عنوان

بررسی برخی خواص ساختاری، الکتریکی و اپتیکی فیلم‌صهای نازک اکسید روی تهیه شده به روش سل ژل

‭۷۴۴۷پ‬

per

بررسی برخی خواص ساختاری، الکتریکی و اپتیکی فیلم‌صهای نازک اکسید روی تهیه شده به روش سل ژل

/بهارک محمدزاده

: دانشکده :فیزیک

چاپی

فاقد اطلاعات کامل

کارشناسی ارشد

فیزیک - حالت جامد و الکترونیک

‮‭۱۳۸۹/۰۴/۲۵‬

دانشگاه تبریز

اکسیدصروی یک نیمه رسانای نوع‮‭n‬ - با محدوده گاف انرژی پهن‮‭۲/۳ - eV۴/۳‬می‌صباشد .چون اکسیدصروی دارای فاصله بین ترازی پهن درمحدود مرئی است، بعنوان یک ماده مفید برای گسترش قطعات الکترونیکی و اپتوالکترونیکی مانند رساناهای شفاف، حسگرهای گازی‍ واریستورها، دستگاه‌صهای موج اکوستیکی‌صسطح ‮‭(SAW)‬، همچنین در ساخت سلولهای خورشیدی نیز به کار می‌صرود .روش‌صهای متعددی برای تهیه فیلم‌صهای نازک اکسیدصروی با توجه به محدوده‍ وسیع کاربردهایشان وجود دارد :کندوپاش پلاسمایی، روش تبخیر با استفاده ازپرتو لیزر، اسپری پیرولیزشیمیایی، و روش سل- ژل و غیره .از میان روشهای فوق‍ فرایند سل ژل یک روش جذاب بوده و امکان تهیه لایه‌صنشا نی با ابعاد بزرگ‍ کم هزینه و با شفافیت بالا را برای کاربرد درتکنولوژی فراهم می‌صکند .روش سل-ژل که روش مناسبی برای پوشش فیلم‌صهای نازک می‌صباشد اخیرا توانسته است جایگاه خوبی را در بین روشهای مختلف لایه‌صنشا نی پیدا کند .در این کار تجربی فیلم‌صهای نازک اکسیدصروی با استفاده از روش سل-ژل و بکارگیری تکنیک غوطه‌صوری بر روی زیرلایه‌صهای شیشه‌صای تهیه شده‌صاند .در این تحقیق‍ از زینک استات دی هیدرات بعنوان ماده اولیه و از محلول‌صهای ایزوپروپانول و دی‌صاتانول امین بترتیب بعنوان حلال و پایدارساز استفاده شده است .فیلم‌صهای نازک اکسیدصروی که با این روش تهیه می‌صشوند در محدوده‍ بالای ‮‭۴۰۰‬ نانومتر شفاف بوده و دارای لبه‌صهای جذب تیزی درحوالی‌صهای ‮‭۳۸۰‬ و ‮‭۳۹۰‬نانومتر)فرابنفش (می‌صباشند .ضخامت فیلم‌صهایی که تهیه شده‌صاند در محدوده‍ ‮‭۲۵۰‬ تا ‮‭۷۰۰‬نانومتر می‌صباشد .قبل از بررسی هر نوع خواص فیزیکی‍ فیلم‌صها تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند تا سطح کاملا صاف و یکنواختی را داشته باشند .برخی از خواص الکتریکی بوسیله پروپ چهارسوزنی و میکروسکوپ الکترونی‍ خواص اپتیکی بوسیله بیناب‌صنمائی نوری فرابنفش‌مرئی ‮‭((UVVis‬ و خواص ساختاری بوسیله پراش سنجی پرتوایکس ‮‭(XRD)‬ بررسی گردید .فیلم‌صهای تهیه شده با این روش قبل از حرارت دادن دارای ساختاری آمورف می‌صباشند که بعد از بازپخت بلورین شده وعبوری بالای ‮‭۸۵‬درصد را نشان می‌صدهند و با افزایش دمای عملیات حرارتی تا‮‭۶۰۰ c‬ می‌صتوان کیفیت ساختار فیلم‌صها را بالا برد .در این تحقیق، چهار نوع فیلم با غلظت‌صهای‮‭۶/۰‬ ،‮‭۸/۰‬ ، ‮‭۱‬ و ‮‭۲/۱‬ مول بر لیتر تهیه شده و در دماهای‮‭۴۵۰‬ ، ‮‭۵۵۰‬ و ‮‭۶۰۰‬ درجه سانتیگراد بازپخت شده‌صاند .نتایج حاصل از ‮‭((XRD‬ برای هر کدام از فیلم‌صها با غلظت-های مختلف نشان می‌صدهد که در غلظت‌صهای پایین تحلیل‌صهای ‮‭((XRD‬پیکی را نشان نداده و ساختار فیلم حاصل آمورف می‌صباشد .با افزایش غلظت، ساختار فیلم بهتر شده و بااستفاده از پراش‌صسنج پرتو ایکس پیک‌صهای اکسیدروی مشاهده می‌صشود، بطوری که با افزایش دمای بازپخت جهت ‮‭(۱۰۱)‬ نسبت به بقیه جهت‌صها غالب می‌صباشد .منحنی طیف‌صهای عبوری حاصل از فیلم‌صها نشان می‌صدهد که در غلظت‌صهای پایین درصد عبوری‮‭۸۵ - ۹۰‬بوده و با افزایش غلظت، فیلم‌صها کدرتر شده و درصد عبوری نیز کاهش می‌صیابد .برای بررسی‌صهای میکروسکوپی، دو نوع فیلم با غلظت‌صهای‮‭۱‬ و ‮‭۲/۱‬ مول بر لیتر بازپخت شده در دماهای‮‭۴۵۰‬ ، ‮‭۵۵۰‬ و ‮‭۶۰۰‬ درجه سانتیگراد تهیه گردید .نتایج نشان می‌صدهد فیلم‌صهای تهیه شده دارای ساختار منظم می‌صباشند و با افزایش دمای بازپخت میزان تخلخل کاهش یافته، بلورینگی افزایش و اندازه دانه‌صها بزرگتر شده و فیلم انبوه‌صتر می‌صشود .میانگین اندازه دانه‌صها برای فیلم‌صها با غلظت‌صهای‮‭۱‬ و ‮‭۲/۱‬ مول بر لیتر بترتیب ‮‭۴۷‬ و ‮‭۶۸‬ نانومتر می‌صباشد و فیلم‌صها ساختار نانوکریستالی دارند .نتایج حاصل از پروپ چهارسوزنی نشان می‌صدهد که با افزایش دمای بازپخت با افزایش مقاومت، مقدار مقاومت ویژه فیلم‌صها افزایش و میزان رسانندگی کاهش می‌صیابد

