لایه های نازک اکسید قلع

اختصاصی از فایلکو لایه های نازک اکسید قلع دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لایه های نازک اکسید قلع

مقدمه ای کامل و جامع و بسیار مناسب برای پایان نامه های رشته فیزیک، شیمی، نانوفیزیک،نانوشیمی، مهندسی مواد و ...

حاصل از ترجمه مقالات ISI با 29 رفرنس معتبر - 36 صفحه فایل word با فهرست مطالب، جدولها و شکلها و با رعایت تمام نکات نگارشی

[e-mail]

فابلهای مرتبط:

مقدمه

فیزیک لایه ­های نازک، شاخه­ای از فیزیک حالت جامد است که در سال­های متمادی گسترش بسیاری یافته است، به طوری­که خواص سیستم های لایه نازک، که ضخامت آن­ها بسیار کوچک است و تقریباً آن­ها را  می­توان دو بعدی فرض کرد، به کمک این شاخه از فیزیک مورد بررسی قرار داد. خواص این سیستم­ها بسیار متفاوت از حالت حجمی آن­هاست. چرا که در یک نمونه حجیم هر یک از ذرات همواره تحت تأثیر نیروهایی هستند که از تمام جهات به آن­ها وارد می­شود، در حالی­که در لایه­های نازک چنین نیست و همین امر باعث می­شود حالت­های انرژی در این مواد متفاوت از حالت حجمی باشد. در طی 60 سال گذشته، لایه­های نازک اهمیت روزافزونی پیدا کرده­اند و ویژگی­های جالب آن­ها باعث شده است تا این سیستم­ها در زمینه­های اپتیک، اپتوالکترونیک، مغناطیس، میکروالکترونیک، ابررسانایی، نیمرساناها و.... کاربرد فراوانی داشته­ باشند[1].

مهم­ترین هدف محققان در تهیه انواع لایه­های نازک به­دست آوردن لایه­هایی با بهترین کیفیت، یکنواختی، رسانایی بالا، شفافیت اپتیکی مناسب و پایدارترین حالت شیمیایی و مکانیکی است. به  منظور رسیدن به این اهداف، عوامل موثر در فرایند تهیه لایه با بهینه سازی مناسب از اهمیت ویژه­ای برخوردارند. در تعیین خواص فیزیکی و شیمایی لایه­های نازک روش­های رشد لایه نقش اصلی را ایفا می­کنند. با روش­های لایه­نشانی مختلف برای یک ترکیب، می­توان خصوصیات الکتریکی، اپتیکی و ساختاری لایه­های تهیه شده را بهینه ساخت. بنابراین روش­های ساخت لایه­های نازک، شناخت عوامل موثر در حین لایه­نشانی و عملیات پس از آن بسیار با اهمیت می­باشند. روش­های تهیه لایه­های نازک به­طور کلی به دو دسته روش­های فیزیکی و شیمیایی تقسیم می­شوند [2]. از بین روش­های فیزیکی و شیمیایی، در روش شیمیایی لایه­های تهیه شده نظم بلوری بیشتری داشته و چسبندگی لایه­ها خیلی بهتر از روش­های فیزیکی می­باشند.

خواص الکتریکی و اپتیکی لایه­های نازک به نوع ناخالصی اضافه شده بستگی دارد. در این فصل با استفاده از مقالات و مراجع مختلف تأثیر ناخالصی­های مختلف، بر روی خواص فیزیکی لایه­های نازک اکسید قلع مطالعه خواهد شد.

مطالعه خواص فیزیکی لایه ­های نازک اکسید قلع، تهیه شده به روش­های لایه ­نشانی مختلف

1-2-1- اسپری پایرولیزیز

در سال 2013 میلادی توسط پروین بانو[1] و همکارانش لایه­های نازک SnO2 به روش اسپری پایرولزیز تهیه شد [3]. محلول از مقدار معینی  M)01/0( کلرید قلع 4 آبه به همراه آب مقطر دو بار یونیزه شده تهیه شد. برای جایگذاری لایه­ها از بسترهای شیشه­ای استفاده شد. شرایط جایگذاری لایه­ها در جدول (1-1) خلاصه شده است. شکل (1-1) تصویری از دستگاه اسپری پایرولیزیز را نشان می­دهد....

