رشد و مطالعه ویژگی‏های فیزیکی فیلم‏ های نازک نانوساختاری بر پایه si-zn با استفاده از روش سل- ژل

sol-gel یک فرآیند پیشرفته و نوین برای تولید انواع سرامیکها و شیشه‏ها است. در سالهای اخیر ساخت نانوساختارهای مختلف به روش سل- ژل به سرعت گسترش یافته است. در سال‏های اخیر کامپوزیت‏ها به ویژه فیلم‏های نازک کامپوزیت نیمه رساناهای گروه ?v-??، مانند نانوذرات cdse، cds، cdte و zns جایگزیده شده در یک سیستم متخلخل به دلیل کاربردشان در ساخت لیزرهای نیمه رسانای مریی بسیار مورد توجه قرار گرفته‏اند. سولفیدروی با دارا بودن گاف نواری پهن ( ev6/3)، به دلیل کاربردهایی که در مطالعات الکترولومینسانس، فوتوکاتالیست ها ، سنسورهای گازی و ترانزیستورهای تک الکترونی و ... دارد، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. همچنین با داشتن ضریب شکست و تراگسیل بالا و جذب اپتیکی پایین در ناحیه طول موج های مریی و فروسرخ، اهمیت زیادی در کاربردهای اپتوالکترونیکی بویژه در نمایشگرهای led و به عنوان لایه‏های پنجره‏ای نوع n سلول های خورشیدی دارد. علاوه بر این، زمانیکه نانوذرات توسط یک ماتریس دی‏الکتریک محصور می‏شوند، محدودیت کوانتومی همراه با ویژگی‏های اپتیکی بسیار جالب حاصل می‏شود. اضافه کردن ماتریس سیلیکا به سولفید روی می تواند در کاهش تبلور و اندازه دانه های zns بسیار موثر باشد. سیلیکا مانند لایه محافظت کننده از سطح سولفیدروی عمل کرده و سبب بهبود پایداری شیمیایی می شود. همچنین مانع از فروپاشی یا کلوخه‏ای شدن آنها شده و باعث افزایش پایداری حرارتی و مکانیکی می‏شود که به نظر می‏رسد تحقیقات لازم در این جنبه از مواد نانو کریستالی کمتر انجام شده است و نیازمند مطالعات بیشتر می باشد. در فصل دوم، دنیای نانو مواد و روشهای نهشت را معرفی می‏کنیم و در انتهای فصل به تفصیل نهشت به روش سل- ژل را بررسی خواهیم نمود و سپس عوامل تاثیر‏گذار بر ویژگیهای یک محصول سل- ژل را معرفی خواهیم کرد. با کنترل این عوامل می توان ساختار و خواص مواد تولیدشده با استفاده از این روش را در محدوده وسیعی تغییر داد. در مرحله سل، فیلم نازک مورد نظر با استفاده از تکنیک‏های رایج نظیر روش های لایه نشانی غوطه وری و چرخشی ساخته می‏شود. بسته به ماهیت حلال، دما و روش لایه نشانی، بیشترین حلال از فیلم آزاد شده و ژلاسیون فیلم را منجر می‏شود. در این فصل، ضمن معرفی انواع تکنیکهای لایه نشانی، تکنیک لایه نشانی غوطه وری برای تولید فیلم نازک را بطور جامعتری معرفی خواهیم کرد که تکنیک مورد استفاده در کار آزمایشگاهیمان می باشد. تکنیک سل- ژل، علاوه بر توانایی‏اش در تهیه پوشش ها و فیلم‏های نازک، قادر است پوشش هایی برای کاربردهایی نظیر سلول های خورشیدی، نمایشگرها و سنسورها فراهم آورد. در فصل سوم، انواع تکنیک های مشخصه یابی پیشرفته در بررسی خواص مواد، آنالیزهای فاز، ترکیبات شیمیایی، تعیین ساختار و مشخصه‏یابی‏های سطحی را بیان خواهیم کرد. در این پژوهش تکنیک پراش پرتوی