‮‭ZnO is an n-type semiconductor with a direct energy gap of about ۳.۲-۳.۴ eV. Since ZnO thin films possess a wide band gap in the visible region, ZnO can be employed as a useful material for the development of electronic and optoelectronic devices such as transparent conductors, gas sensors, varistors, surface acoustic wave devices, and it can also be used in solar cells. There are numerous methods for the preparation of ZnO thin films due to their wide range of applications, namely: plasma sputtering, evaporation using laser beam, chemical spary pyrolysis, sol-gel and etc. Amongst the above mentioned methods, the sol-gel processing is an attracting method which provide the possibility for preparation of larger area films, with lower economy, higher transparency for technological uses. The sol-gel process has a distinct advantage over the other techniques due to excellent compositional control, homogeneity on the molecular level due to the mixing of liquid precursors, and lower crystallization temperature. In this experimental work, ZnO thin films have been prepared on glass substrates by sol-gel method using dip-coating technique. In this study, zincacetate dyhydrate (ZAD) was used as a precursor, diethanol amin (DEA) and isopropanol were used as chelating agent and solvent, respectively. The investigated films were transparent in the visible range with an absorption edge occuring at about ۳۷۴-۳۸۰ nm. The average thichness of the films evaluated to be in the range ۲۵۰-۷۰۰nm. The electrical, surface morphology, phase structure and optical properties of the films were investigated by four probe method, scanning electron microscopy, X-ray diffraction (XRD) and UV-VIS spectra ( optical transmittance). The prepared films were amorphous in structure before annealing, but after annealing process they show crystallinity and exhibit transparency higher than ۸۵. By increasing the annealing temperature up to ۶۰۰ C the structural quality of the films becomes better.In this investigation, four films of concentrations ۰.۶, ۰.۸, ۱ and ۱.۲ mol/lit were prepared and annealed at temperatures ۴۵۰, ۵۵۰ and ۶۰۰?C. XRD results obtained for each of the films, with different concentrations exhibited no peaks at low concentrations and the structures of films were amorphous. Structures of the films were improved with increasing the concentration and zinc oxide picks were observed using XRD and (۱۰۱) orientation was found to be the preferred orientation with increasing the annealing temperature. Tranmission spectra of the films revealed that at low concentrations, percentage of transmission is ۸۵ - ۹۰. The films become darker and percentage of transmission decreases with increasing the concentration. Two films of concentrations ۱ and ۱.۲ mol/lit and annealed at temperatures ۴۵۰, ۵۵۰ and ۶۰۰?c were prepared for microscopic studies. The results indicated that the structure of the films was crystalline, the amount of porosity decreased, crystallinity and grain size increased and the layer became more aggregate with increasing the annealing temperature. The averaged grain size of the films of concentrations ۱ and ۱.۲ mol/lit was ۴۷ and ۶۸ nm respectively and the films possessed nanocrystalline structure.Resistivities of the films measured by four probe method were found to increase and conductivities to decrease by increasing the annealing temperature‬

محمدزاده،بهارک

بیدادی،حسن، استاد راهنما

پرهیزکار، مجتبی، استاد راهنما

هادیان، فرامرز، استاد مشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی