رشد و مشخصه یابی لایه های نازک سولفید روی

در این پایان نامه خواص ساختاری و اپتیکی لایه های نازک سولفید روی رشد داده شده با استفاده از روش سل - ژل چرخشی و غوطه وری بر روی زیرلایه هایی از جنس شیشه و کوارتز مورد بررسی قرار گرفت. طیف های xrd ثبت شده از سطح نمونه ها و نیز تصاویر sem نمونه ها نشان داد که تغییر روش انباشت تأثیری بر بلورینگی لایه ها نداشته است و نمونه های رشد داده شده به روش سل - ژل چرخشی نسبت به نمونه های رشد داده شده به روش غوطه وری دارای ساختار دانه ای یکنواخت تری هستند. در ادامه پارامترهای اپتیکی نمونه ها با استفاده از روش سوان پل محاسبه شدند. بررسی خواص اپتیکی نمونه ها نشان داد که نمونه ی رشد داده شده با استفاده از روش سل - ژل چرخشی شفاف تر و دارای میزان جذب کمتری است. علاوه براین مقایسه ی مقادیر قسمت های موهومی و حقیقی این نمونه ها نشان داد که نمونه ی رشد داده شده با استفاده از روش سل - ژل چرخشی دارای پاشندگی کمتر و اتلاف بیشتری است. در دومین مرحله از رشد لایه های نازک سولفید روی به منظور تعیین سرعت چرخش بهینه در لایه نشانی نمونه ها به روش سل - ژل چرخشی، نمونه هایی تحت سرعت های مختلف rpm 2000 و 3000 تهیه شدند. طیف های xrd ثبت شده از سطح نمونه ها نشان داد که طیف های xrd ثبت شده از سطح نمونه ها و نیز تصاویر sem نمونه ها نشان داد که تغییر روش سرعت انباشت تأثیری بر بلورینگی لایه ها نداشته است و نمونه های رشد داده شده با سرعت چرخش rpm 2000 نسبت به نمونه های رشد داده شده با سرعتrpm3000 دارای ساختار دانه ای یکنواخت تر با مرزدانه هایی کاملاً مشخص است. علاوه براین بررسی خواص اپتیکی نمونه ها نشان داد که نمونه ی انباشت شده با این سرعت چرخش یکنواخت تر و دارای ضریب شکست بیشتری است که نشان می دهد این نمونه چگال تر نیز هست. علاوه براین مشاهده شد نمونه ی رشد داده شده با سرعت چرخش rpm2000 دارای پاشندگی بیشتر و اتلاف کمتری است. علاوه براین کمتر بودن مقدار رسانندگی اپتیکی در این نمونه نسبت به نمونه ی دیگر نشان دهنده ی کمتر بودن جذب در این نمونه می باشد. در سومین قسمت از رشد لایه های نازک به منظور یافتن بهترین شرایط برای بازپخت نمونه ها، سه روند مختلف برای لایه نشانی و بازپخت نمونه ها به کار گرفته شد. بررسی های xrd از نمونه های لایه نشانی شده نشان داد که به کارگیری شرایط مختلف بازپخت تغییری در ساختار بلوری نمونه ها که همگی آمورف بودند ایجاد نکرده است. تصاویر sem ثبت شده از سطح نمونه ها حاکی از آن است که تنها نمونه ای که 5 بار تحت گاز نیتروژن و دمای? 400 بازپخت شده است، از ساختار دانه ای یکنواختی برخوردار است. در حالت کلی می توان نتیجه گرفت که دمای بازپخت فاکتور نسبتاً مهم تری نسبت به مدت زمان بازپخت در شکل گیری بلورک ها بر روی سطح نمونه می باشد. نوسانی بودن طیف تراگسیل ثبت شده از این نمونه نیز موید این مطلب است که سطح این نمونه نسبت به دیگر نمونه ها از یکنواختی بالاتری برخوردار است. اندازه گیری های مربوط به گاف نواری این نمونه ها نشان داد که افزایش دمای بازپخت باعث کاهش ضخامت و در نتیجه افزایش گاف نواری نمونه ها شده است. به این ترتیب می توان نتیجه گرفت که احتمالاً با افزایش دمای بازپخت چگالی نقایص بلوری در لایه ها کاهش یافته است. مقایسه ی مقادیر ضرایب حقیقی و موهومی ثابت دی الکتریک در نمونه ها نشان داد که این نمونه هم چنین دارای پاشندگی بیشتر و اتلاف کمتری نسبت به دیگر نمونه ها می باشد. هم چنین این نمونه دارای کمترین میزان جذب و بیشترین شفافیت در بین نمونه ها نیز می باشد. در ادامه اثر پارامترهای نوع زیرلایه، ph محلول و آلایش بر خواص اپتیکی و ساختاری نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. اندازه گیری های xrd نشان داد که تغییر نوع زیرلایه از شیشه به کوارتز در انباشت لایه ها با سرعت rpm 2000 تغییری در ساختار نمونه ها ایجاد نکرده است. در حالی که افزایش سرعت لایه نشانی به rpm3000 در انباشت نمونه ها بر روی زیرلایه ی کوارتز باعث ظهور قله ای ضعیف در طیف xrd نمونه ها و در نتیجه افزایش بلورینگی آن ها می شود. تصاویر fesem ثبت شده از سطح نمونه ها نشان دهنده ی این مطلب است که نمونه های لایه نشانی شده بر روی کوارتز درای ساختار