ایکس (xrd) را معرفی خواهیم نمود که یکی از قدرتمندترین تکنیک های غیرمخرب جهت آنالیز مواد می باشد و از آن در تحلیل پارامترهای متعددی نظیر تعییین فاز ترکیبات مختلف، تعیین ساختار کریستالی، پارامترهای شبکه و جهت گیری های ترجیحی، اندازه گیری ضخامت و زبری بین صفحه ای ، تعیین بافت و تنش باقیمانده در فیلم‏ها استفاده می‏شود. از آنجایی که ابعاد ذرات و اندازه ساختارها در مقیاس نانو به قدری کوچک هستند که قابل مشاهده توسط میکروسکوپ‏های اپتیکی نیستند، از اینرو میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) را معرفی خواهیم کرد که می تواند توپوگرافی سطح و ساختار یک نمونه را با جمع آوری الکترون های ثانویه یا پس پراکنده که حاصل از روبش نمونه توسط پرتوی متمرکز شده الکترونی فرودی است، تصویر کند. سپس به معرفی روش بهینه‏سازی نامقید در فیلمهای نازک می پردازیم که این روش از جمله روش‏هایی است که می تواند در صورت عدم وجود نقاط اکسترمم درطیف تراگسیل فیلم، برای تعیین ثوابت اپتیکی یک فیلم نازک، مورد استفاده قرار گیرد. در این فصل، بعد از محاسبه گاف‏نواری فیلمها ، فرآیند گسیل تابشی در مواد چگال و فوتولومینسانس را بررسی خواهیم نمود که یک فرآیند گسیل خوبخودی نور بوده و از یک ماده که تحت برانگیختگی اپتیکی قرار گرفته، ناشی می‏شود. در فصل چهارم، به بررسی سولفید روی محدودشده در یک ماتریس سیلیکا خواهیم پرداخت. سولفید روی( ) یک نیمه رسانای مهم با ساختار نواری مستقیم و گاف‏نواری پهن بوده که مشخصه‏های فیزیکی جالبی نظیر ضریب شکست بالا، تراگسیل بالا و جذب اپتیکی پایین در ناحیه طیف مادن قرمز را داراست که استفاده آن را در صنعت الکترونیک و اپتیک امری مهم و ارزشمند می سازد. از طرفی وقتی که نانو ذرات سولفید روی در ماتریس دی الکتریک سیلیکا جاسازی می شوند، یک محدودسازی کوانتومی با ویژگی‏های اپتیکی جذاب رخ می‏دهد. این تغییر و بهینه سازی سطح ، منجر به افزایش راندمان لومینسانس خواهد شد. ما در این فصل، بعد از توصیف کامل خواص فیزیکی ماده مورد مطالعه‏مان، به شرح جامع و دقیق نتایج یافت شده درمقالات مرجع و بسیار نزدیک به کارمان می پردازیم. در این میان سیلیکا ( )به دلیل خواص منحصر بفرد آن از جمله عبور بالا ، تخلخل پذیری ، پایداری و بی اثر بودنش، اخیرا مورد توجه محققین واقع شده است. همچنین سیلیکا علاوه بر افزایش پایداری شیشه ها و سرامیک ها، به عنوان یک پایه کاتالیستی بسیار خوب ، به منظور بالا بردن فعالیت کاتالیستها شناخته شده است. بنابراین هدف اصلی ما در این پژوهش، بررسی فیلم نازک کامپوزیتی خواهد بود. در فصل پنجم این پژوهش، فیلم‏های نازک نانوکامپوزیتzns-sio2 با استفاده از روش سل- ژل و به کمک تکنیک غوطه‏وری تهیه شدند. سپس تأثیر پارامترهای مختلف روی خواص فیزیکی فیلم‏ها با استفاده از آنالیزهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. در انتها نتایج حاصل از این پژوهش و پیشنهاداتی برای فعالیتهای آینده بیان شده است.