Ushbu tadqiqot volfram trioksid, ya’ni WO₃ yupqa plyonkalariga uglerodni nazorat qilinadigan tarzda kiritish va bu uglerod miqdorini atom qatlamini cho‘ktirish usuli yordamida qanday boshqarish mumkinligini o‘rganadi. Tadqiqotchilar WO₃/C plyonkalarini olish uchun birinchi reaktiv sifatida bis(siklopentadienil) volfram dihidrid, ya’ni WH₂Cp₂, ikkinchi reaktiv sifatida esa ozon, ya’ni O₃, dan foydalangan. Plyonkalar ham monokristall kremniy sirtlariga, ham indiy-qalay oksidi, ya’ni ITO nano/tolachasimon tuzilmalar ustiga cho‘ktirilgan.

Tadqiqotning asosiy g‘oyasi shuki: ozon impulslarining davomiyligi yetarlicha qisqa saqlansa, organik prekursor molekulasidan kelgan uglerod to‘liq olib tashlanmaydi va plyonka ichida amorf uglerod fazasi qolishi mumkin. Ushbu uglerod miqdorini cho‘ktirish haroratini o‘zgartirish orqali boshqarish mumkin. Tajribalarda 150–325°C oralig‘i o‘rganilgan; o‘sish tezligi ayniqsa 150–250°C oralig‘ida xatolik chegarasida asosan barqaror qolgan, yuqoriroq haroratlarda esa WH₂Cp₂ prekursorining parchalanishi bilan bog‘liq qo‘shimcha o‘sish ta’sirlari paydo bo‘lishi mumkinligi ko‘rsatilgan.

Olingan plyonkalar jigarrang ko‘rinishga ega. Tadqiqotga ko‘ra bu rang plyonka ichida yuqori darajada tarqalgan amorf uglerod fazasidan kelib chiqadi. Xarakterizatsiya natijalari uglerod kristall grafit yoki aniq volfram karbidi ko‘rinishida emas, balki sp² va sp³ gibridlangan uglerod atomlarini taqqoslanadigan nisbatlarda o‘z ichiga olgan, vodorodi kam amorf uglerod subdonachalari shaklida mavjudligini ko‘rsatadi. Tadqiqotchilar shuningdek amorf uglerod WO₃ ustida “niqoblash” ta’sirini ko‘rsatib, ishqoriy muhitda yemirilishni qiyinlashtirishini bildiradi.

Ushbu tadqiqot WO₃ asosidagi fotodetektorlar, elektroxrom qurilmalar, fotokatalizatorlar, gaz sensorlari va litiy-ion batareya anodlari kabi qo‘llanmalar uchun bevosita qurilma samaradorligini bermaydi. Buning o‘rniga, uglerod saqlovchi WO₃ yupqa plyonkalarini ALD orqali qanday olish mumkinligini, uglerod miqdori harorat bilan qanday o‘zgartirilishini va hosil bo‘lgan plyonkalarning kimyoviy, strukturaviy, morfologik va optik xususiyatlari qanday bo‘lishini batafsil ko‘rsatadi.

Volfram trioksid, kimyoviy formulasi WO₃, yarim o‘tkazgich xususiyatiga ega muhim metall oksid materialidir. Tadqiqotda WO₃ ning taqiqlangan zona kengligi kristall tuzilishga qarab taxminan 1,8–3,3 eV oralig‘ida o‘zgarishi mumkinligi qayd etilgan. Ushbu zona kengligi material qaysi yorug‘lik energiyalarini yuta olishi va elektronlarning qo‘zg‘alib o‘tkazuvchanlik holatiga o‘tishi qanchalik osonligini belgilaydi. WO₃ fotoxromizm, yorug‘likka sezgirlik, elektroxromizm, katalitik faollik va gazni aniqlash kabi xususiyatlari tufayli anchadan beri yupqa plyonka texnologiyalarida qiziqish uyg‘otib keladi.

Ushbu materialning qo‘llanish sohalari keng. WO₃ plyonkalari fotodetektorlar, fotokatalizatorlar, elektroxrom oynalar, gaz sensorlari va litiy-ion batareya anodlarida ishlatilishi mumkin. Elektroxrom qurilmalarda WO₃ berilgan elektr potensialiga qarab rangini yoki optik o‘tkazuvchanligini o‘zgartirishi mumkin. Fotokatalizda yorug‘lik bilan qo‘zg‘alib kimyoviy reaksiyalarni tezlashtirishi mumkin. Gaz sensorlarida esa sirtga adsorbsiyalangan gaz molekulalari tufayli elektr yoki optik xususiyatlari o‘zgarishi mumkin.

Biroq sof WO₃ har bir qo‘llanma uchun eng samarali shakl bo‘lmasligi mumkin. Shu sababli WO₃ ko‘pincha boshqa elementlar bilan legirlanadi yoki kompozit tuzilmalarda matritsa sifatida ishlatiladi. Uglerod bu nuqtada alohida rol o‘ynaydi. Adabiyotlarda uglerod qo‘shilishi WO₃ ning yorug‘likni yutish xususiyatlarini o‘zgartirishi, taqiqlangan zona kengligini toraytirishi, ko‘rinadigan diapazonda optik yutilishni oshirishi va ayrim qo‘llanmalarda fototok yoki batareya sig‘imi kabi ko‘rsatkichlarni yaxshilashi mumkinligi bildirilgan. Ushbu tadqiqotning o‘zi bevosita qurilma samaradorligini o‘lchamaydi; biroq uglerod saqlovchi WO₃ plyonkalarini olish uchun boshqariladigan usul taklif qilishni maqsad qiladi.

