دراسة الخواص التركيبية والبصرية والكهربائية للمفارق الهجينة لأغشية SiC الرقيقة المشوبة بأوكسيد الفضة ذا التراكيب النانوية باستخدام الترسيب بالليزر النبضي لتطبيقات التحسس

الباحث

حسين حمد خضر

المشرف

جنان علي عبد

الجامعة

جامعة بابل

الكلية / القسم

كلية العلوم للبنات / فيزياء الليزر

الشهادة

دكتوراه

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Pulsed Laser Deposition ; SiC Thin Films ; Silver Oxide ; Gas Sensing

تم استخدام تقنية الترسيب بالليزر النبضي لتحضير اغشية رقيقة من SIC و SIC:Ag بنسب مختلفة من اوكسيد الفضة and 7 ( wt% ,5 ,3 ,1( ودراسة الخواص التركيبية والبصرية والكهربائية لها حيث يمكن اعتبار هذه التقنية ذات كفاءة عالية في تصنيع مثل هذه الاغشية. تم ترسيب الأغشية باستخدام ليزر Nd:YAG بطول موجي nm) 1064(، عدد النبضات (1000 نبضة)؛ معدل التكرارية Hz) 6)، والطاقة لكل نبضة mJ) 500( بينما كان مقدار الضغط داخل غرقة الترسيب 10) mbar) “اما درجة حرارة الركيزة فكانت ( °C 250) تقريبا . تمت دراسة الخواص التركيبية للأغشية الرقيقة كما رسبت باستخدام تقنية حيود الاشعة السينية (XRD) و اظهرت النتائج ان اغشية يلاحظ كذلك ان أغشية 510:80 المشوبة لها تركيب متعددة التبلور مع طور مكعبء و يلاحظ ايضاً ان الزيادة في معدل الحجم البلوري غير منتظمة نتيجة لإضافة ذرات أوكسيد الفضة Gus كانت أعلى قيمه للعينه AgO) 1%( بينما اقل قيمه كانت للعينة 7%( AgO) اظهرت نتائج المجهر الالكتروني الماسح (FESEM) والتحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) أن شكل الجسيمات كان غير منتظم وبأحجام مختلفة تزداد تدريجيا مع زيادة نسب التشويب. تمت دراسة طبوغرافية السطح للأغشية قيد الدراسة باستخدام مجهر القوة الذرية Cus (AFM) كانت le! قيمة لخشونة السطح (Ra) ومعدل الجذر التربيعي (RMS) وحجم الجسيمات كانت للغشاء AgO) 3%( وأقل قيمة كانت للغشاء AgO) 7%( تمت دراسة الخواص البصرية للأغشية في المدى الطيفي nm )200 - 900( بينما كان سمك جميع الأغشية قيد الدراسة nm (5 + 200) نانومتر تقريباء لقد وجد ان مقدار الزيادة في نسب التطعيم بأوكسيد الفضة ادت الى انخفاض مقدار فجوة الطاقة من eV) 2.61( الى eV) 2) والانتقال من النوع غير المباشر المسموح بالإضافة الى حساب بعض الثوابت البصرية لجميع الأغشية. تمت دراسة الخواص الكهربائية كتأثير هول حيث اظهرت نتائج الفحص ان قيم ثابت هول (Ry) تقل بشكل تدريجي مع زيادة نسب التشويب وان جميع الأغشية من النوع 2 ،(n-type) كما يلاحظ كذلك انخفاض قيم تحركية حاملات الشحنة (ب,,م) لنفس السبب المذكور أعلاه. أظهرت خصائص تيار- aga للمفارق الهجينة المحضرة من الأغشية (51-م/0ع510:4) ان تيار الانحياز الامامي عند الاضاءة يتغير اسيا مع الجهد المطبق وان قيم الكفاءة صغيرة جدا تزداد تدريجيا ويعزى ذلك الى زيادة تركيز حاملات الشحنة نتيجة لتغير نسب التطعيم بأوكسيد الفضة. تمت قياس خواص الاستشعار للأغشية الرقيقة المحضرة بطريقة الترسيب بالليزر النبضي على ركائز من السليكون (510:850/51) والزجاج (SiC:AgO/glass) لغاز الامونيا (NH3) وغاز ثنائي اوكسيد النتروجين (702) عند Gila a حرارة تشغيل مختلفة، اظهرت النتائج ان جميع العينات المرسبة على ركيزة السليكون يمكن ان تعمل عند درجة حرارة الغرفة بينما العينات التي يتم ترسيبها على ركيزة الزجاج تعمل عند درجات الحرارة العالية °C) 200( بالنسبة للعينات التي رسبت على ركيزة من السليكون الحساسية القصوى لأغشية SiC:AgO )% 62.98( لغاز NO, عند °C) 25( لمستشعر الغاز AgO) 3%(، وأن أسرع وقت استجابة كان (12.6s) و (13.55) للغازات NH; و NO) عند (100°C) للعينة AgO) 3%( اما اسرع وقت استرداد كان (33.38) و (5 30.6) للغازات و7151 و NO, عند (100°C) و °C) 200( للعينة SiC بالنسبة للعينات التي رسبت على ركائز من cela sll الحساسية القصوى لأغشية SiC:AgO تبلغ )% 90.77) و )% 91.89) لغاز NO, عند °C) 300( للعينات AgO) 196) و AgO) 7%( على التوالي، وأن أسرع وقت استجابة كان )8 11.7) و (5 6.3) عند (300°C) و °C) 250) للغازات NH, و NO, لعينة SiC عند (300°C) و (200°C) على التوالي، اما اسرع وقت استرداد كان (5 34.2) للعينة AgO) 1%( عند (250°C)

