بررسی اثر غلظت وانادیوم بر خواص اپتیکی و الکتریکی لایه نازک نانو ساختار دی اکسید تیتانیوم تهیه شده به روش سل - ژل

در این پژوهش، لایه نازک دی اکسید تیتانیوم آلاییده شده با وانادیوم با غلظت های مختلف ( 5/1،0 و 5 درصد وزنی) به روش سل-ژل بر روی زیرلایه های شیشه ای رسوب داده شد. خواص ساختاری، آنالیز عنصری، الکتریکی، اپتیکی و زبری سطح لایه های نازک به ترتیب توسط روش های XRD، DES، LCR meter، طیف سنجی UV-Vis و AFM مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج الگوی XRD نشان داد که لایه های نازک دارای ساختار پلی کریستالی تتراگونال و تک فاز آناتاز است. همچنین مشاهده می شود، با افزایش غلظت وانادیوم اندازه بلورینگی دی اکسید تیتانیم کاهش می یابد؛ به گونه ای که اندازه متوسط بلورک ها از 17 نانومتر برای دی اکسید تیتانیم خالص به حدود 7 نانومتر در حالت آلائیده شده (1 درصد وزنی) کاهش یافته است. به علاوه، هیچ فازی مربوط به اکسید وانادیم به علت جایگزینی وانادیم در موقعیت تیتانیم در ساختار دی اکسید تیتانیم تشکیل نشده است. همچنین تصویر FE-SEM از سطح مقطع لایه نازک دی اکسید تیتانیم الائیده شده نشان می دهد که ضخامت لایه حدود 536 نانومتر بوده و دانه ها به صورت پیوسته روی یکدیگر رشد کرده و ساختار پلی کریستالی را تشکیل داده اند. رافنس لایه های نازک دی اکسید تیتانیم خالص و آلائیده شده با وانادیوم حدود 14/3 نانومتر و 87/0 نانومتر اندازه گیری شد. مقاومت الکتریکی لایه های نازک TiO2 و آلاییده شده با 5/0، 1 و5 درصد وزنی به ترتیب مقادیر Ω cm 107×7/16 ، Ω cm 107×7/7 ، Ω cm 107×7/1 و Ω cm 107×8/12 به دست آمد. علت افزایش مقاومت در 5 درصد، کاهش موبیلیته با افزایش غلظت حامل ها است. مقدار انرژی شکاف نوار با اضافه کردن وانادیم به دی اکسید تیتانیوم از eV 71/3 به eV 44/3 کاهش یافته و در نتیجه لبه جذب به طرف طول موج های بلندتر جابجا شد.