Tadqiqotning asosiy muammosi — WO₃ plyonkasi ichiga uglerodni qanday qilib nazorat ostida kiritish mumkinligi. Uglerod ba’zan istalmagan qoldiq sifatida qaraladi; chunki metall-organik prekursorlardan kelgan organik guruhlar plyonkada aralashma qoldirishi mumkin. Ammo bu yerda tadqiqotchilar bu holatni faqat nuqson emas, balki boshqariladigan kompozit plyonka olish imkoniyati sifatida ko‘rmoqda. Agar uglerod miqdori sozlansa, WO₃/C plyonkalari optik, kimyoviy va elektrokimyoviy qo‘llanmalarda yangi xususiyatlarni namoyon qilishi mumkin.

Shu nuqtada atom qatlamini cho‘ktirish, ya’ni ALD (Atomic Layer Deposition), tadqiqotning markaziga chiqadi. ALD — sirtning o‘zini o‘zi cheklovchi ketma-ket kimyoviy reaksiyalari orqali juda yupqa plyonka olish usuli. Oddiy qoplama usulidan farqli ravishda ALDda plyonka o‘sishi sikllar bilan kechadi. Bir reaktiv sirtga yuboriladi, sirtga birikadi, ortiqchasi tozalanadi; keyin ikkinchi reaktiv yuboriladi, reaksiya yakunlanadi va yana tozalanadi. Ushbu sikl ko‘p marta takrorlanganda plyonka qalinligini nanometr miqyosida aniq boshqarish mumkin.

ALDning ushbu tadqiqot uchun ikki katta afzalligi bor. Birinchisi — plyonka qalinligini aniq boshqarish. Ikkinchisi — murakkab geometriyali sirtlarni qoplash imkoniyati. Tadqiqotda faqat tekis kremniy sirtlari emas, balki ITO tolachalaridan tashkil topgan uch o‘lchamli sirt ham qoplangan. Bu muhim; chunki elektroxrom yoki fotokatalitik qurilmalarda yuqori sirt maydoniga ega uch o‘lchamli “core-shell”, ya’ni yadro-qobiqsimon tuzilmalar samaradorlik nuqtayi nazaridan foydali bo‘lishi mumkin.

Tadqiqotda WO₃/C plyonkalarini olish uchun ishlatilgan birinchi reaktiv bis(siklopentadienil) volfram dihidrid, ya’ni WH₂Cp₂. Ushbu molekula volfram saqlaydi; shu bilan birga siklopentadienil halqalari tufayli uglerod va vodorodli organik guruhlarga ega. Ikkinchi reaktiv esa ozon, ya’ni O₃. Ozon kuchli oksidlovchi bo‘lib, odatda organik qoldiqlarni olib tashlashga, volframni oksidlashga va WO₃ fazasini hosil qilishga yordam beradi. Ammo ozon impulsi qisqa saqlansa, organik qismlar to‘liq oksidlanib olib tashlanmaydi. Natijada plyonkada uglerod qolishi mumkin.

Bu mexanizmni kundalik misol bilan shunday tasavvur qilish mumkin: bir sirtni tozalash uchun kuchli tozalagich ishlatayotganingizni o‘ylang. Tozalagich yetarlicha uzoq qo‘llansa, sirtdagi organik qoldiqlar deyarli yo‘qoladi. Ammo qo‘llash vaqti qisqa bo‘lsa, qoldiqning bir qismi sirtida qoladi. Bu yerda ham ozon organik prekursor qoldiqlarini oksidlovchi kuchli “kimyoviy tozalagich” kabi ishlaydi; qisqa ozon impulsi esa uglerodning butunlay ketishiga to‘sqinlik qilishi mumkin. Albatta, bu faqat tushuntirishni osonlashtiruvchi o‘xshatish; haqiqiy jarayon sirt kimyosi, oksidlanish, prekursor parchalanishi va plyonka o‘sishi kabi ancha murakkab hodisalarning yig‘indisidir.

Tadqiqotchilar plyonka cho‘ktirish jarayonlarini Picosun R-150 ALD tizimida bajargan. WH₂Cp₂ bug‘latgichi 120°C da ushlab turilgan. Ozon oqim tezligi 150 ml/min sifatida berilgan. Azot gazi ham tashuvchi, ham purge, ya’ni tozalash gazi sifatida ishlatilgan. WH₂Cp₂ liniyasidagi N₂ oqimi 150 ml/min, boshqa liniyalardagi N₂ oqimi 50 ml/min qilib sozlangan. O₃ impuls davomiyligi 4 soniya, O₃ tozalash davomiyligi 20 soniya, WH₂Cp₂ tozalash davomiyligi esa 30 soniya qilib belgilangan. Tajribalar taxminan 1000±200 Pa bosimda va 150–325°C harorat oralig‘ida o‘tkazilgan.

Tadqiqotda plyonka o‘sish tezligi plyonka qalinligini sikllar soniga bo‘lish orqali hisoblangan. Usulni tushuntirish uchun bu bog‘lanish quyidagicha yozilishi mumkin:

\[ G = \frac{\bar{t}}{N} \]

Bu yerda \(G\) o‘rtacha o‘sish tezligini, \(\bar{t}\) taglikning to‘qqiz nuqtasida o‘lchangan plyonka qalinligining arifmetik o‘rtachasini, \(N\) esa ALD sikllari sonini bildiradi. Ushbu formula bitta ALD siklida o‘rtacha necha nanometr plyonka hosil bo‘lishini ko‘rsatadi. Tadqiqotda o‘sish tezligi odatda nm/sikl birlikda berilgan.

