خواص نوري لايه هاي نازك شيشه كالكوژنايد Ga1As39S60 آلاييده با عنصر Er به روش پوشش دهي چرخشي

Optical properties of Erbium doped Ga1As39S60 chalcogenide glass thin films prepared by spin-coating

لايه نشاني چرخشي شيشه هاي كالكوژنايد، روشي مقرون به صرفه و منعطف براي ساخت لايه هاي نازك مورد استفاده در حوزه فوتونيك است. در اين تحقيق لايه هاي نازك شيشه كالكوژنايد Ga1As39S60 آلاييده با 1% اتمي Er به روش پوشش دهي چرخشي لايه نشاني شدند. شيشه ي اوليه در آمپول هاي كوارتزي و با استفاده از روش مرسوم ذوب از عناصر اوليه ( دماي C° 650 و مدت hr 15) در كوره نوساني و كوئنچ تهيه شدند. براي تهيه ي فيلم ها از دو حلال اتيلن دي آمين (EDA) و پروپيل آمين (PA) استفاده شد. از لام هاي شيشه اي (ضريب شكست 51/1) به عنوان زيرلايه استفاده شد. لايه ها پس از پوشش دهي چرخشي (rpm 2000 به مدت s90) در دو مرحله در دماي C° 60 تحت اتمسفر خلاء و دماي C° 150 تحت اتمسفر نيتروژن عمليات حرارتي شدند. خواص نوري لايه ها با استفاده از آناليز UV-Vis و FTIR بررسي شدند. در نتايج UV-Vis، ميزان عبور و لبه ي جذب طول موج كوتاه در لايه ي تهيه شده از حلال PA به ترتيب بيشتر و كمتر از لايه ي تهيه شده از حلال EDA بود. با استفاده از روش Swanepoel ضريب شكست و ضخامت لايه ها به ترتيب در محدوده ي 19/2-96/1 و nm 543-495 محاسبه شدند. با استفاده از برون يابي تائوك، گاف انرژي نوري در محدوده 34/2-16/2 محاسبه شد. نتايج FTIR بيانگر ميزان حلال EDA باقي مانده بالاتري نسبت به PA است. لايه ها در طول موج nm 1550 از خود نشر فوتولومينسانس نشان دادند. طيف RAMAN و نتايج نقشه ي توزيع عناصر در EDS نيز بيانگر پخش يكنواخت Er در شبكه ي شيشه بود و اثري از خوشه اي شدن Er در ساختار مشاهده نشد. با استفاده از تصاوير ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، زبري سطحnm 5/3-3/3 به دست آمد.

Spin-coating of Chalcogenide glasses is a cost-effective and flexible method to produce thin films applicable in photonics. In this paper Er was doped into Ga1As39S60 glass by melt quenching technique and solutions for spin coating were prepared from glass powders dissolved in Propylamine and Ethylendiamine. Substrates used were microscopic slides (refractive index of about 1.51). Applied layers were dried in 60 ℃ vacume for 60 min and then heat treated at 150 ℃ for 60 min in Nitrogen Atmosphere. Influence of solvent type on optical parameters of films and the amount of residual solvent was studied by examining UV visible infrared spectroscopy. According to AFM images, surface roughness of layers was about 3.3-3.5 nm. Although films demonstrated PL emission at 1.55 µm, emission intensity was higher at the films deposited from PA solvent. EDS mapping images showed no clusters of Er within the glass matrix.