تأثیر درصد مولی اکسید نیکل روی خواص ساختاری، اپتیکی و الکتریکی لایه های نازک ترکیب سه تائی teo2-v2o5-nio تهیه شده به روش تبخیر حرارتی در خلأ

شیشه های اکسیدی شامل اکسیدهای عناصر واسطه بطور وسیع بخاطر خواص نیمرسانایی آنها مورد بررسی قرار گرفته اند. شیشه های تهیه شده بر اساس اکسید تلور (teo2) دارای توانایی جالب تشکیل شیشه بوده و خواص رطوبتی از خود نشان نمی دهند، دارای ضریب انبساط حرارتی بالا، دمای گذار شیشه ای پایین بوده و نیز نقطه ی ذوب پایینی از خود نشان می دهند. رسانش الکتریکی در این شیشه ها با مدل جهش پولارون کوچک (sph) تفسیر می شود. تأثیر اکسید فلز واسطه ی دوم روی رسانندگی شیشه های شامل دو نوع یون فلزات واسطه، هدف مطالعات الکتریکی این شیشه ها قرار گرفته است. شیشه های نیمرسانا اغلب انحراف محسوس و مشخصی را از رفتار نیمرسانایی نشان می دهند. از جمله این رفتار انحرافی، انحراف از رسانش اهمی به رسانش غیراهمی تحت تأثیر دما و یا تحت تأثیر یک میدان الکتریکی قوی می باشد. تغییر در ترکیب شیشه ای می تواند روی خواص فیزیکی آن بخصوص روی جذب اپتیکی آن تأثیرگذار باشد. بررسی جذب اپتیکی بویژه شکل و انتقال لبه ی جذب، روش بسیار مفیدی برای فهم مکانیسم های حاکم بر گذارهای اپتیکی در مواد بلورین و غیربلورین بوده و اطلاعاتی را در مورد ساختار نوار انرژی آنها مهیا می-سازد. در این کار تجربی نمونه هایی از مواد شیشه ای 40teo_2-(60-x) v_2 o_5-xnio با درصدمولی30<x<0 با روش سرمایش سریع ماده ی مذاب تهیه شده اند. جهت بررسی خواص الکتریکی ترکیب فوق، لایه های نازکی با درصدمولی30، 10، 0 =x با روش تبخیر حرارتی از طریق چشمه ی حرارتی مقاومتی تهیه شده اند. همچنین برای بررسی خواص اپتیکی، لایه های نازکی از نمونه های شیشه ای با درصدمولی30، 20، 10، 5، 0 x= با روش تبخیر از طریق بمباران الکترونی تهیه گردید. بررسی ساختاری نمونه ها با استفاده از تفرق پرتو x نشان می دهد که این نمونه ها دارای ساختار بلوری نبوده و به صورت آمورف می باشند. رسانندگی الکتریکی dc لایه های نازک 40teo_2-60v_2 o_5 ، 40teo_2-50v_2 o_5-10nio و 40teo_2-30v_2 o_5-30nio در گستره ی دمایی k 423-300 اندازه گیری شده است. بررسی وابستگی دمایی رسانندگی این سه نمونه نشان داد که مدل جهش پولارون کوچک در محدوده ی دمایی مورد نظر قابل کاربرد است. با افزایش درصد مولی اکسیدنیکل مقادیر انرژی فعال سازی از مقدار 035/0 تا 042/0 الکترون ولت افزایش می یابد. رسانندگی dc در دمای k 393 برای این نمونه ها در گستره ی s/cm 11-10x5/7- s/cm9-10 ×26/5 بدست آمد که نشان دهنده ی این است که با افزایش درصد مولی اکسید نیکل، رسانندگی کاهش می یابد. چون اکسیدنیکل تشکیل دهنده ی شبکه ی شیشه ای نمی باشد، در نتیجه یونهای نیکل در شبکه ی شیشه ای ایزوله هستند و بعلت فقدان پیوندهای اکسیژن مانع از جهش الکترونها می شوند. در واقع یونهای نیکل مانع رسانش و انتقال حاملها در شیشه هستند، بنابراین با افزایش درصد مولی اکسیدنیکل، رسانندگی کاهش و انرژی فعال سازی افزایش می یابد. بررسی رفتار جریان بر حسب ولتاژ این سه نمونه نشان داد که در میدانهای پایین مشخصه ی i-v شکل خطی (رسانش اهمی) دارد، در حالیکه در میدانهای بالا (بالاتر از v/cm105) این نمونه ها رفتار غیر اهمی از خود نشان می دهند (رسانش غیراهمی). رفتار مشخصه ی i-v نمونه ها در سه دمای متفاوتk 423، 348، 300t= مورد مطالعه قرار گرفت. در دماهای بالا، بعلت افزایش رسانش با افزایش دما میدان آستانه ی رفتار غیر اهمی کاهش می یابد. به عبارت دیگر با افزایش دما منطقه ی غیراهمی به سمت میدانهای پایین تر منتقل می شود. بنابراین نتیجه گرفته شد که مکانیسم رسانش در این منطقه ی غیر اهمی با اثر میدان الکتریکی از طریق گرمایی تحریک می شود. طیف عبور وجذب اپتیکی لایه های نازک 40teo_2-60v_2 o_5، 40teo_2-55v_2 o_5-5nio، 40teo_2-50v_2 o_5 -10nio ، 40teo_2-40o_5-20nio و 40teo_2-30v_2 o_5-30nio در گستره ی طول موجی nm 1100-300 با اسپکتروسکوپی نوری بررسی گردید. لبه ی جذب اپتیکی لایه های نازک از روی طیف جذب مشخص و ضریب جذب، گاف انرژی اپتیکی, عرض دنباله ی حالتهای جایگزیده در گاف باندی و عرض نسبی حالتهای جایگزیده طبق تئوریهای موجود محاسبه گردید. همچنین رفتار ضریب شکست و ثابت خاموشی نمونه ها بر حسب طول موج بررسی و ضخامت نمونه ها برآورد گردید. نتایج حاصله نشان می دهد که موقعیت لبه ی جذب و در نتیجه مقادیر گاف انرژی اپتیکی به ترکیبات مختلف ماده ی مورد نظر بستگی دارد. با افزایش درصد مولی اکسید نیکل از مقدار صفر تا 30 گاف انرژی اپتیکی از مقدار 38/3 به 7/2 الکترون ولت کاهش می یابد. علت این کاهش معرفی اکسیدنیکل بعنوان یک اصلاح گر شبکه است که باعث افزایش اکسیژن غیر پیوندی می شود، در نتیجه برانگیختگی خیلی راحتتر انجام گرفته و جذب با انرژیهای کمتر صورت می گیرد. با افزایش درصد مولی اکسیدنیکل انرژی اورباخ و عرض نسبی حالتهای جایگزیده به ترتیب از مقدار 27/0 به 62/0 الکترون ولت و 07/0 به 22/0 افزایش می یابند، این افزایش احتمالاً به دلیل افزایش چگالی بی نظمی های محتمل در شبکه ی آمورف v_2 o_5 می باشد. رفتار ضریب شکست بر حسب طول موج نشان می دهد که با افزایش طول موج ضریب شکست کاهش می یابد. ثابت خاموشی نیز مقدار بیشینه ای در لبه ی جذب دارد.