Birinchi tajriba seriyasi WH₂Cp₂ impuls davomiyligining sirtni to‘yintirish uchun qancha bo‘lishi kerakligini aniqlash uchun o‘tkazilgan. 250°C va 250 sikl sharoitida WH₂Cp₂ impuls davomiyligi 0,5 soniyadan 4 soniyagacha o‘zgartirilgan. O‘sish tezligi 0,5 soniyada taxminan 0,047 nm/sikl bo‘lgan bo‘lsa, 4 soniyada taxminan 0,064 nm/siklga ko‘tarilgan. Ammo 3–4 soniya oralig‘ida o‘sish tezligi deyarli o‘zgarmagan. Bu sirt reaktiv bug‘ molekulalari bilan to‘yinganini ko‘rsatadi. Shu sababli keyingi tajribalarda WH₂Cp₂ impuls davomiyligi 3 soniya qilib tanlangan.

Bu natija ALD mantig‘i uchun muhim. Ideal ALD jarayonida sirt to‘yingach, reaktiv impulsini uzaytirish ko‘proq o‘sish bermaydi; chunki sirtdagi faol markazlar to‘lgan bo‘ladi. Agar impuls davomiyligi oshgani sari o‘sish cheksiz oshishda davom etsa, jarayon ALDdan ko‘ra kimyoviy bug‘ cho‘ktirish, ya’ni CVDga yaqinlashgan bo‘lardi. Bu yerda 3–4 soniyada kuzatilgan to‘yinish xatti-harakati tanlangan impuls davomiyligining ALD uchun mosligini qo‘llab-quvvatlaydi.

Ikkinchi muhim tajriba haroratning plyonka o‘sish tezligiga ta’sirini o‘rgangan. WH₂Cp₂ impulsi 3 soniya qilib o‘zgarmas saqlangan, taglik harorati esa 150–325°C oralig‘ida o‘zgartirilgan. Natijalarga ko‘ra 150–250°C oralig‘ida o‘sish tezligi xatolik chegarasida taxminan barqaror qoladi. Ushbu interval ALD uchun mos harorat oynasi sifatida talqin qilinishi mumkin. 250°C dan 275°C va undan yuqori haroratlarga ko‘tarilganda o‘sish tezligi oshgan. Tadqiqotchilar buni WH₂Cp₂ prekursorining parchalanishni boshlashi bilan bog‘laydi.

Bu yerda ALD va CVD o‘rtasidagi farq yana muhimlashadi. ALDda sirt reaksiyasi o‘zini o‘zi cheklashi kerak. Ammo prekursor molekulasi yuqori haroratda o‘z-o‘zidan parchalanadigan bo‘lsa, sirt to‘yinishidan tashqari qo‘shimcha plyonka hosil bo‘lishi mumkin. Tadqiqotda buni tekshirish uchun ozon impulsisiz, faqat WH₂Cp₂ impulslari bilan ikki tajriba o‘tkazilgan. 250°C da sezilarli plyonka hosil bo‘lmagan, 325°C da esa taxminan 0,8 nm qalinlikdagi pirolitik qatlam hosil bo‘lgan. Bu 325°C da o‘sish tezligi oshishining taxminan %32’i piroliz hisobiga bo‘lishi mumkinligini ko‘rsatadi.

Uchinchi tajriba seriyasi plyonka qalinligining ALD sikllari soni bilan qanday o‘zgarishini o‘rgangan. 250°C da va 3 soniyalik WH₂Cp₂ impulsi bilan 50–250 sikl oralig‘ida o‘sish tekshirilgan. Qalinlik ushbu intervalda sikllar soni bilan taxminan chiziqli o‘sgan. Biroq chiziq x o‘qiga davom ettirilganda koordinata boshidan o‘tmaydi. Bu dastlabki sikllarda o‘sish to‘liq chiziqli boshlanmasligini ko‘rsatadi. Bunday xatti-harakat ALDda tez-tez uchraydi; chunki dastlab taglik sirtining adsorbsiya xususiyatlari hosil bo‘layotgan plyonka sirtinikidan farq qilishi, sirt ifloslangan bo‘lishi yoki gaz dinamikasi dastlabki sikllarda boshqacha kechishi mumkin.

Tadqiqotning faqat tekis kremniy sirtlari bilan cheklanmagani muhim. Tadqiqotchilar WO₃/C plyonkalarini ITO tolachalar qatlamlari ustiga ham cho‘ktirgan. ITO — indiy-qalay oksidi bo‘lib, optik jihatdan shaffof va elektr o‘tkazuvchan oksid materialidir. Tadqiqotda ITO tolachalar elektron-nurli bug‘latish usuli bilan borosilikat shisha ustida hosil qilingan. Boshlang‘ich material %90 massa bo‘yicha In₂O₃ va %10 massa bo‘yicha SnO₂ saqlagan yuqori tozalikdagi ITO granulalaridir. Cho‘ktirish 550°C da bajarilgan, cho‘ktirish tezligi 10 nm/min deb berilgan va jarayondan keyin namunalar 550°C da azot atmosferasida 10 daqiqa ushlab turilgan.

ITO tolachalar qatlamining balandligi taxminan 700 nm, bitta kristall diametri taxminan 18 nm deb berilgan. WO₃/C cho‘ktirilgandan keyin tolachalar diametri oshgan va ularning orasidagi bo‘shliqlarning bir qismi WO₃/C qatlami bilan to‘lgan. Bu ALDning murakkab va yuqori sirt maydonli tuzilmalarga kirib borish afzalligini ko‘rsatadi. Ammo tadqiqotda ushbu tuzilmaning elektroxrom yoki fotokatalitik samaradorligi o‘lchanmagan; faqat morfologiya va optik o‘tkazuvchanlik jihatidan baholangan.

