تاثیردمای بازپخت برروی ویژگی های نانو ساختاری، مورفولوژی و نوری لایه های اکسید نیکل تهیه شده توسط اکسیژن دهی حرارتی لایه های نیکل انباشتی به روش تبخیر باریکه الکترونی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسنده

گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج، کرج، ایران

چکیده

در این تحقیق،ابتدا لایه های نازک نیکل با روش تبخیر باریکه الکترونی تحت شرایط انباشت یکسان بر روی زیرلایه های سیلیکان و کوارتز لایه نشانی شده و سپس تحت فلوی اکسیژن در دماهای متفاوت C° 700-400 در کوره الکتریکی بازپخت حرارتی شدند. تاثیر دمای بازپخت بر روی ویژگی های ساختاری، مورفولوژیکی و نوری نمونه ها به ترتیب با آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD)، میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) ، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)و طیف سنجی فرابنفش - مرئی بررسی شده است. نتایج آنالیز XRD نشان داد که فاز بلوری نیکل در دمای بازپخت C° 400 ایجاد شده است و با افزایش دما از C° 500 تا C° 700 فازهای بلوری اکسید نیکل قابل مشاهده هستند. تصویرهای AFM و SEM نیز نشان می دهند که دمای بازپخت مورفولوژی و زمختی سطح لایه ها را قویا تحت تاثیر خود قرار داده و با افزایش دمای بازپخت اندازه دانه ها افزایش یافته است. همچنین بااستفاده از داده های عبوری لایه های اکسید نیکل انباشتی بر روی زیر لایه کوارتز مقادیر گاف انرژی لایه های اکسید نیکل محاسبه شده اند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of annealing temperature on nano structural, morphological and optical properties of nickel oxide films prepared by thermal oxidation of nickel films deposited by electron beam evaporation

نویسنده [English]

  • Fatemeh Hajakbari
Department of Physics, Faculty of Science, Islamic Azad University, Karaj Branch, Karaj, Iran
چکیده [English]

In this work, firstly the nickel thin films were deposited on silicon and quartz substrates by electron beam evaporation technique at the same deposition conditions. Then the prepared films were annealed at different temperatures of 400-700 °C in electrical furnace. The effect of annealing temperature on structural, morphological and optical properties of samples were investigated by X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and UV-Vis spectrophotometry. XRD results revealed the formation of crystalline nickel phases in annealing temperature of 400 °C and by increasing of annealing temperature from 500 °C to 700 °C the crystalline nickel oxide phases can be observed. The AFM and SEM images showed that the annealing temperature effectively influenced the morphology and surface roughness of films and the grain sizes increased by annealing temperature enhancement. Also the optical band gap values of nickel oxide films deposited on quartz substrates were calculated from transmittance data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Thin films
  • Nickel
  • Nickel oxide
  • Electron beam evaporation
  • Thermal annealing
  • Nanocrystalline
1] Sh. Hou, A.I. Gavrilyuk, J. Zhao, H. Geng, N. Li, Ch. Hua, K. Zhang, Y. Li, Controllable crystallinity of nickel oxide film with enhanced electrochromic properties, Applied Surface Science 451 (2018) 104-111.

[2] A. Mallikarjuna Reddy, A. Sivasankar Reddy, K.S. Lee, P. Sreedhara Reddy, Growth and characterization of NiO thin films prepared by dc reactive magnetron sputtering, Solid state Sciences 13 (2011) 314-320.

[3] X. Yan, J. Zheng, L. Zheng, G. Lin, H. Lin, G. Chen, B. Du, F. Zhang, Optimization of sputtering NiOx films for perovskite solar cell application, Material Research Bulletin 103 (2018) 150-157

[4] J.H. Oh, S.Y. Hwang, Y.D. Kim, J.H. Song, T.Y. Seong, Effect of different sputtering gas mixtures on the structural, electrical, and optical properties of p-type NiO thin films, Material Science Semiconductor Process 16(2013) 1346-1351.

[5] M.K. Khalaf, R.H. Mutlak, A.I. Khudiar, Q.G. Hial, Influence of discharge voltage on the sensitivity of the resultant sputtered NiO thin films toward hydrogen gas, Physica B 514 (2017) 78-84.

[6] F. Hajakbari, M.T. Afzali, A. Hojabri, Nanocrystalline nickel oxide (NiO) thin films grown on quartz substrates: Influence of annealing temperatures, Acta Physica Polonica A 131 3 (2017) 417-419.

[7] Y. Zhang, Thermal oxidation fabrication of NiO film for optoelectronic devices, Applied Surface Science 344 (2015) 33-37.

 

[8] D.Y. Jiang, J.M. Qin, X. Wang, S. Gao, Q.C. Liang, J.X. Zhao, Optical properties of NiO thin films fabricated by electron beam evaporation, Vacuum 86 (2012) 1083-1086.

[9] S. Pereira, A. Gonçalves, N. Correia, J.Pinto, L. Pereira, R. Martins, E. Fortunato,  Electrochromic behavior of NiO thin filmsdeposited by e-beam evaporation at room temperature, Solar Energy Material Solar Cell 120 (2014) 109-115.

[10] I. Fasaki, A. Giannoudakos, M. Stamataki, M. kompitsas, E. Gy¨orgy, I.N. Mihailescu, F. Roubani-kalantzopoulou, A. Lagoyannis, S. Harissopulos, Nickel oxide thin films synthesized by reactive pulsed laser deposition: characterization and application to hydrogen sensing, Applied Physics A 91 (2008) 487–492.

 [11] F. Miao, Q. Li, B. Tao, P. Chu, Fabrication of highly ordered porous nickel oxide anode materials and their electrochemical characteristics in lithium storage, Journal of Alloys and Compound, 594 (2014) 65- 69.

[12] T.M. Roffi, S. Nozaki, K. Uchida, Growth mechanism of single-crystalline NiO thin films grown by metal organic chemical vapor deposition, Journal of Crystal Growth 451 (2016) 57-64. 

[13] R. Sharma, A.D. Acharya, S.B. Shrivastava, T. Shripathi, V. Ganesan, Preparation and characterization of transparent NiO thin films deposited by spray pyrolysis technique, Optik 125 (2014) 6751-6756.

[14] A. Hojabri, F. Hajakbari, A. Emami Meibodi, M. Moghri Moazen, Influence of thermal oxidation temperatures on the structural and morphological properties of MoO3 thin films, Acta. Physica Polonica A 123 (2013) 307-308.

[15] A. Hojabri, F. Hajakbari, N. Soltanpoor, M. S. Hedayati, Annealing temperature effect on the properties of untreated and treated copper films with oxygen plasma, Journal of Theoretical and Applied Physics 8 (2014) 132.

[16] S. Jalili, F. Hajakbari, A. Hojabri, Effect of silver thickness on structural, optical and morphological properties of nanocrystalline Ag/NiO thin films, Journal of Theoretical and Applied Physics 12(2018)15-22.

[17] I. Horcas, J.M. Fernandez, J.G. Roderiguez, J. Colchero, J.G. Herrero, A.M. Baro, WSXM: A software for scanning probe microscopy and a tool for nanotechnology, Review Scientific Instrument 78 (2007) 013705.