اثر حضور نانوخوشه‌هاي مس به عنوان زيرلايه بر خواص بلوري و نوري لايه دي‌اكسيدتيتانيوم

The effect of copper nano-cluster as sublayer on optical and crystalline properties of titanium dioxide layers

دو نمونه از نانوخوشه­هاي مس روي بسترهايي از كوارتز با ضخامت 10 نانومتر و 20 نانومتر رشد داده شدند. هر نمونه با يك لايه دي­اكسيدتيتانيوم به ضخامت 300 نانومتر پوشش داده شد. براي مقايسه لايه دي­اكسيدتيتانيوم با ضخامت 300 نانومتر روي بسترهاي كوارتز نيز لايه­نشاني شدند. همه لايه­ها به روش رسوب­دهي فيزيكي بخار (PVD) و با استفاده از دستگاه لايه­نشاني با باريكه الكتروني (EBD) تهيه شدند. اثر نانوخوشه­هاي مس بر ريخت­شناسي سطح، اندازه دانه­ها، مرزدانه­ها، ساختار و فازهاي بلوري و برخي از خواص نوري مانند جذب و عبور لايه دي­اكسيدتيتانيوم بررسي شدند. ريخت­شناسي سطح لايه­­ها با ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني (FESEM) و ساختار بلوري لايه­ها و تبديل­هاي فازي در اثر عمليات گرمايي با استفاده از پراش پرتو ايكس (XRD) بررسي شدند. از طيف­سنجي فرابنفش-مرئي براي تجزيه و تحليل جذب و عبور لايه­هاي دي­اكسيدتيتانيوم استفاده شد. حضور نانوخوشه­هاي مس به عنوان زير لايه باعث افزايش زبري لايه­هاي TiO2 و تسهيل تبديل فاز آناتاز به روتيل در اين لايه­ها مي­شود. علاوه براين در حضور زير لايه نانوخوشه­هاي مس، گاف انرژي لايه TiO2 كاهش مي­بايد و جذب نوري آن در ناحيه مرئي بهبود مي­يابد.

Two 10 and 20nm samples of Cu nano-cluster were grown on quartz substrates with a thickness of by electron beam deposition method. Nanolayers of titanium dioxide with a thickness of 300 nm were deposited on these Cu nano-cluster layers. For comparison، a layer of titanium dioxide with a thickness of 300 nm was also coated on quartz substrate. All coatings were conducted using electron-beam physical vapor deposition. The effect of Cu nano- cluster thickness on the surface morphology، grain size، grain boundaries، crystalline structure and phases, and optical properties of titanium dioxide layers were studied. The Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM) was used to analyze the surface morphology of prepared layers. Moreover, the crystalline structure of layers and phase transitions on heat treatment were studied using X-Ray Diffraction (XRD). The UV-Visible spectroscopy was used to analyze of the absorption and transmission spectra of titanium dioxide layers. Presence of Cu nano-cluster layers as sublayer increases surface roughness of the obtained TiO2 layers and facilitates the phase transformation TiO2 from anatase to rutile. Furthermore, presence of Cu nano-cluster sublayer decreases TiO2 band gap energy for visible light absorption.