ITO ustidagi WO₃/C tuzilmalarining optik o‘tkazuvchanlik spektrlarida ko‘rinadigan va yaqin infraqizil sohada aniq fon yutilishi, ko‘k soha va yaqin UVda esa o‘tkazuvchanlikning kamayishi kuzatilgan. Namunaning jigarrang ko‘rinishi ham ushbu optik xatti-harakatga mos. Sof WO₃ plyonkali o‘xshash tuzilmalarda bunday rang kutilmagani uchun, tadqiqotchilar jigarrang tus va o‘tkazuvchanlikning pasayishini plyonkadagi qo‘shimcha uglerod fazasi bilan bog‘laydi. Ayniqsa, yuqori darajada tarqalgan amorf uglerod ko‘rinadigan diapazonda fon yutilishini hosil qilishi mumkinligi ta’kidlangan.

Kimyoviy va strukturaviy xarakterizatsiya uchun 175°C, 250°C va 325°C da kremniy ustida tayyorlangan plyonkalar tanlangan. SEM tasvirlarida 175°C va 250°C da tayyorlangan plyonkalar qo‘llangan o‘lchash sharoitlarida aniq sirt kontrastini ko‘rsatmagan; bu sirtlar nisbatan silliq bo‘lishi mumkinligini anglatadi. 325°C da tayyorlangan plyonkada esa aniq donador sirt kontrasti kuzatilgan. Bu natija yuqori haroratda plyonka morfologiyasi dag‘alroq va donadorroq bo‘lishini ko‘rsatadi.

XRD natijalariga ko‘ra, 325°C da olingan plyonkada kubik WO₃ fazasiga tegishli (100), (110) va (210) akslanishlar kuzatilgan. Eng aniq akslanish (100) tekisligiga tegishli. 175°C va 250°C namunalarida esa faqat zaif akslanishlar kuzatilgan. Tadqiqotchilar plyonkalar umuman olganda amorf ekanini va WO₃ matritsasi ichida kam miqdorda zarrachalar mavjudligini bildiradi. Ya’ni plyonka to‘liq yaxshi kristallangan WO₃ qatlam emas; haroratga bog‘liq amorf tuzilma, kichik subdonachalar va uglerod fazasi birgalikda ko‘rib chiqilishi kerak.

XRR, ya’ni rentgen nurlarini qaytarish o‘lchovlari plyonkalar zichligi va sirt g‘adir-budurligi haqida ma’lumot bergan. 175°C da tayyorlangan plyonka uchun zichlik 6,7 g/cm³, RMS g‘adir-budurlik 0,7 nm. 250°C da zichlik 6,5 g/cm³, g‘adir-budurlik 0,5 nm. 325°C da esa zichlik 5,7 g/cm³ gacha tushgan, g‘adir-budurlik 2,2 nm gacha oshgan. Sof monokristall WO₃ zichligi taxminan 7,2 g/cm³ deb berilgani uchun, pastroq zichlik qiymatlari plyonka ichida WO₃ dan zichligi pastroq faza mavjudligini qo‘llab-quvvatlaydi. Tadqiqotda bu faza amorf uglerod bilan bog‘langan.

XPS, ya’ni rentgen fotoelektron spektroskopiyasi plyonkalarning sirt kimyoviy tarkibi va bog‘lanish holatlarini o‘rganish uchun ishlatilgan. Barcha namunalar sirtida uglerod, kislorod va volfram topilgan. Sirt qatlamidagi uglerod atom foizi harorat bilan oshgan: 175°C da %35,66, 250°C da %37,03, 325°C da esa %42,54 uglerod o‘lchangan. Kislorod ulushi harorat bilan kamaygan, volfram ulushi ham sirt tahlilida biroz pasaygan. Ushbu sirt qiymatlari havodan adsorbsiyalangan uglerod va kislorod turlarini ham o‘z ichiga olishi mumkinligi sababli, ularni to‘g‘ridan-to‘g‘ri plyonkaning hajmiy tarkibi deb bo‘lmaydi; ammo harorat bilan uglerod ortishi tendensiyasini qo‘llab-quvvatlaydi.

W4f XPS spektridagi 35,8 eV va 37,9 eV atrofidagi W4f_7/2 va W4f_5/2 piklari volframning WO₃ ichidagi W⁶⁺ oksidlanish holatiga mos keladi. Bu boshlang‘ich plyonkalarda volfram asosan WO₃-simon oksid shaklida ekanini ko‘rsatadi. Kuchliroq ion bilan yemirishdan keyin W⁵⁺, W⁴⁺ va volfram karbidiga o‘xshash signallar kuzatilgan; biroq tadqiqotchilar ular dastlabki plyonkada avvaldan mavjud fazalar emas, balki ion nuri ta’sirida hosil bo‘lgan sirt aralashuvi va qaytarilish mahsulotlari bo‘lishi mumkinligini alohida muhokama qiladi. Bu talqin muhim; chunki XPS chuqurlik profilida ishlatilgan argon ionlari materialni faqat “tozalamaydi”, balki kimyoviy tuzilmani ham o‘zgartirishi mumkin.

