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
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
لینک عضویت در کانال تلگرامی دنیای فایل:
جهت اطلاع از آخرین و تمام فایلهای تحقیقاتی موجود، شما می توانید با کلیک بر روی لینک زیر و سپس کلیک بر روی join در پایین صفحه در کانال عضو شوید
https://telegram.me/joinchat/CYcguj_Bx3i5GIwnbs2zTw
payannameht@gmail.com
فایلهای مرتبط:
معرفی روشهای لایه نشانی، خواص و کاربردهای لایه های نازک
خواص و کاربردهای نانو ذرات اکسید تیتانیوم
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
1-2: مطالعه خواص فیزیکی لایههای نازک اکسید قلع تهیه شده به روشهای لایهنشانی 2
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
لایه های نازک اکسید قلع