بهبود بازده عملکرد لایه‌های کاربردی در ساخت ابزار الکترونیکی و نوری

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از ستاد ویژه توسعه نانو، امروزه با توجه به کاربرد مواد نیمه‌رسانا در ساخت ابزارهای الکتریکی و اپتوالکتریکی، استفاده از آنها به صورت فیلم‌های نازک بسیار مورد توجه قرار گرفته است. اکسیدهای رسانای شفاف (TCO) نیز در دسته مواد نیمه رسانا هستند و در میان انواع مختلف آن، اکسید کادمیوم (CdO) یکی از بهترین گزینه‌هاست.

به گفته دکتر عباس باقری خطیبانی، اکسید کادمیوم (CdO) شفافیت بالایی در ناحیه نور مرئی طیف خورشید دارد. این ماده همچنین از ویژگی‌های الکتریکی مطلوبی از جمله مقاومت الکتریکی پایین و غلظت بالای حامل‌های الکتریکی برخوردار است.

وی در ادامه افزود: «لایه‌های نازک اکسید کادمیم کاربردهای متنوعی در حوزه‌های مختلف فناوری نظیر سلول‌های خورشیدی، صفحات نماش تخت، حسگرهای گازی، الکترودهای شفاف، ترانزیستورهای نوری وOLED ها دارد. اما یکی از مهم‌ترین مشکلات آنها، دستیابی همزمان به میزان شفافیت خوب و رسانایی بالا در آن است. به همین دلیل در این پژوهش به دنبال ایجاد همزمان این دو ویژگی در لایه‌های نانوساختار اکسید کادمیوم بودیم».

در بسیاری از کاربردها مانند صفحه‌های نمایش، سلول‌های خورشیدی و پنجره‌هایی که در ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند (پنجره‌های هوشمند)، نیاز به صفحاتی است که قابلیت عبور نور را داشته باشند یا به عبارت دیگر دارای شفافیت نوری باشند. این در حالی است که از چنین صفحاتی قابلیت‌های الکتریکی را نیز انتظار می‌رود که خود موجب کاهش شفافیت نوری در چنین لایه‌هایی می‌شود. از این روست که ایجاد موازنه مناسب میان این دو خاصیت متضاد، دغدغه اصلی محققین این حوزه به شمار می‌رود.

در این تحقیق نمونه‌هایی از لایه‌های نازک نانوساختار اکسیدکادمیم و همچنین اکسید کادمیم آلاییده شده با فلوئور روی زیرلایه‌های شیشه‌ای ساخته شده و خواص فیزیکی این لایه‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. بدین ترتیب نشان داده شده که دو هدف مذکور یعنی شفافیت بالا و مقاومت پایین، برای چنین لایه‌هایی کاملاً قابل دسترس است.

باید توجه داشت که آلاییده کردن لایه‌های مواد نیمه رسانا با عناصر دیگر گاهی سبب ایجاد ویژگی‌های نامطلوبی در آنها می‌شود که حتی بر کاربرد آنها اثر معکوس دارد. اما استفاده از عناصر مناسب بسیار اثربخش خواهد بود. به همین دلیل در این طرح از عنصر فلوئور استفاده شده است. استفاده از عنصر فلوئور تأثیر مثبتی بر خواص نوری و الکتریکی اکسید کادمیم دارد و باعث کاهش مقاومت و افزایش رسانایی آن می‌شود.

به گفته باقری خطیبانی، جهت ساخت این لایه‌ها از روش افشانه پایرولیز (spray pyrolysis) استفاده شده است که در مقایسه با روش‌های متداول دیگر همچون کند و پاش (sputtering)، باریکه یونی (Ion Beam) و لیزر پالسی (Pulsed Laser) هزینه کمتری داشته و نیازی به شرایط فرایندی سخت و ویژه، همچون اعمال شرایط خلأ یا کاربرد گازهای سمی ندارد.

دکتر عباس باقری خطیبانی، عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد لاهیجان، دکتر سید محمد روضاتی، عضو هیئت علمی دانشگاه گیلان و زهرا الندی حلاج، فارغ‌التحصیل کارشناسی ارشد رشته فیزیک حالت جامد از دانشگاه گیلان در انجام این طرح همکاری داشته‌اند.