بخشی از مقاله
چکیده - در این کار ابتدا سه لایهای WO3/Cu/WO3 - WCW - طراحی و ضخامتهای بهینه لایهها برای رسیدن به مقاومت سطحی پایین و شفافیت اپتیکی بالا در ناحیه مرئی محاسبه شد که ضخامتهای بهینه به صورت air/WO3 - 42nm - /Cu - 12nm - /WO3 - 46nm - /glass به-دست آمد. سپس سه لایهایهای WCW با ضخامتهای بهینه محاسبه شده روی زیر لایههای شیشهای با روش تبخیر حرارتی انباشت شدند.
بعد از لایهنشانی، نمونهها در هوا در دماهای 80، 150 و 220 درجه سانتیگراد بازپخت شدند و تأثیر بازپخت در دماهای مختلف بر روی مقاومت سطحی و عبور اپتیکی در ناحیه مرئی بررسی شد. در نهایت سه لایهای WCW با مقاومت سطحی - 7 - / و تراگسیل در ناحیه مرئی %77 و فاکتور شایستگی 1/6 - mΩ-1 - .برای بازپخت 150 درجه سانتیگراد بهدست آمد.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر طراحی و ساخت پوششهای رسانای شفاف تکلایهای و چندلایهای بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته است. این ساختارها همزمان دارای رسانندگی الکتریکی بالا و شفافیت بالای اپتیکی در ناحیه مرئی هستند. از ویژگیهای الکتریکی و اپتیکی این پوششها به طور وسیعی در الکترودهای شفاف قطعات اپتوالکترونیک، آینههای بازتاب دهنده گرما، دیودهای نورگسیل و سلولهای فتوولتاییک استفاده میشود.[1] متداولترین الکترود شفاف مورد استفاده در این ادوات طی سالیان گذشته، اکسید ایندیوم آلاییده شده با قلع - ITO - است که خواص منحصر به فرد الکتریکی و اپتیکی دارا میباشد.
اما به دلیل معایبی مانند گران بودن، پرهزینه بودن فرآیند ساخت و خاصیت شکنندگی آن، وجود یک ماده جایگزین با خواص اپتیکی و عملکرد الکتریکی همانندِ ITO، لازم و ضروری است.[2] از مهمترین ساختارهای جایگزین ITO ، سیستمهای چند لایهای دیالکتریک/فلز/دی الکتریک - DMD - هستند. در این ساختارها با انتخاب مناسب مواد دیالکتریک و فلزی و همچنین کنترل ضخامتهای هر کدام، میتوان رسانش الکتریکی، میزان عبور و بازتاب برای محدودهی طول موجی موردنظر را تنظیم نمود 11]،10،7،.[5
بنابراین با محاسبه ماتریس مشخصه هر لایه و ضرب آنها مطابق رابطه1 و محاسبهB و C ، طبق روابط 4 و 5 ضریب عبور و بازتاب چند لایهای را در بازههای طول موجی دلخواه میتوان محاسبه نمود. از طرفی، بطور همزمان مقاومت سطحی سیستم چندلایهای برای ارزیابی عملکرد الکترودهای رسانای شفاف و جهت کاربرد در قطعات اپتوالکترونیک، فاکتور مهمی است.
مقاومت سطحی این پوششها، از معادله زیر قابل محاسبه است :[4 که در آن R بازتاب در ناحیه فروسرخ، Rsh مقاومت سطحی و Z0= 377 امپدانس فضای آزاد است. این رابطه نشان میدهد که بازتاب در ناحیه فروسرخ به تراکم الکترون در این لایهها بستگی دارد. بازتاب در طول موج 1700 nm میتواند بهعنوان معیاری برای بازتاب در ناحیه فروسرخ بهکار رود.[5] ضریب شایستگی - FTC - شاخص مهمی است که رابطه بین خواص الکتریکی و اپتیکی پوششهای رسانای شفاف را نشان میدهد.
T - λ - طیف تراگسیل ساختار چند لایهای و - f - بازدهی درخشش چشم انسان است.[7] بنابراین میتوان با داشتن ثابتهای اپتیکی لایهها و محاسبه ضرایب عبور و بازتاب، ضخامت بهینه هر لایه برای داشتن مقاومت سطحی پایین و شفافیت اپتیکی بالا بطور همزمان را به دست آورد. در این مقاله، از اکسید تنگستن - - WO3 به عنوان لایه دی-الکتریک بهدلیل ضریب شکست بالاو شفافیت خوب در ناحیه مرئی و در بین فلزات مختلف، مس بهدلیل بالا بودن رسانندگی الکتریکی و همچنین ارزان بودن بهعنوان لایه فلزی استفاده شده است.
-3 تجربی
سیستم سهلایهای با ضخامتهای بهینه محاسبه شده با دستگاه لایهنشانی تبخیر حرارتی در خلأ روی بسترههای شیشهای لایهنشانی شد. بسترههای شیشهای در آب و صابون، استون و اتانول بهصورت پیدرپی و در هر کدام از این مواد بهمدت ده دقیقه در دستگاه آلتراسونیک تمیز و در نهایت با آب مقطر شستشو و با گاز نیتروژن بطور کامل خشک شدند. برای اندازهگیری ضخامت لایهها از یک دستگاه ضخامتسنج بلور کوارتز استفاده شده است که در هر لحظه میتواند ضخامت لایه و آهنگ انباشت را در حین لایهنشانی بر روی صفحه نمایشگر نشان دهد.
پودر اکسید تنگستن و فلز مس - با خلوص 99/99 درصد - در بوتههای تنگستنی قرار داده شدند و پس از تخلیه چنبره لایهنشانی تا فشار 2×10-4 میلی بار و با اعمال جریان به بوتهها، لایه-نشانی با 0/1nm/sصورت گرفت. پس از لایهنشانی، نمونهها در دماهای متفاوت 80، 150 و 220 درجه سانتیگراد در آون بازپخت شدند. مقاومت سطحی سیستم چند لایه با دستگاه گمانه چهارنقطه، طیف تراگسیل لایهها با یک اسپکتروفتومتر دوپرتویی اندازهگیری شد.
-4 نتایج و بحث
طیف تراگسیل نمونهی بدون بازپخت و بازپخت شده در دماهای مختلف در شکل 3 آورده شده است. همانطور که مشخص است با بازپخت شفافیت در ناحیه مرئی افزایش در مرحله بعد با در نظر گرفتن f=1/1 ضخامت مناسب برای لایه فلزی محاسبه میشود. در شکل 2 ضریب شایستگی به عنوان تابعی از d1 و d2 و با در نظر گرفتنf=1/1 رسم شده است.