The PLD technique was used to prepare SiC:AgO thin films with different AgO ratios (1, 3, 5, and 7) wt% and study the structural, optical, and electrical properties of these films, where this technique could be considered a highly efficient in the production of such films. The films were deposited using a Q-switched Nd:YAG laser with a wavelength of (1064 nm), with a number of pulses (1000 pulse), a repetition rate (6 Hz), and an energy per pulse of (500 mJ), while the pressure inside the deposition chamber was (10-4 mbar) and the substrate temperature was about (250 °C). Structural properties of the as-deposited thin films using the X-ray diffraction (XRD) technique were studied. The results showed that the SiC:AgO films have a polycrystalline structure with a cubic phase. Also, it is noted that the increase in the average crystal size is irregular due to the addition of silver oxide atoms, where the highest value was for the sample (1% AgO) while the lowest value was for the sample (7% AgO). The results of field emission scanning electron microscopy (FESEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) showed that the shape of the particles was irregular and with different sizes that gradually increased with the increase in the ratios of doping. The surface topography of the films under study was studied using atomic force microscopy (AFM), where the highest value of the surface roughness (Ra), root mean squared (RMS), and particle size was of the film (3% AgO) and the lowest value was for the film (7% AgO). The optical properties of the films were studied in the spectral range (200 - 900) nm, while the thickness of all films under study was about (200 ± 5) nm. It was found that the increase in the AgO ratios led to a decrease in the energy gap from (2.61 eV) to (2 eV) and the transition of the indirect type allowed, in addition to calculating some the optical constants for all films. The electrical properties were studied as the Hall effect, where the results of the sample examination show that the values of Hall’s constant (RH) decrease gradually with the increase of the doping ratios and all films are n-type, it is also noted that the values of the kinematics of charge carriers (μH) decrease for the same reason mentioned above. The current-voltage characteristics of the prepared (SiC:AgO/p-Si) films heterojunction showed that the forward bias current at illumination changes exponentially with the applied voltage and that the efficiency values are very slight, and gradually increase due to the increase in the concentration of charge carriers as a result of the change in AgO ratios. The sensing properties of thin films prepared by the PLD were measured on different substrates of silicon (SiC:AgO/Si) and glass (SiC:AgO/glass) for ammonia (NH3) and nitrogen dioxide (NO2) at different operating temperatures. The results showed that all samples deposited on silicon substrate can operate at room temperature, while samples that were deposited on glass substrate operate at high temperatures (200 °C). For samples deposited on a silicon substrate, the maximum sensitivity of SiC:AgO films was (62.98%) for (3% AgO) gas sensor of NO2 gas at (25 °C), and the fastest response time was (12.6 s) and (13.5) for the NH3 and NO2 gases at (100 °C) of the (3% AgO) sample, while the fastest recovery time was (33.3 s) and (30.6 s) at (100 °C) and (200 °C) for NH3 and NO2 gases of SiC sample. For samples deposited on a glass substrate, the maximum sensitivity for SiC:AgO films were (90.77%), (91.89%) for NO2 gas at (300°C) of (1% AgO) and (7% AgO) samples respectively, and the fastest response time was (11. 7 s) and (6.3 s) at (300 °C) and (250 °C) for NH3 and NO2 gases of SiC sample at (300 °C) and (200 °C) respectively, the fastest recovery time was (34.2 s) of (1% AgO) sample at (250 °C).

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب