 - V6O13
تشکیل می گردند.[2] که از میان آنها بدلیل اشباع شدگی - بالاترین حالت اکسیداسیون - V2O5 در سیستمV-O از همه پایدارتر است. این ماده ساختار کریستالی سلول واحد اورتورومبیک با پارامترهاي شبکه a=11.510 Å , b=3.563 Å , c=4.369 Å دارد.[2]لایه نازك V2O5 با استفاده از روشهاي لایه نشانی مختلفیشامل پراکنش RF، پراکنش مگنترون dc، لایه نشانی به روشتبخیري، روش سل-ژل و لایه نشانی به روش لیزر پالسی تهیه شده اند.
اگرچه روشهایی نیز با هزینه نسبتا کمتر و قابل استفاده در سطوح بیشتر مانند روش اسپري پایرولیزز براي تهیه این لایه نازكها بکار می روند.[3]در این آزمایش ها سنتز لایه نازك هاي V2O5 به روشاسپري پایرولیزز در دماهاي متفاوت با غلظت ثابت از محلولو نرخ شارش ثابت انجام گردید. تاثیر دماي لایهروينشانیمشخصه هاي اپتیکی و ساختاري این لایه نازك ها گزارش شدهاست.
در این تحقیقات از پودر VCl3 براي لایه نشانی استفاده شد.0/05 مولار از این ماده با 40CC آب مقطر دوبارتقطیر ترکیب گردید و پس از استیر روي زیرلایه هاي سودالایم که با آب مقطر و محلول شوینده جوشانده و سپس با اسید نیتریک و استون تمیز شده بودند در دماهاي مختلف نشانده شدند. لایه هاي نازك درشرایط ثابت لایه نشانی - غلظت ماده اولیه: 0/05 مولار، نرخشارش: - 14 lit/minو در دماهاي متفاوت تهیه گردیدند.
شفافیتاین لایه ها با دستگاه UV Spectrophotometer تعیین گردید. همچنین ساختار لایه هاي نازك تهیه شده با استفاده از روشXRD مشخص شدند.ابتدا نرخ شارش 14 لیتر بر دقیقه انتخاب گردید. پیش ماده باغلظت 0/05 مولار در40CC آب مقطر دوبار تقطیر حل گردید و دماي لایه نشانی 200 در نظر گرفته شد.لایه هاي تهیه شده در این دما بصورت جامد و کریستالی در نیامدند بلکه محلول ماده اولیه بصورت مایع روي زیر لایه نشست.سپس در شرایط غلظت ماده اولیه و نرخ شارش یکسان لایه نشانی،شد،دما 250 تعیینلایه هاي تهیه شده در این دما چسبندگی خوبی به زیرلایه نداشتند و در بعضی نقاط مایع بودند که با گذشت زمان بصورت جامد در آمدند. با توجه به شکل 1 ملاحظه می شود که جهت گیري در راستاي - 001 - که نشانگر پنتاکسید وانادیوم است وجود ندارد.
روش آزمایش
لایه نشانی در شرایط مشابه و در دماي 300 انجام گردیدکه لایه هاي تشکیل شده در این دما ساختار تقریبا آمورف دارند.مطابق شکل .2سپس دما 350 تعیین گردید و لایه نشانی در شرایط مشابه
انجام گردید. طرح پراش اشعه ایکس در این دما نشان می داد که جهتگیري لایه نازك بدست آمده، در راستاي - 001 - که مشخصه پنتاکسید وانادیوم است [5],[4]، ترجیحیشکل شده است. مطابق .3دماي سپس لایه نشانی در دماهاي 400، 450، 500و550 در شرایط لایه نشانی مشابه قبللایهانجام گردید. ساختارنازك ها توسط طرح پراش اشعه ایکس و طیف شفافیت آنها توسط دستگاه UV-spectrophotometer بدست آمد.
نتیجه گیري
مطالعه طرح پراش اشعه ایکس نشان داد که جهتگیري درراستاي - 001 - بلندترین پیک را در ایندماي 400 دارد کهمعلوم می کند که ساختار بهتري در این دما شکل گرفته است. دردماهاي 450 و 500 نیز پیک - 001 - مشاهده شد، ولی به این دلیل که این پیک در دماي 400 بسیار شارپ است، در نمودارمقایسه اي، در دماهاي بالاتر از 400 این پیک دیده نمی شود.شکل 4 مقایسه اي بین دماهاي متفاوتمی لایه نشانی را نشان دهد.دپیک - 001 - 550 مشاهده نشد، شکل .5با مشاهده نمودار طیف درصد شفافیت برحسب طول موج معلوم می گردد که لایه نازك هاي تهیه شده در دماي 450بهترین درصد شفافیت را دارند که لایه هایی به رنگ قهوه ايکمرنگ مایل به زرد بودند و کمترین شفافیت مربوط به لایه نازك هاي تهیه شده در دماي 350 است که لایه هایی به رنگ قهوهاي متمایل به شکلسیاه بودند.
