بخشی از مقاله
چکیده - یکی از روشهای موثر ساخت تک لایه ضد بازتاب، سونش شیمیایی به کمک فلز - MACE - در دمای محیط است. نانو ساختار- های سیلیکونی با لایهنشانی نانو ذرات نقره به روش غوطه وری در بازههای زمانی متفاوت و زمان سونش مختلف بر روی زیر لایه سیلیکون ساخته شدهاند. بازتاب سطح متخلخل سیلیکون با زمان لایه نشانی 40 ثانیه و مدت زمان سونش 5 ساعت، در بازه طیفی 5000؛400 نانومتر به کمتر از %2/1 رسیده است. بنابراین میتوان با هزینه کم و بدون تجهیزات پیشرفته در دمای محیط، به ساختار تک لایه ضدبازتاب در پهنای طیفی وسیع دست یافت، که در بسیاری از سامانههای اپتیکی و یاختههای خورشیدی برای افزایش بازده و کارایی کاربرد دارد.
-1 مقدمه
در بسیاری از سامانههای اپتیک، بازتاب از سطوح المانها باعث کاهش کارایی سامانه میشود. برای مثال یاختههای خورشیدی برای افزایش بازده و بهینه نمودن کارایی به سطوحی با حداقل بازتاب نیازمند هستند تا بتوانند حداکثر فوتونهای نور فرودی را جذب و به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. معمولا برای کاهش بازتاب از لایه ضدبازتاب استفاده میکنند. برای افزایش پهنای باند میتوان از چند لایه استفاده نمود، که عملکرد آنها بر اساس لایههای چارک موج است، ولی بهترین عملکرد لایههای ضدبازتاب، تنها برای زاویه فرود و قطبش خاص و همچنین پهنای طیفی محدود رخ می دهد2]و.[1 در سالهای اخیر به کمک آرایههای نانو ساختار توانستند تک لایه ضدبازتاب متخلخل در پهنای طیف وسیع، با زاویه فرود زیاد و مستقل از قطبش نور فرودی را جایگزین لایههای ضدبازتاب معمولی کنند.
[3] تکنیکهای مختلفی مانند: سونش با یونهای فعال - 1 - RIE ، لیتوگرافی تداخلی و لیتوگرافی کلوئیدی برای تولید نانو ساختارهای ضدبازتاب وجود دارد، اغلب آنها نیازمند تجهیزات گران قیمت و عملکرد پیچیده است که آنها را برای کار در صنعت نامطلوب میکند5] و.[4 در مقابل، روش سونش شیمیایی به کمک فلز 2 - MACE - یک روش اقتصادی و کارآمد برای تولید صنعتی تک لایه متخلخل است. همچنین بر خلاف آرایههای نانوسیم از ساختارهای سوزنی شکل تشکیل نشده و شکننده نیستند، بنابراین در محیطهای سخت و خشن فشار بیشتری را تحمل می-کنند و طول عمر بیشتری خواهند داشت.
[6] در این روش می توان خود زیر لایه را متخلخل نمود که مناسب-تر از یک لایه تخلخل اضافی است، زیرا مشخصات ضریب شکست آن در تمام بازه طول موجی با زیر لایه یکسان است و بنابراین لایه ضدبازتاب میتواند بسیار پهن باند باشد. همچنین مشخصات گرمایی و مکانیکی لایه ضدبازتاب و زیر لایه تقریبا یکسان خواهد بود.[7] این روش شامل دو مرحله است : رسوب نانو ذرات فلزی و سونش شیمیایی. در مرحله رسوب فلز از نانو ذرات نقره که به عنوان کاتالیست روی سطح سیلیکون عمل میکنند استفاده میشود و در مرحله سونش شیمیایی، سیلیکون در معرض آب اکسیژنه اکسید می شود و توسط HF خوردگی صورت می گیرد.
-2 روش ساخت نمونه
در این تحقیق از ویفر سیلیکون نوع n با جهتگیری <100> استفاده شده است. ابتدا ویفرهای سیلیکون در استون تمیز شده و چندین بار با آب مقطر شسته شدند. نمونهها در محلول لایهنشانی نقره که حاوی نمک - 0/005 M - AgNO3 و اسید - 4/6M - HF است به مدت زمان 20، 30، 40 و 50 ثانیه غوطهور شده و سپس در محلول سونش حاوی - 0/44 M - H2O2 و - 4/6M - HF به مدت زمان 0/5، 1، 2 و 5 ساعت، در دمای اتاق شناور شدند، سپس در محلول رقیق اسید نیتیرک و آب اکسیژنه به نسبت حجمی 1:1 قرار گرفتند تا نقره اضافی روی سطح زدوده شود. در نهایت نمونهها با آب مقطر شسته و خشک شدند. ساختار نمونهها با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی 3 - SEM - و همچنین طیف بازتاب آنها در بازه 400-2500 نانومتر توسط دستگاه UV-VIS spectrophotometer و در بازه 2500-5000 نانومتر توسط دستگاه FTIR spectrophotometer اندازه گیری شده است.
زمان لایهنشانی نانو ذرات نقره و زمان سونش سیلیکون تاثیر مستقیم در ابعاد و عمق نانو حفرههای ایجاد شده دارند . با افزایش زمان سونش ،عمق نانو حفرهها افزایش مییابد که تاثیر مستقیم در مقدار بازتاب از سطح دارد. هر چه عمق نانو حفرهها بیشتر باشد، ضریب شکست به تدریج افزایش مییابد که باعث کاهش بیشتر بازتاب می شود. با توجه به جدول شماره1و شکل شماره 3، افزایش زمان سونش در شرایط یکسان منجر به کاهش قابل توجه مقدار بازتاب در بازه طیفی 400-5000 نانومتر شده است.
