بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک حسگر نور ماورابنفش مبتنی بر نانوذرات اکسیدروی آلاییده با آنتیموان ساخته شده است. الگوهای حاصل از و FESEM و XRD به خوبی بیانگر آنست که ساختارهای بدست آمده در فاز ششگوش وورتسایت میباشند و عاری از هرگونه ناخالصی هستند. در طی بررسی خاصیت رسانایی نوری افزارهی مبتنی بر نانوذرات آلاییده شده، مشخص گردید که با افزودن ناخالصی آنتیموان، نسبت Ion/Ioff افزاره افزایش می یابد. اندازه گیری جریان نوری در حالت گذرا نیز بیانگر آنست که جریان در معرض روشنایی بسیار بیشتر از جریان در حالت تاریکی است.
کلمات کلیدی:اکسید روی ، آنتیموان ، حسگر نور ماورابنفش.
-1 مقدمه
نیمه رساناهاازپرکاربردترین مواددرفناوری نانوهستند.دراین میان اکسیدروی، نیم رسانای ترکیبی II-VIکاربردهای متنوع ووسیعی ازجمله ابزارهای اپتوالکترونیکی،پیزوالکتریکی گسیلنده های نوری ولیزرهای فرابنفش تاآبی دارد.اکسیدروی به سبب گاف انرژی زیاد - حدود3/23eVدردمای اتاق - وانرژی اکسایتونی بالا - حدود60mevدردمای اتاق - یک ماده عالی برای ساخت وسایل اپتیکی که بانور ماورای بنفش وآبی کارمی کننداست.درگذشته گالیم نیترید - - GaNوموادباپایه آن،این بازه طول موج رادراختیارداشتند، ولی اکسیدروی باخصوصیات بهتروارداین ناحیه شده وامروزه بیش ترازگالیم نیتریدمورداستفاده قرارمی گیرد.
در سالیان اخیر مطالعات گستردهای بر روی اکسید روی که یک نیمهرسانا با گاف انرژی بزرگ است انجام گردیده که منجر به تولید نانو ساختارهای گوناگون شده است. نانو ساختارهای اکسید روی دارای ویژگیهای الکتریکی و نوری منحصر به فردی از جمله تنوع در رسانایی الکتریکی، شفافیت بالا، پیزوالکتریسیته، انرژی شکاف باند بزرگ، خاصیت فرومغناطیسی در دمای اتاق و حساسیت شیمیایی بالا میباشند. این خواص منجر به تولید افزارههای نوری و الکترونیکی گوناگون از نانو ساختارهای اکسید روی شدهاند .[1-2] یکی از روشهای تغییر خواص نوری و الکتریکی یک نیمهرسانا، آلایش آن با ناخالصیهای مختلف است. از اینرو این تحقیق برآنست که به ساخت یک حسگر نوری ماورا بنفش با استفاده از نانو ساختارهای اکسید روی با آنتیموان بپردازد.
-2 مواد و روش ساخت
روش مورد استفاده در این تحقیق، روش سل-ژل می باشد. به همین منظور مواد اولیه مورد استفاده عبارتند از: پودر نیترات روی، پودر نیترات آنتیموان، ژلاتین و آب دوبار یونیزه شده. برای تهیه نانوساختارهای اکسید روی آلاییده با آنتیموان، ابتدا ژلاتین را در دمای 60C ، آرام آرام به بشر حاوی آب مقطر مستقر کریستالیزور حاوی روغن سیلیکون اضافه کرده و این محلول حدود 1 ساعت هم زده شد، زمانی که دما نزدیک به 80C رسید، نیترات روی و نیترات آنتیموان را به این ظرف اضافه می کنیم و دما در 80C ثابت نگه داشته می شود، تا بعد از گذشت چند ساعت یک ژل کاراملی رنگ به دست می آید. سپس این ژل در کوره، به مدت 5 ساعت در دمای 550C حرارت یافت.