دانه ای یکنواخت تری است و اندازه ی متوسط دانه های تشکیل شده نسبت به لایه های انباشت شده بر روی شیشه کوچکتر هستند. بررسی خواص اپتیکی نمونه ها نشان داد که نمونه ی انباشت شده بر روی شیشه از شفافیت بیشتر و ضریب شکست کمتری نسبت به نمونه ی انباشت شده بر روی کوارتز برخوردار است. نتایج نشان داد که افزایش سرعت انباشت از rpm2000 به rpm3000 برای لایه های انباشت شده بر روی کوارتز، بر یکنواختی لایه می افزاید، ضریب شکست را کاهش داده و باعث کاهش میزان جذب لایه می گردد. بررسی طیف های xrd نمونه های تهیه شده از محلول های دارای ph : 38/8، 87/7، 45/7و 03/7 نشان داد که تنها در نمونه ی تهیه شده از محلول دارای 38/8ph: قله ی بسیار ضعیفی که می تواند مربوط به صفحه ی (111) ساختار مکعبی و یا پراش از صفحه ی (002) ساختار شش گوشی باشد در زاویه ی °681/28 ?2=دیده می شود و مابقی نمونه ها دارای ساختار آمورف هستند. بررسی مورفولوژی سطح این نمونه ها نشان داد که با افزایش ph، اندازه ی دانه های تشکیل شده در سطح نمونه ها بزرگتر و از وضوح مرزدانه ها کاسته شده است و بهترین ساختار تشکیل شده مربوط به نمونه ی تهیه شده از محلول دارای 38/8ph: می باشد. بررسی خواص اپتیکی نمونه ها نشان داد که تغییر ph محلول تأثیر چندانی بر میزان عبور نمونه ها و تغییر گاف نواری آن ها نداشته است. علاوه براین مقایسه ی تغییرات ضریب شکست نمونه ها نشان داد که با افزایش ph، ضریب شکست نمونه های انباشت شده کاهش می یابد. مقایسه ی مقادیر ضرایب حقیقی و موهومی ثابت دی الکتریک نشان داد که در حالت کلی با کاهش ph پاشندگی نمونه ها افزایش یافته و از میزان اتلاف در آن ها کاسته شده است. تغییرات رسانندگی اپتیکی در نمونه-ها نشان دهنده ی این مطلب است که همگی این نمونه ها از شفافیت تقریباً یکسانی برخوردارند. در ادامه به بررسی اثر آلایش نمونه های آلائیده با عنصر واسطه ی منگنز با درصدهای مولی مختلف 1/0، 3/0و 5/0 پرداختیم. اندازه گیری های xrd ثبت شده از این نمونه ها نشان داد که ساختار تمامی نمونه ها بجز آلایش 1/0درصد آمورف هستند. در طیف xrd این نمونه قله ی ضعیفی در زاویه ی °8/28 ?2= مشاهده شده و لذا از بلورینگی بیشتری نسبت به دیگر نمونه ها برخوردار است. تصاویر fesem ثبت شده از سطح نمونه ها نشان داد که با افزایش درصد آلایش در نمونه های آلائیده اندازه ی بلورک های تشکیل شده کاهش یافته و بر یکنواختی سطح لایه ها افزوده شده است. بررسی طیف تراگسیل نمونه ها نشان داد که در اثر آلایش از میزان عبور نمونه ها و یکنواختی آن ها کاسته شده است. هم چنین در نمونه های آلائیده با کاهش ابعاد بلورک ها، به دلیل افزایش پراکندگی از مرزدانه ها، میزان عبور کم شده است. هم چنین گاف نواری نمونه ها با افزایش درصد آلایش کاهش پیدا کرده است. ضرایب شکست نمونه ها با افزایش درصد آلایش آن ها افزایش پیدا کرده است که این نشان می دهد چگالی نمونه ها افزایش یافته است. علاوه براین مقایسه ی ضرایب خاموشی نمونه ها نشان می دهد که با افزایش آلایش، بر میزان جذب نمونه ها افزوده شده است. مقایسه ی مقادیر مربوط به ضرایب حقیقی و موهومی ثابت دی الکتریک نمونه ها نشان داد که در نواحی انرژی-های کم که جذب لایه بالاست با افزایش درصد آلایش میزان پاشندگی افزایش یافته و از میزان اتلاف در نمونه ها کاسته شده است. نمودارهای رسانندگی اپتیکی نمونه ها نیز نشان داد که با افزایش درصد آلایش، از شفافیت نمونه ها کاسته شده است. بررسی اثر آلایش مس نیز نشان داد که ساختار تمامی نمونه های آلایش شده با درصدهای مختلف مس آمورف بوده و اثری از فاز آلایشی در نمونه ها دیده نمی شود. بررسی تصاویر fesem ثبت شده از سطح نمونه ها نشان داد که آلایش نمونه ها از وضوح دانه-ها و مرزدانه ها کاسته است و نیز با افزایش درصد آلایش اندازه ی بلورک های تشکیل شده بر روی سطح نمونه ها کاهش یافته است. بررسی طیف تراگسیل نمونه ها نشان داد که با وجود آلایش یکنواختی سطح نمونه ها تقریباً حفظ شده است. علاوه براین گاف نواری نمونه ها با افزایش درصد آلایش کاهش یافت. با افزایش درصد آلایش بر چگالی لایه ها و ضریب خاموشی آن ها افزوده شد. هم چنین پاشندگی در نمونه ها با افزایش درصد آلایش افزایش پیدا کرد در حالی که اتلاف تغییر چندانی نداشته است.