ساخت ارزان تر نانولایه های اکسید روی در دانشگاه گیلان

اکسید روی یک نیمه رسانای تبهگن است که به دلیل دهنده های ذاتی همچون تهی جاهای اکسیژن، اتم های روی وارد شده در نقاط میان شبکه ای و همچنین جذب هیدروژن از رطوبت موجود در محیط، چگالی الکترون بسیار بالایی دارد و از این رو ذاتاً یک نیمه رسانای نوع n است. در سال های اخیر توجه زیادی به تغییر نوع رسانش در چنین نیمه رساناهای با گاف نواری پهن و از جمله اکسید روی شده است اما علی رغم پاسخ های مناسبی که برای تهیه لایه های اکسید روی نوع p گزارش شده کماکان مشکل تکرارپذیری و همچنین عدم پایداری رسانش نوع p در مجاورت رطوبت محیط و تبدیل آن به نوع n، این زمینه تحقیقاتی را برای یافتن پاسخی برای عرضه این مواد در صنایع فعال نگه داشته است.

دکتر سیامک گلشاهی، از فیزیکدانان جوان ایرانی است که در خصوص خواص فیزیکی لایه های نازک شفاف و رسانا و اثر آلایش روی آنها تحقیق می کند.

وی در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه ی توسعه ی فناوری نانو، هدف از انجام این پژوهش را «معرفی آلاینده ای دانست که تحت شرایط مشخص آزمایشگاهی رسانش اکسید روی را از n به p تبدیل نمود و متعاقب آن امکان تهیه قطعات الکترونیکی را تنها با کمک مواد رسانای شفافی چون اکسید روی که بیشتر به عنوان الکترودهای شفاف شناخته می شدند، فراهم آورد».

دانشجوی دکتری دانشگاه گیلان در ادامه اظهار داشت: «روش انباشت لایه های اکسید روی با هدف آلایش آنها و دستیابی به رسانش نوع p روش اسپری پایرولیزز است. در این روش که در دسته بندی روش های انباشت عموماً در زمره روش های شیمیایی انباشت جای می گیرد، مواد اولیه (نمک هایی شامل عناصر نهایی) در حلال هایی همچون متانول، اتانول، آب و …، حل شده و پیش ماده را تشکیل می دهند. اتم ساز، محلول پیش ماده را به قطرات بسیار ریزی در ابعاد میکرومتر تقسیم نموده و قطرات به سمت زیرلایه از پیش گرم شده اسپری می شوند. پس از برخورد با سطح و انجام واکنش پایرولیزز، محصول نهایی به شکل یک لایه ی نازک با میکرو و نانوساختارهای منحصر به فرد بر جای می ماند».

در این تحقیق اثر غلظت محلول اولیه بر خواص فیزیکی لایه های نازک اکسید روی آلائیده به نیتروژن بررسی شده است و غلظت ۴/۰ مولار بهترین رسانش الکتریکی را از خود نشان داده که نوع رسانندگی آن نیز p بوده است. شفافیت بالای لایه ها در ناحیه مرئی، امکان استفاده ی آنها را به عنوان بخش از یک مدار الکترونیکی شفاف فراهم آورده است.

دکتر گلشاهی روش اسپری پایرولیزز را در قیاس با روش های فیزیکی انباشت که نیاز به خلاء بالا دارند، بسیار ارزان تر و ساده تر دانسته و افزود: «با این ویژگی، هزینهی ساخت یک نانولایه ی با کیفیت، بسیار پایین خواهد آمد».

لایه های شفاف و رسانا به دلیل شفافیت در طول موج های مرئی و رسانایی هم زمان خود، معمولاً به عنوان بهترین الکترود در سلول های خورشیدی و قطعات اپتوالکترونیکی مصارف زیادی دارد. این لایه ها عموماً از نوع n هستند که سعی می شود با تغییر نوع رسانش آنها به نوع p کاربرد این لایه ها در ساخت ادوات اپتوالکترونیکی چون دیودها و ترانزیستورهای شفاف گسترش داده شود.

جزئیات این پژوهش -که در قالب بخشی از پایان نامه ی دوره ی دکتری سیامک گلشاهی با راهنمایی دکتر سید محمد روضاتی انجام شده،- در مجله ی Thin Solid Films (جلد۵۱۸، صفحات ۱۱۵۲- ۱۱۴۹، سال ۲۰۰۹) منتشر شده است.