در انتهای این فرآیند، تا پودری بسیار نرم تشکیل گردید. سپس نمونههای بدستآمده توسط دستگاههای شناسایی مختلفی مانند میکروسکوپ الکترونی عبوری - TEM - و الگوی پراش اشعه ایکس - XRD - و فوتولمینسانس مورد مطالعه قرار گرفتند. ساختار کریستالی نانو ساختارهای اکسید روی حاصله توسط آنالیز پراش پرتو ایکس - XRD, Phillips PW3040/60 - که دارای آندی مسی و طول موج تحریک 1.5406 Å بود، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت. ساختار نانو ساختارهای اکسید روی حاصله توسط میکروسکوپ گسیل میدانی الکترونی روبشی - FESEM - دانشگاه تهران - FESEM, Hitachi S4160 - مورد مطالعه و بررسی قرار گرفت.
-3 مشخصه یابی
طیف XRD نانو ساختارهای اکسید روی خالص و آلاییده با آنتیموان در شکل 1، به تصویر کشیده شده است. پیکهای پراشی حاصله کاملاً با موقعیت پیک اکسید روی تودهای مطابقت دارند و هیچگونه پیک اضافی مربوط به هر گونه ناخالصی دیگر مشاهده نشد. پهنای پیک نمونه های آلاییده شده با آنتیموان نسبت به نمونه خالص،حاکی از افزایش اندازه نانوساختارهای اکسیدروی در طی آلایش با آنتیموان است.تصویر حاصل از عکسبرداری FESEM نانوساختارهای خالص و آلاییده شده با آنتیموان در شکل 2 نشان داده شده است. این تصاویر نشان می دهند که اندازه نانوساختارهای آلاییده شده در طی فرآیند آلایش با آنتیموان نسبت به نمونه خالص افزایش یافته است، این نتیجه با نتیجه حاصل از XRD همپوشانی دارد.
-4 نتیجهگیری
در همین راستا ابتدا باید نانوپودرهای حاصله بر روی بسترهای شفاف شیشه ای لایه نشانی گردند. یکی از راههای کم هزینه و بسیار ساده ترکیب نانوپودرهای حاصله با چیتوسان - نوعی پلیمر رسانا- است. در این روش مقدار 0,01 گرم از هر نانوپودر را با مقدار 0,4 سی سی از محلول چیتوسان رقیق شده با سدیم هیدروکسید و آب دوبار یونیزه شده - 0,5 wt%/v - ترکیب کرده، سپس به مدت 8 دقیقه درون حمام التراسونیک قرار می گیرد تا خوب ترکیب شوند، سپس بر روی بسترهای شیشه ای شفاف ریخته می شوند. در انتها نیز بر روی آنها الکترودگذاری می گردد.[3] سپس جریان تمامی نمونه های لایه نشانی شده تحت فرآیند سویئچنگ تابشی یک منبع نور مرئی با شدت تابش - mW cm-2 - 100 و در ولتاژ تحریک 2 ولت اندازه گیری گردید.
شکل 3، منحنی جریان نوری حسگرنوری ماورا بنفش حاصله را تحت شدت ثابت را نشان می دهد. همانگونه که مشاهده می گردد حساسیت %39,7 در نمونهی آلاییده شده با آنتیموان نسبت به نمونهی خالص افزایش یافته است.نانو سیمهای اکسید روی خالص و آلاییده شده با لیتیم به منظور حصول نوع p نانو ساختارهای اکسید روی مورد تحقیق قرار گرفته است. تصاویر FESEM و الگوهای حاصل از XRD به خوبی بیانگر آنست که ساختارهای بدست آمده در فاز ششگوش وورتسایت میباشند و عاری از هرگونه ناخالصی هستندبا افزودن ناخالصی آنتیموان، نسبت Ion/Ioff افزاره افزایش می یابد. اندازه گیری جریان نوری در حالت گذرا نیز بیانگر آنست که جریان در معرض روشنایی بسیار بیشتر از جریان در حالت تاریکی است.
-5 تقدیر و تشکر
در پایان جا دارد که از آزمایشگاه بهینه سازی و ساخت تجهیزات آزمایشگاهی نوین، شرکت الماس نگار فروزان بخاطر فراهم آوری امکانات دستگاهی انجام آزمایش، قدردانی گردد.