Shu sababli tadqiqotda tarkibni baholash muhim yondashuvlarni talab qiladi. Tadqiqotchilar kislorod/volfram nisbatini yemirilmagan yuqori aniqlikdagi spektrlardan, uglerod/volfram nisbatini esa adsorbatlar yengil ion ishlovi bilan olib tashlangandan keyin baholaydi. Shu yondashuvga ko‘ra 175°C, 250°C va 325°C da olingan plyonkalar uchun taxminiy stoxiometriyalar quyidagicha berilgan:

\[ WO_{2.56}C_{0.72} \]

\[ WO_{2.56}C_{0.63} \]

\[ WO_{2.66}C_{0.98} \]

Bu yerda W volfram atomini, O kislorod atomini, C uglerod atomini bildiradi. Pastki indekslar bitta volfram atomiga to‘g‘ri keladigan taxminiy kislorod va uglerod nisbatlarini ko‘rsatadi. Masalan, [ WO_{2.56}C_{0.63} ] ifodasi 250°C da tayyorlangan plyonka uchun har bir volfram atomiga taxminan 2,56 kislorod va 0,63 uglerod to‘g‘ri kelishi hisoblanganini anglatadi. Bular ideal va aniq kristall formulalar emas, balki tadqiqotdagi farazlar va XPS baholashiga asoslangan taxminiy tarkib ifodalaridir.

Tadqiqotning eng e’tiborli natijalaridan biri amorf uglerod hajmiy ulushini harorat orqali o‘zgartirish mumkinligidir. Qo‘llangan baholash usuliga ko‘ra 175°C da tayyorlangan plyonkalarda amorf uglerod ulushi 9,6±0,4 hajm %, 250°C da 13,5±0,4 hajm %, 325°C da esa 28,8±0,4 hajm % deb hisoblangan. Bu natija uglerodning faqat mavjudligi emas, balki cho‘ktirish harorati bilan sozlanishi mumkinligini ko‘rsatadi.

Bu bog‘lanish tadqiqotning asosiy xabarlaridan biridir:

\[ T_{dep} \uparrow \Rightarrow C_{amorf} \uparrow \]

Bu yerda \(T_{dep}\) cho‘ktirish haroratini, \(C_{amorf}\) esa plyonkadagi amorf uglerod ulushini anglatadi. Ushbu formula tadqiqotda to‘g‘ridan-to‘g‘ri tenglama sifatida berilmagan; natijalarni sodda tarzda umumlashtirish uchun ishlatilishi mumkin. Mazmuni shuki: tajriba sharoitlari bir xil saqlanganda, harorat oshgani sari plyonkadagi amorf uglerod miqdori ortadi.

Ammo haroratning oshishi faqat uglerod miqdorini ko‘paytirmaydi; plyonka tuzilishini ham o‘zgartiradi. 325°C da o‘sish tezligining ortishi, pirolitik hissasi paydo bo‘lishi, sirt g‘adir-budurligining oshishi va zichlikning pasayishi birgalikda ko‘rilganda, yuqori haroratda ALD ideal o‘zini o‘zi cheklovchi rejimdan uzoqlasha boshlashi ko‘rinadi. Shu sababli “ko‘proq uglerod” har doim “yaxshiroq plyonka” degani emas. Qo‘llanmaga qarab kerakli uglerod ulushi, sirt silliqligi, zichlik, optik o‘tkazuvchanlik va kimyoviy chidamlilik birgalikda optimallashtirilishi kerak.

IR spektroskopiyasi plyonkadagi kimyoviy bog‘larni tushunish uchun ishlatilgan. 250°C da olingan WO₃/C plyonkada 500–1000 cm^-1 oralig‘ida aniq yutilish tasmasi kuzatilgan. Ushbu diapazon WO₃ uchun xarakterlidir. Tadqiqotda 620 va 690 cm^-1 atrofidagi komponentlar W-O bog‘ tebranishlari va W-O-W ko‘priklari bilan bog‘liq bo‘lishi mumkinligi aytiladi. 756 va 832 cm^-1 atrofida boshqa deformatsion modalar ham kuzatilgan. Tadqiqotchilar bunday spektral xatti-harakat WO₆ oktaedrik tarmog‘idagi tartibning amorf uglerod subdonachalari bilan buzilishi ta’sirida bo‘lishi mumkinligini muhokama qiladi.

IR spektrida volfram karbidiga xos kuchli tasmaning ko‘rinmasligi muhim. Volfram karbidi uchun 1000–1400 cm^-1 oralig‘ida aniq tasma kutilishi mumkin. Ushbu tasmaning kuzatilmagani boshlang‘ich plyonkalarda sezilarli miqdorda volfram karbidi yo‘qligi talqinini qo‘llab-quvvatlaydi. Bu XPS yemirishidan keyin ko‘ringan WC-simon signallar ehtimol ion ta’sirida hosil bo‘lgan degan fikrga mos.

Uglerod fazasining vodorod miqdori haqida ham IR spektri ma’lumot beradi. Vodorodli DLC, ya’ni diamond-like carbon plyonkalarida 2700–3000 cm^-1 oralig‘ida C-H cho‘zilish tebranishlari ko‘rinishi kutiladi. Tadqiqotda bu sohada aniq yutilish kuzatilmagani uchun amorf uglerod fazasining vodorodi kam degan xulosaga kelingan. Bu natija uglerod polimerga o‘xshash vodorodli organik qoldiqdan ko‘ra zichroq, vodorodi kam amorf uglerod fazasi ekanini ko‘rsatadi.

Uglerodning gibridlanish holati ham tadqiqotning muhim kimyoviy talqinlaridan biridir. C1s spektridagi komponentlar uglerod ham sp², ham sp³ gibridlangan atomlarni o‘z ichiga olishini ko‘rsatadi. sp² gibridlangan uglerod grafit/grafen-simon tekis bog‘lanish xususiyati bilan, sp³ gibridlangan uglerod esa olmosga o‘xshash tetraedrik bog‘lanish bilan bog‘lanishi mumkin. Bu yerda plyonka sof grafit yoki sof olmosga o‘xshash uglerod emas; ikki xususiyat taqqoslanadigan nisbatlarda mavjud bo‘lgan amorf uglerod tuzilmasidir.

