سنتز شیمیایی و بررسی خواص اپتیکی نانوساختارهای نیمه رسانا با گاف نواری پهن

نانوساختارهای نیمه رسانا به جهت خواص منحصربفرد نوری که از خود نشان می دهند، امروزه موضوع تحقیقات بسیاری می باشند و از این رو با توسعه و تحقیق در این زمینه، قطعات اپتوالکترونیکی متعددی ساخته شده است. در این میان نانوساختارهای یک بعدی و دو بعدی به جهت نسبت سطح به حجم بالا می توانند کاندیدای مناسبی برای بکارگیری در چنین ادواتی باشند. در این رساله سعی شده است ضمن ارائه روشی مناسب و ارزان قیمت برای دستیابی به چنین نانوساختارهایی، که عمدتا از طریق سنتز شیمیایی در فاز بخار توسط یک کوره الکتریکی صورت گرفته است، خواص ساختاری و اپتیکی آنها نیز مورد بررسی قرار گیرد. عمده تحقیقات صورت گرفته بر روی نانوساختارهای نیمه رسانای با گاف نواری پهن از جمله اکسیدروی، دی اکسید قلع و نیترید آلومینیم بوده است. اهمیت نیمه رساناهای با گاف نواری پهن آنجایی پررنگ تر می شود که نانوساختارهای چنین نیمه رساناهایی، خواص نور گسیلی مناسبی را در طول موجهای سبز-آبی، بنفش و ماورا بنفش از خود نشان می دهند. در این میان روشهای متعددی برای سنتز این دسته از نانوساختارها پیشنهاد شده است که عمدتا روشهایی پرهزینه، در دماهای بالا و نیازمند خلا نسبتا بالا و یا تجهیزات پیچیده هستند. از اهداف این رساله ارائه روشی نیمه صنعتی و نسبتا ارزان قیمت با امکانات موجود که عمدتا توسط گروه آزمایشگاهی در دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شاهرود ساخته شده است، برای رشد این نانوساختارها می باشد. روش ذکر شده بر مبنای تبخیر مواد اولیه در منطقه گرم یک کوره الکتریکی افقی، واکنش شیمیایی با گاز فعال و انتقال آنها توسط گاز حامل بر روی زیرلایه های قرار گرفته در منطقه سرد کوره استوار می باشد. از نکات بارز این روش در عین سادگی و ارزان قیمت بودن، وجود پارامترها و عوامل موثر زیاد بر سیستم رشد می باشد. در این میان می توان پارامترهایی همچون دمای رشد، آهنگ افزایش دما رشد، نوع و نسبت گازهای فعال و حامل در کوره الکتریکی، نوع مواد اولیه جهت سنتز، استفاده یا عدم استفاده از کاتالیست، نوع و دمای زیر لایه، وارد کردن ناخالصی های متفاوت درون سیستم را نام برد که هریک از آنها در حد امکانات موجود مورد مطالعه قرار گرفته است. تغییر سیستماتیک هریک از این عوامل، سبب ایجاد نانوساختارهای یک بعدی و دوبعدی از جمله نانوسیمها، نانومیله ها، نانوشانه ها، نانو دندانه ها، نانو تسمه ها و نانو صفحات گردید که در بخشهایی از این رساله چگونگی تاثیر هریک از این عوامل بر خواص ساختاری ارائه شده است. جدای از مطالعه بر روی خواص ساختاری که از طریق روشهایی همچون میکروسکپ الکترونی روبشی (sem)،میکروسکپ الکترونی عبوری (tem و hrtem)، پراش پرتو ایکس (xrd) و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس(edx) صورت گرفته است، خواص اپتیکی چنین نانوساختارهایی مورد تحقیق قرار گرفته است. خواص نورگسیلی مناسب فتولومینسانس (pl) نانوساختارهای سنتز شده در ناحیه طول موجهای سبز-آبی، بنفش و ماورا بنفش، این نوید را می دهند که با بهینه سازی و بکارگیری چنین روشهایی می توان گامهای امیدوارکننده ای در جهت ساخت ادوات نورگسیل با این طول موجها برداشت. چگونگی تغییرات خواص نورگسیلی با تغییر در ساختار و وارد نمودن ناخالصی از دیگر موضوعات مورد بحث می باشد. در نهایت خواص اپتیکی غیرخطی چنین نانوساختارهایی خصوصا برای اکسید روی که دارای خواص اپتیکی غیرخطی بالایی نیز می باشد، از طریق سیستم آزمایشگاهی روبش-z با دریچه بسته و باز، اندازه گیری و مورد مطالعه قرار گرفت. در این میان ضمن اندازه گیری پارامترهایی از جمله ضریب جذب و ضریب شکست غیرخطی، بررسی اثر دما و چگونگی تغییر این پارامترها نیز ارائه شد که با توجه به میزان نسبتا بالای چنین ضرایبی برای اکسید روی، این ماده را به عنوان ماده ای با پتانسیل بالقوه جهت ساخت ادوات اپتیکی غیرخطی مانند کلیدهای اپتیکی و سیستمهای متمرکز کننده پرتو نور لیزر معرفی می نماید.