بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به کاربرد روزافزون لایه هاي نازك TCO در زمینه هاي گوناگون اپتوالکتریکی، تعیین ویژگی هاي اپتیکی لایه ها پیش از تهیه آنها، می تواند جالب باشد. در این مقاله با یک توضیح در باره تئوري درود و نحوه بدست آوردن ثابتهاي اپتیکی از پارامترهاي الکتریکی لایه، به شبیه سازي طیف عبور و بازتاب و جذب با استفاده از این تئوري می پردازیم. اهمیت پارامترهاي الکتریکی در تعیین و پیشگویی تابع دي الکتریک مختلط، ضریب شکست، ضریب خاموشی و شفافیت اپتیکی بر اساس تئوري درود، به صورت محاسباتی وشبیه سازي تئوري نشان داده شده است. در نهایت نمونه طیف عبور لایه هايITO وZTO ، شبیه سازي و با طیفهاي تجربی مقایسه شده اند.
مقدمه
لایه هاي شفاف اکسید رسانا - TCO - ، اکسیدهاي رسانایی می باشند که، داراي شفافیت اپتیکی بالا در ناحیه مرئی، بازتاب بالا در ناحیهIR و رسانندگی الکتریکی بالا در حدود رسانندگی فلزي می باشند.[1] اینگونه لایه ها کاربردهاي فراوانی در صنایع اپتوالکترونیک و بویژه به عنوان الکترودهاي شفاف دارند .[2] روشهاي گوناگونی براي تهیه این گونه لایه ها وجود دارد. هر چند شرایط لایه نشانی در ویژگی هاي اپتوالکتریکی لایه تهیه شده تاثیر می گذارند، در این مقاله به روش تجربی و جزئیات تهیه لایه نپرداخته ایم و تنها لایه هاي آماده با خصوصیات بهینه مورد نظر - شفافیت بالا در حدود %80 و مقاومت ویژه پایین در حدود - 10−2 −10−4 Ωcm را مورد بررسی قرار می دهیم.
تئوري درود
مدل درود که در اصل براي فلزات ایجاد شده است، می تواند براي پیشگویی و تخمین خواص اپتیکی لایه هاي TCO با استفاده از خواص الکتریکی، استفاده شود.[6] مطابق نظریه درود وقتی اتمهاي یک عنصر فلزي با هم تشکیل یک فلز را می دهند، الکترونهاي ظرفیت جدا شده، آزادانه حرکت می کنند. در صورتی که یونهاي فلزي دست نخورده باقی مانده و نقش ذرات مثبت غیر متحرك را بازي می کنند. الکترونهاي والانس می توانند از اتمهاي اصلی دور شوند و الکترونهاي رسانش نامیده می شوند .[7]
شبیه سازي و بررسی مدل سازي طیفهاي اپتیکی
ارتباط پارامترهاي الکتریکی و خصوصیات اپتیکی این لایه ها این امکان را فراهم می سازد تا با داشتن پارامترهاي الکتریکی لایه تابع دي الکتریک مختلط و از روي آنها ثابتهاي اپتیکی لایه را بدست بیاوریم. شکل 1 ثابتهاي n و k را براي یک لایه ITO با موبیلیتی 15 cm2 V .s و چگالی حامل2.5 × 1020 cm−3 را بر حسب طول موج نشان می دهد. منحنی خط مربوط به n و منحنی خط نقطه چین مربوط به k - ضریب خاموشی - لایه است. مطابق با یافته هاي تجربی در ناحیه مرئی، n در حدود2 و k مقدار بسیار کمتر از واحد دارد.
لایههاي نازك
حالت انعکاسی به ناحیه شفاف، یک ناحیه جذبی را داریم. که در یک محدوده فرکانسی 1τ 〈ω〈ωp یعنی در فرکانسهاي بین فرکانس واهلش، که به موبیلیتی لایه بستگی دارد، و فرکانس پلاسما قرار دارد. تا کنون گذارهاي باند به باند را در نظر نگرفتیم. در حقیقت یک منحنی جذب نمونه در طول موجهاي پایین افزایش شدیدي از خود نشان می دهد با در نظر گرفتن آثار باند گاف که باعث جذب الکترونهاي آزاد در لایه می گردد، طیف عبور اپتیکی لایه ITO با مشخصات مشابه با شکل 1را به صورت شکل 3 خواهیم داشت.
همانطور که در شکل 3 دیده می شود طیف عبور در ناحیه مرئی ارتعاشاتی دارد که ناشی از اثر تداخلی بازتابش هاي متوالی از سطح لایه و زیر لایه می باشد. همچنین براي قیاس و مشاهده دقت عمل این مدل سازي طیفهاي اپتیکی تجربی[9] یک لایه ZTO با پارامترهاي الکتریکی معین و منحنی هاي شبیه سازي شده در یک شکل نمایش داده شده اند. شکل4 به وضوح اعتبار روش به کار برده شده را نشان می دهد. مشخصات طیفهاي تجربی داخل شکل است و منحنی خط نقطه چین T شبیه سازي شده، نقطه چین R و خط چین A می باشد.