Tadqiqotda ishqoriy yemirish sinovi ham o‘tkazilgan. WO₃ plyonkalari odatda ishqoriy muhitda osonroq ta’sirlanishi kutiladi. Ammo olingan WO₃/C plyonkalar 10 massa % kaliy gidroksid eritmasida ikki soat ushlab turilgandan keyin to‘liq erimagan; qisman delaminatsiya va gumbazsimon morfologiya kuzatilgan. Tadqiqotchilar bu xatti-harakatni amorf uglerodning WO₃ ustida niqoblash ta’siri ko‘rsatishi bilan izohlaydi. Uglerod fazasi WO₃ subdonachalari yoki don chegaralarini qoplab, ishqoriy muhitning oksid fazasiga yetib borishini qiyinlashtirishi mumkin.

Bu topilma qo‘llanmalar nuqtayi nazaridan qiziq. Agar amorf uglerod WO₃ ning kimyoviy chidamliligini oshirsa, WO₃/C plyonkalari ayrim og‘ir elektrokimyoviy yoki kimyoviy muhitlarda sof WO₃ dan boshqacha tutishi mumkin. Biroq ushbu tadqiqot bu yo‘nalishda keng qamrovli elektrokimyoviy chidamlilik yoki qurilma samaradorligi sinovini o‘tkazmagan. Shuning uchun “WO₃/C har qanday sharoitda chidamliroq” degan umumiy xulosa chiqarib bo‘lmaydi. Tadqiqot aytadigan narsa torroq: ayni tajriba sharoitlarida plyonka ishqoriy yemirishga kutilganidan chidamliroq bo‘lgan va bu holat amorf uglerodning niqoblash ta’siri bilan bog‘langan.

Tadqiqotning grafik va tasvirlari ushbu natijalarni qo‘llab-quvvatlaydigan tarzda tuzilgan. WH₂Cp₂ impuls davomiyligiga qarshi o‘sish tezligi grafigi sirt to‘yinishiga 3 soniya yetarli ekanini ko‘rsatadi. Haroratga qarshi o‘sish tezligi grafigi 150–250°C oralig‘ida deyarli barqaror ALD oynasi mavjudligini, yuqoriroq haroratlarda esa o‘sish tezligi ortishini ko‘rsatadi. Sikl soniga qarshi qalinlik grafigi 50–250 sikl oralig‘ida taxminan chiziqli o‘sishni qo‘llab-quvvatlaydi. SEM tasvirlari ITO tolachalari WO₃/C bilan qoplanganini va yuqori haroratda sirt donadorlashganini ko‘rsatadi. XRD grafigi yuqori haroratda WO₃ akslanishlari aniqroq paydo bo‘lganini, boshqa namunalarda esa amorf xususiyat ustunligini ko‘rsatadi. XPS spektrlari sirtida C, O va W borligini va volfram dastlab asosan W⁶⁺ holatda ekanini ko‘rsatadi. IR spektri esa WO₃ bog‘lari, vodorodi kam uglerod fazasi va boshlang‘ich plyonkalarda volfram karbidi aniq emasligini qo‘llab-quvvatlaydi.

Bugungi texnologiya nuqtayi nazaridan bunday plyonkalar ayniqsa optik va elektrokimyoviy tizimlar uchun salohiyatga ega. Uglerod saqlovchi WO₃ tuzilmalari ko‘rinadigan yorug‘lik yutilishini oshirishi, elektroxrom xatti-harakatni o‘zgartirishi, fotokatalitik sirtlarda zaryad tashuvchilar ajralishini ta’sirlantirishi yoki batareya anodlarida elektr o‘tkazuvchanligi va ion kirishini o‘zgartirishi mumkin. Biroq bu jumlalar tadqiqotning bevosita o‘lchagan samaradorlik natijalari emas; adabiyotdagi umumiy kutilmalar va WO₃/C materiallarining ehtimoliy qo‘llanish sohalaridir. Ushbu tadqiqot bu qo‘llanmalarga olib boradigan yo‘lning material ishlab chiqarish va uglerodni boshqarish qismiga e’tibor qaratadi.

Tarixiy jihatdan WO₃ fotoxrom, elektroxrom va fotokatalitik xususiyatlari tufayli anchadan beri o‘rganiladigan oksiddir. Uglerod qo‘shilishi yoki uglerodli kompozitlar esa WO₃ ning optik va elektron xususiyatlarini o‘zgartirish usullaridan biridir. Bugungi kunda ushbu tadqiqot ALD kabi sanoat uchun muhim va murakkab sirtlarga qo‘llanadigan usul orqali WO₃/C plyonka ishlab chiqarish hamda uglerod miqdorini boshqarishni o‘rgangani uchun qimmatlidir. Kelajakda bu yondashuv uch o‘lchamli elektrodlar, shaffof o‘tkazuvchi nanokarkaslar, elektroxrom qurilmalar, fotokatalitik sirtlar va mikro/nano miqyosli energiya saqlash tizimlari uchun qoplanadigan kompozit plyonka dizaynlariga hissa qo‘shishi mumkin.

Tadqiqotning kuchli tomonlari qatoriga ishlab chiqarish parametrlarining tizimli o‘rganilishi, WH₂Cp₂ impuls to‘yinishining aniqlanishi, harorat ta’sirining alohida baholanishi, piroliz hissasining ozonsiz tajribalar bilan tekshirilishi, ITO tolachalari kabi uch o‘lchamli sirtni qoplash namoyish etilishi va XPS, XRD, XRR, SEM, IR hamda optik o‘tkazuvchanlik kabi ko‘plab xarakterizatsiya usullarining birgalikda qo‘llanishini kiritish mumkin.

