نانومقیاس

نانومقیاس

طراحی و بهبود عملکرد الکترود رسانای شفاف با استفاده از نانو ساختار چند لایه‌ای و آینه‌ای شکل TiO2/Ag/ZnS/Ag/TiO2

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
میلاد رزم پوش 1
بهرام عابدی روان 2
1 دانشکده فیزیک، دانشگاه تبریز، تبریز،ایران
2 دانشکده علوم پایه، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، تهران
چکیده
در این تحقیق، الکترود رسانای شفاف چند لایه با استفاده از نانو ساختار چند لایه‌ای D/M/D/M/D روی بستر شیشه‌ای طراحی و بهینه‌سازی شد. هدف اصلی این طراحی، بهبود خواص تراگسیلی اپتیکی و مقاومت الکتریکی بود. با استفاده از نرم‌افزار Essential Macleod ، جنس و ضخامت بهینه هر لایه بررسی شد. سپس خواص الکتریکی و اپتیکی نانو ساختار چندلایه‌ای مورد بررسی قرار گرفت. خواصی مانند مقاومت الکتریکی سطحی، تراگسیلی اپتیکی و بازتاب اندازه‌گیری شدند. با توجه به نتایج بدست آمده، بهترین ساختار TiO2/Ag/ZnS/Ag/TiO2 بود که ضخامت لایه‌های نقره nm10، ضخامت لایه‌های ZnS، nm30 و ضخامت لایه‌های TiO2 20 نانومتر به دست آمد. در این شرایط، ضریب شایستگی Ω-11026/0FTC= بدست آمد که بیشترین مقدار آن است و نشان‌دهنده بهترین کارایی ساختار است. همچنین، مقاومت الکتریکی سطحی حدود Ω/sq624/5 و تراگسیلی در ناحیه مرئی برابر با 94.65% به دست آمد. این مقادیر نشان می‌دهند که این ساختار مناسب برای استفاده به عنوان الکترود رسانای شفاف در کاربردهای اپتوالکترونیکی است. بنابراین، ساختار TiO2/Ag/ZnS/Ag/TiO2 می‌تواند به عنوان یک بستر مناسب در تکنولوژی‌های نانوالکترونیکی و اپتوالکترونیکی مورد استفاده قرار گیرد. درواقع الکترود 5 لایه با تقارن آینه ای مبتنی بر لایه‌های D/M/D/M/D در این مقاله بررسی و تاثیر عوامل مختلف از جمله جنس لایه ها، ضخامت و چیدمان لایه‌ها مورد بررسی قرار گرفته و ساختار مناسب تر بهیته سازی شده است که ساختار TiO2/Ag/ZnS/Ag/TiO2 دارای بیشترین شفافیت و رسانایی بوده است.
کلیدواژه‌ها
الکترودهای چند لایه
ساختارهای چند لایه متقارن
نانوساختارهای نوری شفاف
آینه‌ای شکل

موضوعات

عنوان مقاله English

Designing and improving the performance of a transparent conductive electrode using a TiO2/Ag/ZnS/Ag/TiO2 mirror-shaped multilayer nano structure.

نویسندگان English

Milad Razmpoosh 1
Bahram Abedi Ravan 2
1 تبریز _ دانشگاه سراسری تبریز
2 Faculty of Basic Sciences, Shahid Sattari University of Aeronautical Sciences and Technology, Tehran
چکیده English

In this research, a multilayer transparent conductive electrode was designed and optimized using a D/M/D/M/D multilayer nanostructure on a glass substrate. The main purpose of this design was to improve the optical transmission properties and electrical resistance. The optimal material and thickness of each layer were determined using Essential Macleod software. The electrical and optical properties of the multilayer nanostructure were then investigated, including surface electrical resistance, optical transmittance, and reflectance. The results showed that the best structure was TiO2/Ag/ZnS/Ag/TiO2, with silver layers of 10 nm thickness, ZnS layers of 30 nm thickness, and TiO2 layers of 20 nm thickness. Under these conditions, the coefficient of merit FTC=0.11026 Ω was obtained, indicating the highest efficiency of the structure. The surface electrical resistance was approximately 5.624Ω/sq, and the optical transmittance in the visible region was 94.65%. These values demonstrate that this structure is suitable for use as a transparent conductive electrode in optoelectronic applications. Therefore, the TiO2/Ag/ZnS/Ag/TiO2 structure can serve as a suitable substrate in nanoelectronic and optoelectronic technologies. The article focuses on the 5-layer electrode with mirror symmetry based on D/M/D/M/D layers, exploring the influence of various factors such as layer materials, thickness, and arrangement, and optimizing the structure to achieve the highest transparency and conductivity.