طرح­های پراش پرتو ایکس (XRD) لایه­ های جایگذاری شده را در دماهای مختلف ( 0C500  ،400،300 ) در شکل (1-2) نشان داده شده است. ثابت­های شبکه و اندازه بلورک­ها برای لایه نازک SnO2 در جدول (1-2) خلاصه شده است.....

2-2-1-روش کندوپاش واکنشی[1]

در سال 2009 جوی[2] و همکارانش لایه­های نازک اکسید قلع را به روش کندوپاش در دمای 0C400 و با توان­W 200 تهیه کردند [6]. این گروه خواص ساختاری، اپتیکی را گزارش کردند که جزییات کار این گروه در زیر آمده است.

لایه­نشانی با مخلوطی از گازهای Ar و O به نسبت (1:4) انجام شد. لایه­های نازک اکسید قلع تهیه شده به دو مجموعه تقسیم شدند. یک مجوعه شامل لایه­ای بود که  در دمای 0C 400 برای یک ساعت در هوا بازپخت شد و مجموعه دیگر شامل لایه­ای بود که بدون اثر بازپخت مورد بررسی قرار گرفت. شکل (1-6-(a)) و (b) طرح­های XRD  نمونه­ی تهیه شده قبل و بعد از بازپخت با توان W 200 را نشان می­دهد و در شکل (1-7) طرح XRD پودر  SnO2 خالص نشان داده شده است. مشاهده می­شود که در هر دو نمونه در جهت­های (110)، (101)، (211) جهت­گیری کرده­اند. در نمونه بازپخت شده جهت ارجح (110) شدت بیشتری دارد...

اندازه ذره با استفاده از فرمول شرر تعیین شد. قبل از بازپخت اندازه ذره nm 9/16 و بعد از بازپخت nm 9/18 محاسبه شد که افزایش اندازه ذره را بعد از بازپخت نشان می­دهد. شکل (1-8) تصاویر AFM لایه­ نازک SnO2 را قبل و بعد از بازپخت را نشان می­دهد. مشاهده می­شود که ذرات بعد از بازپخت بزرگتر شده­اند. در فرایند بازپخت، اتم­های لایه با بدست آوردن میزان کافی انرژی و با تغییر دادن موقیت خود، منجر به بهبود نظم بلوری می­شوند[7]....

3-2-1-روش تبخیر حرارتی[1]

لایه­های نازک اکسید قلع به روش تبخیر حرارتی نیز تهیه شده­اند. به عنوان مثال ایخمایس[2] در سال 2012 لایه­های نازک SnO2 را با این روش بر روی بسترهای شیشه­ای تهیه کرد و خواص ساختاری و اپتیکی این لایه­ها را مورد مطالعه قرار داد [8].

لایه­نشانی در سیستم با خلأ بالا  (10-5 mbar)انجام شد. آهنگ تبخیر و فاصله منبع تا بستر به ترتیب Å/s 10 و cm30 بود. شکل (1-10) طرح  XRD لایه­های نازک تهیه شده با ضخامت­های  nm200 و nm 600 را نشان می­دهد. همانطور که مشاهده می­شود لایه­های نازک SnO2  دارای ساختار آمورف می­باشند و در جهت­های (101) و (110) جهت­گیری کرده­ اند.

 .

.

.

مروری بر خواص فیزیکی لایه­های نازک اکسید قلع آلاییده شده با ناخالصی­های مختلف

1-3-1- مطالعه خواص فیزیکی لایه­های نازک اکسیدقلع آلاییده به فلوئور

در سال 2009 میلادی در تحقیق جدیدی، لایه­های نازک نانوساختار SnO2 با افزودن ناخالصی فلوئور (F) توسط مهلکر[1] و همکارانش، به روش اسپری پایرولیزیز[2] تهیه شد[12]. این گروه لایه­های نازک رسانای شفاف (0-60 wt%) SnO2:F را با استفاده از یک محلول آبی شامل کلرید قلع (SnCl4.5H2O) و آمونیوم فلوئورید (NH4F) بر روی بسترهای شیشه­ای که در دمای 0C475 قرار داشتند به روش اسپری پایرولیزیز تهیه کردند و تأثیر ناخالصی فلوئور را روی خواص فیزیکی لایه­های نازک SnO2 مورد مطالعه قرار دادند....

