مقدمه

ZnO یک نیمههادي اکسید فلزي گروه II-VI با گاف نواري مستقیم Eg =3/37 eV) در دماي اتاق) و انرژي پیوندي اکسایتونی نسبتا بزرگ (حدود (۶۰ meV است که کاربردهاي متنوعی در الکترونیک و فوتونیک دارد. نانوساختارهاي گوناگونی از ZnO
همچون نانومیلهها، نانوسیمها و نانو تسمهها ساخته شدهاند .[۴-۱]

قبلا نشان داده شده است که نانوساختارهاي یک بعدي در ابزارهاي الکترونیکی، اپتوالکترونیکی و الکترومکانیکی مثل لیزرهاي [۳] UV، دیودهاي گسیلنده نور [۴] و نانو-پیزو مولدها
[۵] کاربردهاي متنوعی دارند. در ساختار ZnO نقصهاي ذاتی و غیر ذاتی هردو وجود دارند. وجود چنین نقصهایی به شدت بر فوتولومینسانس (PL) و هدایت نوري ماده اثر میگذارند. بازپخت

۸۷

ZnO در محیط غنی از اکسیژن یا محیط داراي کمبود اکسیژن به منظور افزایش یا کاهش جاهاي خالی اکسیژن (VO) نوع نقصها با مطالعه خواص [۹ – ۶] PL و خواص هدایت نوري [۷] گزارش شده است.
در این کار با استفاده از روش DC اسپاترینگ واکنشی و کنترل فرایند، موفق شدیم نانوساختارهاي ZnO با سطح مقطع شش وجهی بر روي زیرلایه شیشه رشد دهیم. به منظور بهبود گسیل نوري، نمونهها را در اکسیژن باز پخت کردیم. پس از بازپخت طیف فوتولومینسانس (PL) ساختار در ناحیه فرابنفش و مرئی ثبت شد. پیک نسبتا خوبی در ناحیه طیفی فرابنفش نزدیک مشاهده کردیم. با توجه به نتایج این تحقیق امکان استفاده از این نانوساختارها براي ساخت نانو ابزارهاي اپتوالکترونیکی UV،

همچون LEDهاي ماوراء بنفش و لیزرهاي دیود UV فراهم می

شود.

بخش تجربی

نوع زیرلایه به کـار رفتـه در ایـن آزمـایش لام شیشـهاي بـود.

تارگت اسپاترینگ از فلز Zn با قطر ۳ اینچی و خلـوص% ۹۹/۹۹۵

ساخته شده است. فاصله عمودي تارگت تا زیرلایه در این آزمایش حدود ۵/۵ سانتیمتر بود. فشار پـیش اسـپاترینگ کـه توسـط پمـپ توربومولکولی تـامین مـیشـد، ۶×۱۰- ۶ mbar بـود. بـراي شـروع عملیات اسپاترینگ، مخلوط گاز آرگون و اکسیژن طوري تنظیم شد که نسبت Ar:O2 برابر ۱۰:۱ باشد. در حین اسـپاترینگ تـوان DC

برابر ۲۵۰ W وات و نرخ لایه نشانی ۱/۹ A/s تنظیم شـد. فرآینـد اسپاترینگ یک ساعت به طول انجامید که در این مدت مقدار مـاده نشست کرده روي زیرلایه حدود ۷۰۰ نانومتر اندازهگیري شد.

عملیات حرارتی نمونه در کوره لولهاي افقی تحت خلاء انجـام شد. قسمت مرکزي کوره با استفاده از فیلمانهاي مناسب تا دمـاي

۳۵۰ درجه گرم شد. از طریق شیر سوزنی مناسب گـاز اکسـیژن بـا خلوص ۹۹/۹۹% وارد محفظه شد تا فشار محفظه به حـدود mbar
1۱۰-۱ رسید. عملیات حرارتی ۲ ساعت طول کشید.

مورفولـوژي نانومیلـههـاي ZnO بـا اسـتفاده از میکروسـکوپ الکترونی روبشی (SEM) مدل XL30 با ولتاژ شتاب در محـدوده

۱۵- ۲۵ kV بررسی شد. ساختار بلوري نمونه با اسـتفاده از پـراش

سـنج اشـعه ) X مـدل (Philips X’pert PROMRD بـا تـابش

CuK با طول موج =۰/۱۵۴۲nm انجام گرفت.

(a)

_____

__۲ m

(b)

_____

__۱ m

(c)

_____
شکل ۱ تصاویر SEM مربوط به نانوساختارهاي mZnOساخته شده۱ با روش DC

اسپاترینگ. (a) تصویر مورب ۳۰o SEM از نمونه قبل از بازپخت در اکسیژن

(b) تصویر SEM نماي بالا قبل از بازپخت نمونه در اکسیژن. چنانچه در این شکل مشخص شده است نانومیلهها داراي سطح مقطع شش وجهی و قطر نوعی حدود ۵۰ تا ۱۵۰ نانومتر میباشند (c) تصویر SEM مورب ۳۰o بعد از بازپخت در اکسیژن در کوره خلاء در فشار ۱۰ mbar با فلوي ۰/۲ lit/min به مدت ۲

ساعت.

۸۸

روبش در محدوده ۲ بین ۲۰ تا ۷۰، درجه با اندازه گام

۰/۰۳۳۳۳ انجام شد. اندازهگیري فوتولومینسانس با استفاده از لامپ زنون (Xe) با طول موج ۳۲۵ nm به منظور تحریک فوتولومینسانس نمونه انجام گرفت. طیف نمونه با استفاده از یک دوربین CCD و اسپکترومتر مرئی-UV ثبت شد.