کلیدواژه‌ها English

Multilayer electrodes
Symmetric multilayer structures
Optically transparent
Mirror-shaped nanostructures
[1] A. Mallick, D. Basak,”Revisiting the electrical and optical transmission properties of co-doped ZnO thin films as n-type TCOs,” Progress in Materials Science, 96, 86-110, 2018, doi:10.1016/j.pmatsci.2018.03.004.
[2] D. Jayathilake, T. Nirmal Peiris,”Overview on Transparent Conducting Oxides and State of the Art of Low-cost Doped ZnO Systems,” SF J Material Chem Eng, 1(1), 1004, 2018,
[3] B.K. Min, S.D. Choi,”SnO2 thin film gas sensor fabricated by ion beam deposition,”Sensors and Actuators B: Chemical, 98(2-3), 239-246, 2004, doi:10.1016/j.snb.2003.10.023.
[4] S.K. Poznyak, A.N. Golubev, A.I. Kulak,”Correlation between surface properties and photocatalytic and photoelectrochemical activity of In2O3 nanocrystalline films and powders,” Surface science, 454, 396-401, 2000, doi:10.1016/s0039-6028(00)00064-9.
[5] H.R. Fallah, M.J. Vahid,”Substrate temperature effect on transparent heat reflecting nanocrystalline ITO films prepared by electron beam evaporation,” Renewable Energy, 35(7), 1527-1530, 2010, doi:10.1016/j.renene.2009.10.034.
[6] E. Nam, Y.H. Kang, D. Jung, Y.S.  Kim,”Anode material properties of Ga-doped ZnO thin films by pulsed DC magnetron sputtering method for organic light emitting diodes,” Thin Solid Films, 518(22), 6245-6248, 2010, doi:10.1016/j.tsf.2010.02.068.
[7] B.H. Lee, I.G. Kim, S.W. Cho, S.H. Lee,”Effect of process parameters on the characteristics of indium tin oxide thin film for flat panel display application,”Thin Solid Films, 302(1-2), 25-30, 1997, doi:10.1016/s0040-6090(96)09581-8.
[8] J. Yu, N. Wang, Y. Zang, Y. Jiang,”Organic photovoltaic cells based on TPBi as a cathode buffer layer,” Solar Energy Materials and Solar Cells, 95(2), 664-668, 2011, doi:10.1016/j.solmat.2010.09.037.
[9] H.C. Lee, O.O. Park,”Electron scattering mechanisms in indium-tin-oxide thin films: grain boundary and ionized impurity scattering,” Vacuum, 75(3), 275-282, 2004, doi:10.1016/j.vacuum.2004.03.008.
[10] G.F. Wang, X.M. Tao, R.X. Wang, “Flexible organic light-emitting diodes with a polymeric nanocomposite anode,” Nanotechnology, 19(14), 145201, 2008, doi:10.1088/0957-4484/19/14/145201.
[11] M. Neghabi, A. Behjat, S.M.B. Ghorashi, S.M.A. Salehi,”The effect of annealing on structural, electrical and optical properties of nanostructured ZnS/Ag/ZnS films,” Thin Solid Films, 519(16), 5662-5666, 2011, doi:10.1016/j.tsf.2011.03.023.
[12] B.N. Cotier, M.D. Upward, F.H. Jones, P. Moriarty, P.H. Beton,”Atomic scale protection using fullerene encapsulation,” Applied Physics Letters, 78(1), 126-128, 2001, doi:10.1063/1.1336553.
[13] P. Hones, C. Zakri, P.E. Schmid, F. Lévy, O.R. Shojaei,”Oxidation resistance of protective coatings studied by spectroscopic ellipsometry,” Applied Physics Letters, 76(22), 3194-3196, 2000, doi:10.1063/1.126626.
[14] M.N. Shan, S.S Wang, Z.Q. Bian, J.P. Liu, Y.L. Zhao,”Hybrid inverted organic photovoltaic cells based on nanoporous TiO2 films and organic small molecules,” Solar energy materials and solar cells, 93(9), 1613-1617, 2009, doi:10.1016/j.solmat.2009.04.017.
[15] G. Leftheriotis, S. Papaefthimiou, P. Yianoulis,”Development of multilayer transparent conductive coatings,” Solid State Ionics, 136, 655-661, 2000, doi:10.1016/s0167-2738(00)00328-3.
[16] P. Zhao, W. Su, R. Wang, X. Xu, F. Zhang,”Properties of thin silver films with different thickness,”Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 41(3), 387-390, 2009, doi:10.1016/j.physe.2008.08.062.
[17] X. Liu, X. Cai, J. Qiao, J. Mao, N. Jiang,”The design of ZnS/Ag/ZnS transparent conductive multilayer films,” Thin Solid Films, 441(1-2), 200-206, 2003, doi:10.1016/S0040-6090(03)00141-X.
[18] G. Haacke,”New figure of merit for transparent conductors,” Journal of Applied physics, 47(9), 4086-4089, 1976, doi:10.1063/1.323240. 
[19] S.M.A. Durrani, E.E. Khawaja, A.M. Al-Shukri, M.F. Al-Kuhaili,”Dielectric/Ag/dielectric coated energy-efficient glass windows for warm climates,” Energy and Buildings, 36(9), 891-898, 2004, doi:10.1016/j.enbuild.2004.02.003.
[20] M.G. Varnamkhasti, H.R. Fallah, M. Mostajaboddavati, A. Hassanzadeh,”Influence of Ag thickness on electrical, optical and structural properties of nanocrystalline MoO3/Ag/ITO multilayer for optoelectronic applications,” Vacuum, 86(9), 1318-1322, 2012, doi:10.1016/j.vacuum.2011.12.002.
[21] S.A. Maier,” Plasmonics: fundamentals and applications ,” (Vol. 1, p. 245). New York: springer, 2007, doi:10.1007/0-387-37825-1.
[22] H. Ogura, Z.L. Wang,”Surface-plasmon mode on a random rough metal surface: enhanced backscattering and localization,”Physical Review B, 53(15), 10358, 1996, doi:10.1103/physrevb.53.10358.
نانومقیاس
دوره 11، شماره 2
تابستان 1403
صفحه 75-61

  • تاریخ دریافت 08 فروردین 1403
  • تاریخ بازنگری 20 خرداد 1403
  • تاریخ پذیرش 17 تیر 1403