خواص ساختاری لایه­ های نازک SnO2:F

الگوهای پراش پرتو-X لایه­های نازک SnO2 و (0-60 wt%)   SnO2:F در شکل (1-15) نشان داده شده است. همه پیک­ها متعلق به فاز بس بلوری با پارامترهای شبکه a و c از Å 73/4 تا 74/4 و Å 17/3 تا 20/3 به ترتیب برای a و c است. صفحه (200) دارای بیشترین شدت است. این در حالی است که پیک­های دیگر مانند (100)، (110)، (220)، (310)، (301)، (400) با شدت کمتری مشاهده می­شوند. شدت صفحه (200) با افزایش تراکم ناخالصی فلوئور تا نسبتSnO2:F(20 wt%)  افزایش یافته است که با افزایش نسب وزنی بالاتر شدت آن کاهش پیدا کرده است.

با افزایش تراکم یونی فلوئور، تغییر قابل ملاحظه­ای در پارامتر شبکه مشاهده نشد که به­دلیل شعاع یونی کوچکتر F1- (1.17Å) در مقایسه با شعاع یونی O2-(1.22Å) است[15-13]....

عکس میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) دو بعدی برای لایه نازک (20 wt%) SnO2:F در شکل (1-17) نشان داده شده است. همان­طور که مشاهده می­شود لایه از ذرات مثلثی[1] شکل تشکیل شده است. میانگین اندازه ذرات 230 نانومتر می­باشد[12]....

خواص اپتیکی لایه­ های نازک SnO2:F

شفافیت اپتیکی لایه­های نازک SnO2:F  در شکل (1-18) نشان داده شده است. شفافیت اپتیکی لایه­ها در ناحیه مرئی در جدول (1-2) آورده شده است. همان­طور که مشاهده می­شود بیشترین شفافیت اپتیکی  در طول موج nm550 به لایه با ناخالصی FTO(20wt.%) مربوط می­شود. اما با افزایش تراکم ناخالصی فلوئور شفافیت اپتیکی لایه­ها کاهش می­یابد که تغییرات شفافیت لایه­ها به  تغییر چگالی حامل­های بار آزاد وابسته است. با رسم نمودار2  (αhν)بر حسب  hν مقدار گاف نواری حدودeV  15/4 محاسبه شده است....

فهرست مطالب

 خواص فیزیکی نیمرسانای اکسید شفاف SnO2 با ناخالصی­های مختلف 1

1-1: مقدمه 1

1-2: مطالعه خواص فیزیکی لایه­های نازک اکسید قلع تهیه شده به روش­های لایه­نشانی 2

1-2-1: اسپری پایرولیزیز 2

1-2-2: روش کندوپاش واکنشی 6

1-2-3: روش تبخیر حرارتی 8

1-3: مروری بر خواص فیزیکی لایه­های نازک اکسید قلع آلاییده شده با ناخالصی­های مختلف 12

1-3-1: مطالعه خواص فیزیکی لایه­های نازک اکسید قلع آلاییده به فلوئور 12

1-3-1-1: خواص ساختاری لایه­های نازک SnO2:F 13

1-3-1-2: خواص  اپتیکی لایه­های نازک SnO2:F16

1-3-2: مطالعه خواص فیزیکی لایه­های نازک اکسید قلع با ناخالصی آنتیموان 17

1-3-2-1: خواص ساختاری لایه­های نازک SnO2:Sb18

1-3-2-2: خواص اپتیکی لایه­های نازک SnO2:Sb20

1-3-2-3: خواص الکتریکی لایه­های نازک SnO2:Sb21

1-3-3: مطالعه خواص فیزیکی لایه­های نازک اکسید قلع با ناخالصی مس.22

1-3-3-1: خواص ساختاری لایه نازک SnO2:Cu22

1-3-3-2: خواص اپتیکی لایه نازک SnO2:Cu  23

1-3-3-3: آنالیز EDAX لایه نازک SnO2:Cu  24

1-3-4: مطالعه خواص فیزیکی لایه­های نازک نیمرسانای شفاف SnO2:Al25

1-3-4-1: خواص اپتیکی لایه­های نازک  SnO2:Al 25  

1-3-5: مطالعه خواص فیزیکی لایه­های نازک SnO2:(F+Sb)27

مراجع 30

فهرست جدول­ها

جدول 1-1: شرایط جایگذاری لایه­های نازک اکسید قلع ­ 2

جدول 1-2: تغییرات ثابت­های شبکه و اندازه بلورک­ها برای لایه نازک SnO2 در دماهای مختلف 4