Bunga qarshi cheklovlar ham aniq. Tadqiqot ekspertlar taqrizidan o‘tmagan preprintdir. Plyonka xususiyatlari batafsil o‘rganilgan bo‘lsa-da, fotodetektor, elektroxrom qurilma, fotokatalizator yoki batareya anodining samaradorligi bevosita sinovdan o‘tkazilmagan. Uglerod miqdorini aniqlash uchun XPS baholashi muhim yondashuvlarni talab qiladi va ion bilan yemirish materialni o‘zgartirishi mumkinligi tadqiqotning o‘zida muhokama qilingan. Ozon impulsi davomiyligining turli qiymatlari bilan uglerodni boshqarishning keng xaritasi taqdim etilmagan; uglerodni boshqarish asosan harorat orqali ko‘rsatilgan. Bundan tashqari amorf uglerodning aniq fazoviy taqsimoti va subdonacha morfologiyasini TEM yoki Raman kabi qo‘shimcha usullar bilan tasdiqlash kelajakda foydali bo‘lishi mumkin.

Tadqiqotning aytgan narsasi shuki: qisqa ozon impulslari ishlatiladigan ALD sharoitlarida WO₃/C plyonkalarini olish mumkin; plyonkadagi amorf uglerod miqdorini cho‘ktirish harorati bilan o‘zgartirish mumkin; uglerod fazasi plyonka rangini, zichligini, optik o‘tkazuvchanligini, morfologiyasini va ishqoriy yemirilish xatti-harakatini ta’sirlantiradi. Tadqiqotning aytmagan narsasi esa shuki: bu plyonkalar har qanday qurilmada albatta yuqori samaradorlik beradi, barcha qo‘llanmalarda sof WO₃ dan ustun yoki sanoat miqyosida to‘g‘ridan-to‘g‘ri foydalanishga tayyor ekanligi isbotlanmagan. Shu sababli tadqiqot qo‘llanma samaradorligidan ko‘ra material ishlab chiqarish va xarakterizatsiya nuqtayi nazaridan o‘qilishi kerak.

Tadqiqot Usuli va Topilmalari

Tadqiqot usuli WH₂Cp₂ va O₃ reaktivlari yordamida ALD usuli bilan uglerod saqlovchi WO₃ plyonkalarini olish hamda haroratning uglerod miqdori, o‘sish tezligi, tuzilma, morfologiya, zichlik, g‘adir-budurlik va optik xususiyatlarga ta’sirini o‘rganishga asoslanadi.

Plyonka ishlab chiqarish sharoitlari:

Tagliklar va uch o‘lchamli tuzilma:

• Plyonkalar monokristall kremniy sirtlariga cho‘ktirilgan.
• Bundan tashqari ITO tolachalari qatlamlari ustiga ham WO₃/C qoplama qilingan.
• ITO tolachalari elektron-nurli bug‘latish orqali tayyorlangan.
• Boshlang‘ich ITO materiali %90 In₂O₃ va %10 SnO₂ tarkibiga ega.
• ITO tolachalari qatlamining balandligi taxminan 700 nm, bitta kristall diametri taxminan 18 nm deb berilgan.
• WO₃/C qoplangandan keyin tolachalar diametri oshgan va bo‘shliqlarning bir qismi plyonka bilan to‘lgan.

O‘sish tezligini hisoblash bog‘lanishi:

\[ G = \frac{\bar{t}}{N} \]

Bu yerda \(G\) o‘rtacha plyonka o‘sish tezligini, \(\bar{t}\) to‘qqiz nuqtada o‘lchangan o‘rtacha qalinlikni, \(N\) esa ALD sikllari sonini bildiradi.

WH₂Cp₂ impuls davomiyligi natijasi:

Harorat ta’siri:

• 150–250°C oralig‘ida o‘sish tezligi xatolik chegarasida asosan barqaror qolgan.
• 250°C dan keyin o‘sish tezligining oshish tendensiyasi kuzatilgan.
• 325°C da ozonsiz tajribada taxminan 0,8 nm pirolitik qatlam hosil bo‘lgan.
• 325°C da o‘sish tezligi ortishining taxminan %32’i piroliz hissasi bilan bog‘liq bo‘lishi mumkinligi aytilgan.

Qalinlik-sikl bog‘lanishi:

• 250°C da va 3 s WH₂Cp₂ impulsi bilan 50–250 sikl oralig‘ida plyonka qalinligi taxminan chiziqli oshgan.
• Chiziqning koordinata boshidan o‘tmasligi dastlabki ALD sikllarida nukleatsiya/o‘sish xatti-harakati chiziqli rejimdan farq qilishini ko‘rsatadi.

Qo‘llangan xarakterizatsiya usullari:

XRR zichlik va g‘adir-budurlik natijalari:

XPS sirt tarkibi:

Bu sirt qiymatlari atrof-muhitdan adsorbsiyalangan turlar ta’sirini ham o‘z ichiga olishi mumkin. Shuning uchun ularni bevosita hajmiy tarkib sifatida emas, XPS sirt tahlili natijasi sifatida o‘qish kerak. Shunga qaramay, harorat oshgani sari sirtida o‘lchangan uglerod ulushi ortganini ko‘rsatadi.

