بخشی از مقاله
چکیده -
در این تحقیق پوشش های هادی شفاف ترکیبی SnO2-ZnO به روش اسپری پایرولیزیز تهیه شده و نقش لایه ضدبازتاب MgF2 بر فرونشانی میزان بازتابش اپتیکی در ناحیه مرئی به طور تجربی بررسی شده است. برای بهینه سازی ضخامت هر لایه، شبیه سازی نیز انجام وضخامت های بهینه محاسبه شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که استفاده از لایه ضدبازتاب موجب بهبود میزان عبور اپتیکی نمونه ها در ناحیه مرئی و افزایش بازدهی TCO می شود.
-1 مقدمه
اکسیدهای رسانای شفاف - TCO - به علت داشتن شفافیت اپتیکی بالا و رسانندگی الکتریکی مطلوب کاربردهای گسترده ای در تکنولوژی دارد.از جمله کاربردهای این لایه ها عبارتند از: صفحات نمایشی، قطعات الکتروکرومیک، سلولهای خورشیدی، دیودهای گسیلنده نور، پوشش های ضدبازتاب و پوشش های آینه ای گرمایی شفاف برای ساختمان ها وماشین ها، زیرا این پوشش ها گرمای کمتری گسیل می کنند
این لایه ها به روش های گوناگونی تهیه می شوند . در سال های اخیر سیستم های ترکیبی سه تایی-سه تایی و دوتایی-دوتایی به عنوان TCOهای جدید گسترش پیدا کرده اند. اولین TCO جدید دوتایی-دوتایی درسال1994 توسط Minami et al با ترکیب SnO2-ZnO گزارش شد که نه تنها مزیت های لایه های ZnO بلکه مزیت های را نیز بهمراه داشت. بعد از آن نیز ترکیبات دوتایی-دوتایی دیگری گزارش شد. لایه های ترکیبی SnO2-ZnO برای تولید حسگرهای تشخیصی گازهای قابل احتراق و رطوبتی، بعنوان پوشش در فوتوالکتروشیمی و برای ساخت تماس های الکتریکی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند وبه همین علت مورد توجه محققین واقع شده اند
در این پروژه لایه های ترکیبی SnO2-ZnO به روش اسپری پایرولیزیز تهیه شده است. این روش به واسطه سادگی و هزینه کم دستگاه و ارزانی مواد خام نسبت به سایر روش های تهیه لایه های نازک ارجحیت دارد.
هدف از انجام این پروژه دستیابی به یک لایه ترکیبی هادی شفاف با کیفیت بالا است که در ناحیه مرئی شفافیت بسیار بالا و دارای هدایت الکتریکی بالا باشد. این مواد نیمه رسانا در هنگام برخورد نور مقداری انعکاس از خود نشان می دهند که بدین منظور می توان از پوشش های ضدبازتاب استفاده کرد. ما در این تحقیق از پوشش های ضدبازتاب که دارای ضریب شکست پایینی می باشد استفاده کردیم و نتایج مربوط به پاسخ اپتیکی مربوط به استفاده از نمونه های فاقد لایه ضدبازتاب، دارای یک لایه ضدبازتاب با هم مقایسه شده و نیز در هر مورد ضخامت بهینه با انجام شبیه سازی متکی بر محاسبات عددی تعیین شده است.
-2 روش تهیه لایه
در تهیه لایه های نازک SnO2-ZnO به روش اسپری پایرولیزیز کلریدقلع 5آبه - SnCl4.5H2O - و کلرید روی - - ZnCl2 به عنوان منابع تولید یون قلع و روی استفاده شدند.
برای تهیه خالص، به مقدار معین در محلول اتانول و آب به نسبت مساوی حل شده و سپس به منظور افزایش شفافیت محلول چند قطره اسیدکلریدریک - - HCl اضافه می شود که در نتیجه PH محلول کاهش یافته و هم حلالیت نمک بیشتر می شود. آنگاه برای لایه نشانی فیلم های ترکیبی SnO2-ZnO بدون تغییر در شفافیت محلول مقدار مشخصی کلرید روی - - ZnCl2 از 0/2g تا 2g به محلول فوق اضافه می شود. در این تحقیق لام های میکروسکوپ به عنوان زیر لایه مورد استفاده قرار گرفت نمونه ها در ابعاد 2/5×7/5Cm برش داده شدند، زیر لایه ها توسط استون در دستگاه اولتراسونیک به مدت 10دقیقه و سپس با آب صابون شستشو و سپس با جریان هوا یا ازت خشک می شوند.
سپس زیرلایه ها را توسط دستگاه اسپری تا دمای 4800c گرما داده و بعد از آن 10cc محلول با سرعت 10cc/min وتحت فشار 2/5bar روی شیشه ها اسپری شد در اینجا قطر نازل 3mm وارتفاع نازل تا زیرلایه ها 35 mmمی باشد.
خواص نوری لایه ها با استفاده از طیف سنج Uv-Vis دو پرتویی مدل Jasco در محدوده 200-1100nm بررسی شد.
-3 طراحی و بهینه سازی لایه ها
در این تحقیق ما از روش ماتریس اپتیکی برای ارزیابی ضرایب عبور و طراحی پوشش ها استفاده کرده ایم. در این روش، هر لایه نازک توسط ماتریس Mj - 2×2 - به صورت زیر توصیف می شود:
در این پروژه ضخامت بهینه هر لایه در ساختار چند لایه ای SnO2-ZnO/MgF2 به منظور دستیابی به میزان عبور اپتیکی بالا در ناحیه مرئی و بازتابش بالا در ناحیه ی مادون قرمز با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری توسط برنامه نویسی در Matlab تعیین گردید.
-4 نتایج تجربی و محاسباتی
برای اندازه گیری الکتریکی Rs ابتد بر روی دو انتهای نمونه را با روش تبخیر حرارتی توسط مس - Cu - لایه نشانی و سپس مقاومت سطحی را اندازه گیری کردیم نتایج حاصله در جدول 1 آورده شده است.
برای الکترودگذاری از دستگاه چند منظوره لایه نشانی در خلاء مدل VAS Coating System استفاده شد . این دستگاه مجهز به پمپ های خلاء روتاری و توربو بوده و ضخامت لایه ها نیز در ضمن لایه نشانی به روش کریستال کوارتز توسط دستگاه FTM5 تعیین می شود.
جدول:1 مقادیر Rs برای لایه ترکیبی SnO2-ZnO
طبق جدول 1 مقاومت سطحی نمونه ها با افزایش تراکم ناخالصی افزایش می یابد. با افزایش مقدار تراکم ناخالصی بالاتر از 2g دیده شد که از شفافیت نمونه ها همزمان با افزایش مقاومت سطحی کاسته می شود و این نتایج با کار محققین قبلی مطابقت دارد
شکل:1 منحنی تغییرات میزان عبور اپتیکی بر حسب طول موج برای لایه های دارای مقادیر متفاوت : Zn
همانگونه که شکل 1 نشان می دهد بهترین شفافیت اپتیکی در محدوده طول موجی 200-1100nm مربوط به نمونه های ترکیبی مخصوصا نمونه d با ناخالصی 0.3g است.