جدول 1-3: نتایج آنالیز عنصری EDAX لایه­های نازکSnO2 با ضخامت­های مختلف 10

جدول 1-4: مقادیر گاف نواری لایه­های نازک SnO2 11

جدول 1-5: نتایج اندازه­گیری­های الکتریکی، اپتیکی و ساختاری لایه­های نازکF :SnO2 14

جدول 1-6: پارامترهای گوناگون محاسبه شده برای لایه نازکSb: SnO2اسپری شده با حجم­های مختلف 19

جدول 1-7:ویژگی­های الکتریکی اندازه گیری شده لایه­های نازک Al: SnO2 27

جدول 1-8: ­اطلاعات XRD لایه(F+Sb)  : SnO2 28

جدول 1-9: ثابت­های شبکه لایه(F+Sb)  :  SnO2 ­ 29

جدول 1-10: نتایج اندازه­گیری الکتریکی لایه(F+Sb) : SnO2   29

فهرست شکل­ها

شکل 1-1:تصویری ازدستگاه اسپری پایرولیزیز 3

شکل 1-2:طرح­های XRD لایه­های SnO2 دردماهای مختلف :(a) 0C300، (b) 0C400،0C (c)500 3

شکل 1-3: طیف EDAX لایه نازک  SnO2دردمای0C400 4

شکل 1-4: عکس SEM لایه نازک SnO2 5

شکل 1-5: گاف نواری لایه­های نازک SnO2 5

شکل 1-6:طیف­های XRDلایه­هایSnO2 (a) بدون باز پخت ،  (b)بابازپخت 6

شکل 1-7:طیف XRD پودر   SnO2خالص 7

شکل 1-8: تصاویر AFM لایه نازک SnO2 (a) قبل، (b) بعد از بازپخت 7

شکل 1-9: شفافیت اپتیکی لایه­های نازک SnO2 8

شکل1-10:  طرح­های XRD لایه­های نازک SnO2 با ضخامت­های (a) nm200، (b) nm 600. 9

شکل1-11: عکس­های SEM لایه­های نازک SnO2 با ضخامت­های (a) nm 300، (b) nm 400 9

شکل 1-12: طیف­های EDAX لایه­های نازک SnO2  با ضخامت­های (a) nm 300، (b) nm 400 10

شکل 1-13: شفافیت اپتیکی لایه­های نازک SnO2 با ضخامت­های مختلف . 11

شکل 1-14: گاف نواری لایه­های نازک  SnO2. 12

شکل 1-15: : طرح­های پراش پرتو ایکس لایه­های نازک(0-60 WT%) SnO2:F 13

شکل 1-16: عکس­های SEM لایه­های نازک (0-60 WT%)  SnO2:F 15

شکل 1-17: عکس­ AFM دو بعدی برای لایه نازک F(20%):SnO2   15

شکل 1-18: طیف عبور لایه­های نازکFTO  با مقادیر مختلف ناخالصی فلوئور   16

شکل 1-19: تغییرات چگالی حامل و تحرک­پذیری لایه نازک FTO با مقادیر مختلف ناخالصی فلوئور 17

شکل 1-20: طرح­های XRD لایه­های SnO2:Sb برای جحم­های مختلف محلول اسپری 18

شکل 1-21: تغییرات اندازه میانگین بلورک برای لایه نازک SnO2:Sb با حجم محلول مختلف 19

شکل1-22: تصاویر SEM لایه­های نازک SnO2:Sb برای (a)  cc 20، (b)  cc30، (c) cc 40 20

شکل 1-23: تغییرات عبور  با طول موج برای لایه­های SnO2:Sb 20

شکل 1-24: طرح پراش لایه نازک SnO2:Cu 22

شکل 1-25: تصویر SEM لایه SnO2:Cu  23

شکل 1-26: شفافیت اپتیکی لایه نازک SnO2:Cu 23

شکل 1-27: گاف نواری لایه نازک SnO2:Cu 24

شکل 1-28: طیف EDAX لایه نازک SnO2:Cu 25

شکل 1-29: (a) طیف عبور لایه­های نازک SnO2:Al 26

شکل 1-29: (b) گاف نواری لایه­های نازک SnO2:Al 26

شکل 1-30: طیف XRD لایه ( wt%5/0+10) SnO2: (F+Sb) 28