Taxminiy stoxiometriya natijalari:

Amorf uglerod hajmiy ulushi:

Strukturaviy topilmalar:

• 325°C da tayyorlangan plyonkada kubik WO₃ fazasiga tegishli (100), (110) va (210) akslanishlar kuzatilgan.
• 175°C va 250°C namunalarida akslanishlar zaif; amorf xususiyat ustun.
• XRDda kristall uglerod fazasi aniq kuzatilmagan.
• Boshlang‘ich plyonkalarda aniq volfram karbidi mavjudligi qo‘llab-quvvatlanmagan.
• Ion yemirishdan keyin ko‘ringan WC va qaytarilgan volfram turlari katta ehtimol bilan ion sababli kimyoviy o‘zgarish bilan bog‘langan.

Optik va rang topilmalari:

• WO₃/C va WO₃/C@ITO tuzilmalari jigarrang ko‘ringan.
• Ko‘rinadigan va yaqin infraqizil diapazonda fon yutilishi oshgan.
• Ko‘k diapazon va yaqin UVda o‘tkazuvchanlik kamaygan.
• Bu xatti-harakat plyonkadagi tarqalgan amorf uglerod fazasi bilan bog‘langan.

IR spektroskopiyasi topilmalari:

• 500–1000 cm^-1 oralig‘i WO₃ yutilishi bilan bog‘liq.
• 620 va 690 cm^-1 atrofidagi komponentlar W-O va W-O-W bog‘ tebranishlari bilan bog‘langan.
• 1000–1400 cm^-1 oralig‘ida aniq WC tasmasining ko‘rinmasligi boshlang‘ich plyonkada sezilarli volfram karbidi yo‘qligini qo‘llab-quvvatlaydi.
• 2700–3000 cm^-1 oralig‘ida aniq C-H tasmasining ko‘rinmasligi uglerod fazasida vodorod miqdori kamligini anglatadi.
• 1420 va 1610 cm^-1 atrofidagi zaif tasmalar karbonat, C=C yoki C=O turlari bilan bog‘liq bo‘lishi mumkin.

Ishqoriy yemirish sinovi:

• Plyonkalar 10 massa % KOH eritmasida ikki soat ushlab turilgan.
• Keyin qaynayotgan distillangan suvda yuvilgan.
• Plyonkalarda qisman delaminatsiya va gumbazsimon morfologiya kuzatilgan.
• WO₃ ning kutilgan ishqoriy sezgirligiga qaramay plyonkalarning to‘liq yemirilmagani amorf uglerodning niqoblash ta’siri bilan izohlangan.

Tadqiqotning texnik xulosasi: WH₂Cp₂ va qisqa O₃ impulslari bilan ALD usulidan foydalanib WO₃/C plyonkalarini olish mumkin bo‘lgan. Uglerod plyonka ichida yuqori darajada tarqalgan amorf faza sifatida joylashadi; uning miqdorini cho‘ktirish harorati orqali o‘zgartirish mumkin. Ushbu uglerod fazasi plyonka rangini jigarrangga aylantiradi, zichlikni kamaytiradi, optik o‘tkazuvchanlikni pasaytiradi, yuqori haroratda g‘adir-budurlikni oshiradi va ishqoriy muhitda WO₃ uchun niqoblovchi xatti-harakat ko‘rsatishi mumkin.

Manba va Usul Eslatmasi

Ushbu maqola Ivan Gorbov, Ilya Ezhov, Denis Olkhovskii, Denis Nazarov, Pavel Vishnyakov, Vlad Chernyavsky va Maxim Maximov tomonidan tayyorlangan “Control of carbon content in WO3 films obtained by atomic layer deposition” nomli tadqiqotga asoslanib tayyorlangan. Tadqiqotda Peter the Great Saint Petersburg Polytechnic University va Saint Petersburg State University muassasalari qatnashgan.

Manba turi SSRNda ochiq e’lon qilingan preprint tadqiqot maqolasidir. Matnda aniq “This preprint research paper has not been peer reviewed” iborasi mavjud bo‘lgani uchun tadqiqot ekspertlar taqrizidan o‘tmagan. Shuning uchun natijalar yakuniy taqrizli nashr standartida qat’iy tasdiqlangan topilmalar sifatida emas, tajribaviy material ishlab chiqarish va xarakterizatsiyani taqdim etuvchi preprint sifatida o‘qilishi kerak.

Ushbu mazmun PDFda berilgan tajriba sharoitlari, ALD parametrlari, XPS, XRD, XRR, SEM, IR va optik o‘tkazuvchanlik ma’lumotlari asosida tayyorlangan. PDFda bo‘lmagan qurilma samaradorligi, tijoriy qo‘llash mumkinligi, sanoat ishlab chiqarish kafolati, fotokatalitik samaradorlik kafolati, batareya sig‘imi kafolati yoki elektroxrom qurilma muvaffaqiyati kabi da’volar qo‘shilmagan.

Tadqiqot bevosita fotodetektor, fotokatalizator, elektroxrom qurilma yoki batareya elementi tayyorlab, uning samaradorligini sinamaydi. Asosiy e’tibor WO₃/C plyonkalarini ishlab chiqarish sharoitlari va material xarakterizatsiyasiga qaratilgan. Shu sababli qo‘llanish salohiyati ehtiyotkor talqin qilinishi va haqiqiy qurilma samaradorligi uchun qo‘shimcha tajribaviy tasdiqlash talab qilinishi unutmaslik kerak.

Bundan tashqari, XPS chuqurlik tahlilida qo‘llangan argon ionlari bilan yemirish jarayoni materialning asl kimyoviy holatini buzishi mumkinligi tadqiqotda aniq muhokama qilingan. Shu sababli stoxiometriya va uglerod miqdori baholari ishlatilgan farazlar hamda tahlil sharoitlari doirasida taxminiy natijalar sifatida ko‘rilishi kerak.