بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش دولایه ای دی سولفید مولیبدن/ دی اکسید سیلیکون به روش کندوپاش فرکانس رادیویی بر روی زیرلایه سیلیکونی لایه نشانی شد. به منظور لایه نشانی دی اکسید سیلیکون به ضخامت 300 نانومتر از هدف سیلیکون در محیط گاز اکسیژن در فشار 0,01 میلی بار استفاده گردید و سپس روی آن لایه دی سولفید مولیبدن با ضخامت های مختلف250، 650و 1100 نانومتر لایه نشانی شد. جهت بررسی ساختارها، مورفولوژی سطح و خواص نوری نمونه های تولید شده از پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی نور مرئی-فرابنفش به ترتیب استفاده گردید. نتایج نشان داد که دی سولفید مولیبدن به صورت نانو ساختارهای کرمی شکل روی سطح ظاهر شده و ضخامت لایه مورد نظر تاثیر چشمگیری بر گاف انرژی چه از لحاظ اندازه و چه از لحاظ نوع دارد به گونه ای که با افزایش ضخامت گاف انرژی کاهش یافته و به صورت غیر مستقیم در آمده است.
آزمایش
در این مطالعه زیرلایه سیلیکونی نوع p با جهتگیری - 1 1 1 - مورد استفاده قرار گرفته است . برای برداشتن لایه اکسیدی غیرفعالروی سطح آن، سیلیکون بعد از شستشو به مدت 2 دقیقه درون
اسید - %10 - HF قرار داده شد. برای لایه نشانی300nm دی اکسیدسیلیکون به عنوان بافر از هدف سیلیکون استفاده شده که به علتنیم رسانا بودن سیلیکون از روش کندوپاش RF استفاده شد - مدل DST3-A شرکت پوشش های نانو ساختار - . گاز مورد استفادهبرای تشکیل پلاسما گاز آرگون است و از گاز اکسیژن برای تشکیل لایه اکسیدی استفاده شد. به این صورت که فشار اولیه
دستگاه تا 10-3mbarپایین رفت و سپس با وارد کردن گاز آرگونو اکسیژن فشار به 10-2 mbarرسید.
قدرت اعمالی به هدف w 135 ، فلو گاز آرگون 30sccm و فلو گاز اکسیژن10 sccm است. لایه تشکیل شده برای تثبیت و یکنواخت شدن به مدت 2 ساعت در دمای 800 C در اتمسفر آرگون پخت گردید. برای بخش n، دی سولفید مولیبدن با ضخامت های مختلف250، 650و 1100 نانومتر به ترتیب با نام نمونه 1، 2و3 با روش کندوپاش RF روی Si/ SiO2 لایه نشانی شد. برای شناسایی ساختار حاصل از ابزارهای پراش اشعه ایکس XRD - مدل - X'Pert PRO MPD میکروسکوپ الکترونی روبشیSEM - مدل MIRA3 - TESCAN و طیف سنجی فرا بنفش- مرئی UV-Vis - مدل - StellarNet EEP-2000 استفاده شده است.
بحث و بررسی
شکل 1 الگوهای پراش اشعه ایکس مربوط به هدف دی سولفیدمولیبدن - الف - مورد استفاده در آزمایش و به صورت نوعی نمونه 1 - ب - را نشان می دهد. در الگوی پراش -1ب ، قله های زیرلایه سیلیکونی بسیار شدید بوده و برای دیده شدن قله های لایه نازکدی سولفید مولیبدن که کوتاه هستند به ناچار قسمتی از نمودارعمودی حذف شده است. همان طور که دیده می شود قله هاینمودار -1 - ب - مربوط به دی سولفید مولیبدن نمونه1 با ساختار هگزاگونال در زوایای14,40، 35,88، 39,57، 76,00 درجه قرار دارند که با قله های هدف مورد استفاده -1 - الف - نیز در تطابقهستند و با کارت استاندارد به شماره01-087-2416 برای MoS2همخوانی دارد. قله های SiO2 و Si به ترتیب با کارت هایاستاندارد 01-072-1601و 01-075-0590تطبیق دارند.
این تطابقبه معنی تشکیل ساختار های مورد نظر و حفظ استوکیومتری درحین لایه نشانی است. شکل 2 تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی سطح مقطع گرفته شده از نمونه ها است که ساختار درعمق نمونه و ضخامت لایه ها را نشان می دهد. تصاویر الف، ب وج به ترتیب نمونه های 1 ،2 و 3 هستند. همچنین ضخامت لایهدی اکسید سیلیکون بطور نوعی در قسمت ج نشان داده شده است.تصاویر گرفته شده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی - FESEM - از سطح رویی هر سه نمونه در شکل 3 آمده که ساختارهای کرم مانند را نشان می دهد. این ساختارهای شناختهشده شامل نانو صفحات MoS2 می باشند6]و.[8 از طرفی مشاهدهمی شود که مقدار ساختارهای کرمی شکل با افزایش ضخامت درحال افزایش است در حالی که مورفولوژی نمونه تغییر بارزیندارد.
از طرفی پیش بینی می شود که گاف انرژی از مقدار اولیه با افزایش ضخامت کاهش پیدا کند به طوری که با افزایش زمان لایه نشانی گاف انرژی به صورت غیرخطی کاهش می یابد .[7] شکل 4 نمودارهای طیف سنجی نور مرئی-فرا بنفش - UV-Vis - رابرای سه نمونه ی فوق با ضخامت های لایه 250 MoS2 ، 650 و1100 نانومتر نشان می دهد که با پیش بینی های بالا مطابقت دارد. با برون یابی و استفاده از روابط مت دیویس[9] معادلات - 1 - و - 2 - و با توجه به طیف های جذبی بدست آمده، گاف انرژیMoS2 برای لایه با ضخامت 250nm، 1/72 eV برای لایه با ضخامت 650nm، 1/59 eV و برای لایه با ضخامت 1100nm،1/40 eV می باشد. همانطور که دیده می شود گاف انرژی نمونه 1 به ساختارهای تک لایه MoS2 نزدیک است؛ همچنین به صورت
