بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، رشد ذرات دی سولفید مولیبدن به روش رسوب بخار شیمیایی گرمایی بر روی زیر لایه کوارتز انجام گرفت. در این فرآیند پیش ماده های اکسید مولیبدن - MoO3 - و گوگرد - S - مورد استفاده قرار گرفت. رشد لایه های دی سولفید مولیبدن در دو دمای 775 C و 830 C به مدت 60 دقیقه صورت گرفت. همچنین به منظور بررسی اثر زمان رشد، در دمای 830 C رشد لایه های مذکور در دو زمان 60 و 180 دقیقه مورد مطالعه قرار گرفت.
جهت بررسی خواص نوری، ساختار بلوری، ساختار لایه ای دی سولفید مولیبدن و مورفولوژی سطح، به ترتیب از آنالیز های طیف سنجی نور مرئی-فرابنفش، پراش اشعه ایکس، طیف سنجی رامان و میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شده است. نتایج نشان داد لایه های به دست آمده شامل اکسید مولیبدن - - MoO2 و دی سولفید مولیبدن می باشند. افزایش دما تاثیر چشمگری در نسبت تولید MoO2 و MoS2 در لایه های رشد یافته، داشته است و همچنین با افزایش زمان رشد این ساختار ها تغییر نموده است.
مقدمه
فلزات واسطه دیچالکید - TMD - ، نیمرساناهایی با استوکیومتری ;02 هستند، که 0 یک فلز واسطه مانند مولیبدن و ; یک اتم چالکید مانند گوگرد است . [1] این ترکیب شامل یک لایه از اتم های مولیبدن است که بین دو لایه از اتم های گوگرد فشرده شده و بین آن ها پیوند ضعیف واندروالس وجود دارد. پیوند ضعیف واندروالسی میان لایه ها باعث انطباق پذیری مناسب این ماده با زیر لایه های مختلف می شود . [2] به دلیل خصوصیات دی سولفید مولیبدن، این ماده دارای گستره ی وسیعی از کاربردهایی از جمله کاتالیست [3]، ذخیره سازی هیدروژن [4] ، باطری های لیتیومی [5] و سلول های خورشیدی [6] می باشد.
دی سولفید مولیبدن به علت دارا بودن گاف انرژی مستقیم1/8 eV در تک لایه و گاف انرژی غیر مستقیم 1/2 eV در حجم، نسبت به گرافن که دارای گاف انرژی صفر است، تغییرات اساسی را در دستگاه های فوتونیکی و الکترونیکی به وجود آورده است 7]و. [8 روش های متنوعی به منظور رشد دی سولفید مولیبدن وجود دارد از آن جمله می توان به روش های کند و پاش، لایه برداری و لایه نشانی رسوب بخار شیمیایی گرمایی اشاره کرد در بین این روش ها، روش لایه نشانی رسوب بخار شیمیایی گرمایی روشی آسان، سریع و قابل کنترل است. در این پژوهش به منظور رشد لایه دی سولفید مولیبدن از روش رسوب بخار شیمیایی گرمایی با استفاده از پیش ماده های اکسید مولیبدن - MoO3 - و گوگرد استفاده گردید. میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ، طیف سنجی رامان - Raman - ، پراش اشعه ایکس - XRD - و طیف سنجی نور مرئی-فرابنفش - UV-visible - جهت بررسی لایه های رشد یافته، به کار رفتند.
روشهای آزمایشی
لایه های دی سولفید مولیبدن به روش رسوب بخار شیمیایی گرمایی و با استفاده از پیش ماده های اکسید مولیبدن - 50 میلی گرم - و گوگرد 500 - میلی گرم - در محیط گاز آرگون با نرخ 200 Sccm رشد یافتند. با توجه به شکل 1، پودر گوگرد در ابتدای لوله کوارتز که حرارت کمتری به آن اعمال می شود قرار گرفت و پودر اکسید مولیبدن در وسط لوله یعنی بیشینه حرارت، قرار گرفت به گونه ای که گوگرد که دمای تصعید آن پایین است تا قبل از واکنش پذیری مولیبدن با آن از کوره خارج نشود.
جهت رشد لایه دی اکسید مولیبدن، زیر لایه کوارتز در بالای پودر اکسید مولیبدن قرار داده شد و این فرآیند در دماهای 775 C و 830 C به مدت 60 دقیقه و در دمای 830 C به مدت 180 دقیقه انجام گردید. لایه های به دست آمده طی فرآیندهایی شامل دما 775 C به مدت 60 دقیقه - نمونه - 1، دمای C 830 به مدت 60 دقیقه - نمونه - 2 و دمای 830 C به مدت 180 دقیقه - نمونه - 3 می باشند. لایه های مذکور به دست آمده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی - مدل - XL30، طیف سنجی رامان - مدل - Avantes ، پراش اشعه ایکس - مدل - ;ʼ3HUW 352 03 و طیف سنجی نور مرئی-فرابنفش - مدل - 2000 stellarNet EEP- مورد بررسی و مطالعه قرار گرفتند.
نتایج و بحث
برای مشاهده مورفولوژی سطح لایه های به دست آمده از آنالیز میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شده است. تصاویر نمایش داده شده در شکل 2a، 2b و 2c تصاویر SEM مربوط به نمونه 1، 2 و 3 می باشند. در شکل 2a ذراتی با ساختار گوشه ای دیده می شود که مربوط به دما 775 C به مدت 60 دقیقه می باشد. با افزایش دما و همچنین افزایش زمان رشد همان طور که در شکل 2b و 2c مشاهده می شود، ساختار ذرات، تفاوت چشمگیری پیدا کرده است. به منظور بررسی های بیشتر برای شناسایی ساختارهای فوق از XRD بهره گرفته شد که طیف های مربوطه در شکل 3 نشان داده شده است.
قله هایی در 2 =18/44 و 2 =37/769 در سه طیف شکل 3 وجود دارند که نشانگر ذرات اکسید مولیبدن - MoO2 - می باشند. دو طیف b و c دارای قله ی اصلی در 2 =14/125 می باشد که معرف دی سولفید مولیبدن است. همچنین قله ای در 2 = 21/9167 وجود دارد که مربوط به زیر لایه کوارتز مورد استفاده می باشد. در طیف a - نمونه - 1 ساختار دی سولفید مولیبدن تشکیل نشده است و قله های اصلی تنها نشانگر اکسید مولیبدن می باشند. در طیف b - نمونه - 2 با افزایش دما، دی سولفید مولیبدن و اکسید مولیبدن رشد یافته است که نسبت دی سولفید مولیبدن بیشتر از اکسید مولیبدن شده است. در طیف c - نمونه - 3 با افزایش زمان رشد، هر دو نیز رشد یافته است اما نسبت دی سولفید مولیبدن به اکسید مولیبدن در مقایسه با نمونه 2 کمتر شده است.
