بخشی از مقاله
چکیده –
در این تحقیق به بررسی خواص فیزیکی سلول نوری، تهیه شده ازلایه نازک اکسید مس که بر روی زیرلایه ITO با استفاده از روش اکسایش حرارتی 450 ͦC - به مدت 5 ساعت - سنتز شده است پرداخته ایم. نمونه با استفاده از تصاویر FESEM و طیفسنجی های XRD و UV-Vis مورد مشخصه یابی قرار گرفت. دریافتیم سطح نمونه پوشیده از ستونهایی متخلخل متشکل از دانههایی کوچکتر از 30 nm است. طیف XRD حاکی از آن است که لایه دارای ساختار بسبلوری در فاز مونوکلینیک با جهتگیری ترجیحی - 111 - می باشد. پاسخ نوری این قطعه به لامپ LED قرمز - 620 nm - در حدود 3 درصد می باشد.
کلید واژه ها: اکسید مس، سلول نوری، لایه نازک، نانو-ستونها.
-1 مقدمه
اکسید مس - CuO - با ساختار مونوکلینیک از نیمرساناهای ذاتی نوع p با گاف نواری 1/2-2/1 eV، بشمار می آید .[1] به دلیل پوسته شدن لایه مس در طول عملیات حرارتی بر روی زیرلایه های دیگر می توان از یک لایه چسبنده مثل اکسید روی، اکسید قلع و یا اکسید مس استفاده کرد .[2] از این ماده - CuO - میتوان در قطعاتی همچون آشکارسازهای نوری، حسگر های گازی وغیره استفاده کرد .[3] آشکارسازها دستگاه های مهمی هستند که می توانند در سیستم های تصویربرداری حرارتی، ارتباطات و همچنین نظارت بر تحولات لایه اوزون مورد استفاده قرار گیرند .[4] اکسید مس از جمله اکسیدهای فلزی جالب توجه است که به دلیل گاف نواری کوچک می تواند برای آشکار سازی نورهای با طول موجهای بلند مورد استفاده قرار گیرد .[5] در این مقاله به بررسی خواص فیزیکی و اثر فوتورسانایی در یک لایه نازک اکسید مس که به روش اکسایش حرارتی بر روی زیرلایه ITO تجاری تهیه شده است می پردازیم.
-2 روش تهیه نمونهها
برای تهیه لایه نازک اکسید مس ابتدا زیرلایه ITO - تجاری - را در استون و اتانول، هر کدام به مدت 10 دقیقه قرار داده و با آب دو بار تقطیر شستشو و در پایان با پمپ هوا خشک شده اند. سپس بر روی این زیرلایه فیلمی نازک از جنس اکسید مس - به ضخامت - 100 nm به عنوان لایه میانی توسط دستگاه اسپاترینگ لایه نشانی کرده و برروی آن لایه مس با ضخامت 300 nm را توسط دستگاه تبخیر حرارتی لایه نشانی کرده ایم. در انتها نمونه در کوره ای با دمای C 450 به مدت 5 ساعت تحت عملیات اکسایش حرارتی قرار گرفته است .[2] تحلیل ساختاری نمونه مورد نظر توسط دستگاه پراش پرتو ایکس - XRD; Bruker AXS - با گسیل خط طیفی - c 5405/1 - CuK، و مورفولوژی سطح نمونه توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - FESEM Hitachi S.4160 - انجام پذیرفت. خواص اپتیکی لایه به کمک طیف بازتابی با استفاده از دستگاه طیفسنج نوری - Shimadzu UV-Vis.1800 - در بازه طول موج 1100nm-400 اندازه گیری شد. برای بررسی اثر فوتورسانایی، یک الکترود شانهای از جنس طلا توسط دستگاه کندوپاش بر روی نانوسیم های اکسید مس قرار داده شد .[5] در این تحقیق برای نورتابی، از لامپ LED با توان 10W به رنگ قرمز با طول موج nm 620 و پهنای طیفی 20 nm استفاده شده است.
-3 نتایج وبحث
1؛3 مورفولوژی سطح
2؛3 خواص ساختاری
الگوی پراش پرتو ایکس نمونه در شکل 2 نشان داده شده است. اگرچه تصویر ضمیمه در این شکل که مربوط به طیف XRD لایه اکسید میانی است و نشانگر تشکیل فاز Cu2O در راستای - 111 - در این لایه است، اما الگوی پراش در نمونه نهایی حاکی از حضور ساختار مونوکلینیک بس بلوری CuO به تنهایی با صفحه ترجیحی - 111 - واقع در زاویه ی 38/75 می باشد. این امر نشانگر آن است که لایه اکسید میانی نیز در ضمن عملیات حرارتی به فاز CuO تبدیل شده است. برای بررسی دقیق تر خواص ساختاری نمونه با توجه به قله اصلی پراش که مربوط به صفحات - 111 - است، مقدار وابسته به اندازه بلورک ها - D - ، با استفاده از رابطه شرر - cos - - D - 0.94 - که در آن: تمام پهنا در نیمه شدت بیشینه، D اندازه بلورک ها، زاویه براگ و طول موج پرتو ایکس مورد استفاده است. مقدار اندازه بلورک ها برابر 22/28 nm حاصل می آید.
3؛3 خواص اپتیکی
شکل 3 طیف عبور اپتیکی لایه مورد مطالعه بر روی زیرلایه ITO را نشان می دهد. با توجه به این طیف ها ملاحظه می شود که در ناحیه مرئی - 700 nm - 400 - نمونه از عبور نسبتا کمی برخوردار می باشد. تصویر ضمیمه میزان بازتاب نور از نمونه را نشان میدهد، به طوری که در ناحیه مرئی در حدود %20 می باشد. تصویر ضمیمه در شکل 4 داده های اندازه گیری شده جذب اپتیکی در این نمونه را بر حسب تابعی از طول موج نور فرودی نشان می دهد. با توجه با این که اکسید مس نیمرسانایی با گذارهای مستقیم بین نواری است به کمک می توان بزرگی گاف نواری اپتیکی مستقیم نمونه را با رسم نمودار تغییرات - h - 2 بر حسب hو برونیابی داده ها در گستره خطی در ناحیه انرژی بالا با محور افقی به ازای 0 تعیین کرد. شکل 4 جزئیات وابسته به این عملیات - معادله - 1 را نشان می دهد. این تحلیل حاکی از آن است که نمونه مورد بررسی دارای گاف نواری اپتیکی مستقیم برابر eV 1/66 است.
4؛3 بررسی اثر فوتورسانایی
به منظور بررسی اثر فوتورسانایی، در حالی که به دو سر الکترود های طلا ولتاژی برابر 1/5 V اعمال شده بود نمونه ساخته شده تحت تابش نور قرمز با توان الکتریکی ثابت mW 32 قرار گرفت. شکل 5 تغییرات جریان الکتریکی اندازه گیری شده بر حسب زمان در طی مراحل نور دهی و تاریکی را نشان می دهد.
