تصنيع التراكيب النانوية Co3O4/ZnO/Si للتطبيقات الكهروبصرية

الباحث

ابتهاج هادي حمود

المشرف

ازهار عناد حسن

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم العلوم التطبيقية / علوم وتكنولوجيا الليزر

الشهادة

ماجستير

السنة

2023

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Co3O4 Nanostructures; ZnO; Photodetector; Optoelectronic Applications

يهدف هذا العمل إلى دراسة الخصائص الكهروبصرية للوصلات الثنائية المزدوجة غير المتجانسة .5د درسنا تأثيرات عدد الرشات وبالتالي سمك الغشاء Co3O4/ZnO/Si المحضر بواسطة الانحلال الحراري بالرش الكيميائي مع الحفاظ على درجة حرارة القاعدة ثابتة على الخصائص المورفولوجية والتركيبية والبصرية والكهربائية للأغشية. يمكن أن يوفر التحقيق في العلاقة بين سماكة الاغشية، والتبلور، ومورفولوجيا السطح، واستقرار الطورء والتضاريسء، والخصائص البصرية معلومات قيمة لتطوير النبائط القائمة على Co304/ZnO/Si للتطبيقات الإلكترونية الضوئية. تم دراسة تخليق وتوصيف أغشية أوكسيد الزنك الرقيقة ذات البنية النانوية عالية التوجه بالرش الكيميائي الحراري باستخدام محلول من كلوريدات الزنك المائية. تم دراسة تأثير سماكة الغشاء على الخصائص التركيبية والبصرية والكهربائية للأغشية. أظهر تحليل حيود الأشعة السينية أن جميع الأغشية لها تركيب بلوري من نوع الفرتزايت 1ن /الاسداسي البلورات مع اتجاه مفضل للنمو (002). ومع زيادة سماكة الغشاء من 200 إلى 390 نانومتر، زاد حجم البلورات من 8.97 إلى حوالي 15.54 نانومتر، ولم تسجل أي تغيير ملحوظة في ثابت الشبيكة البلورية. تم تأكيد تكوين الأغشية من خلال تحليلات مطياف مشتت الطاقة، كما وأظهرت RMS4e8 التي تم الحصول عليها بواسطة مجهر قوى الذرات Coat في خشونة السطح مع زيادة سماكة الغشاء. انخفضت فجوة الطاقة البصرية من 1 الكترون فولت إلى 2.8 الكترون فولت مع زيادة سماكة الغشاء. تشير النتائج إلى أن الأغشية الأعلى سماكة حسنت جودة التبلور والخصائص الكهربائية مقارنة بالأغشية ذوات السماكة الاقل. تم تحضير أغشية أوكسيد الكوبلت الرقيقة ذات البنية النانوية بنجاح عن طريق الرش الكيميائي الحراري باستخدام محلول كلوريد الكوبلت المائي مع الحفاظ على درجة حرارة القاعدة ثابتة. تم دراسة تأثير سماكة الغشاء على خصائص الأغشية. أظهر تحليل حيود الأشعة السينية أن جميع الأغشية أظهرت بنية متعددة البلورات ذات طور مكعب مع اتجاه تفضيلي (111). زاد حجم البلورات بزيادة سماكة الاغشية من 205 إلى 439 نانومتر، alls يلاحظ أي تغيير كبير في ثابت الشبكة البلورية. أكدت تحليلات EDS مكونات الأغشية كما أظهر تحليل AFM أن خشونة السطح تقل مع زيادة سماكة الغشاء. امتلكت الاغشية حافتي امتصاص ومع تأكيد حصول انخفاض في فجوة الطاقة من 2.1 إلى 1.9 الكترون فولت ومن 1.49 إلى 1.47 الكترون فولت مع زيادة سماكة الاغشية المحضرة. تم تصنيع الوصلات الهجينة Co304/ZnO/Si باستخدام تقنية الرش الكيميائي cg lal مع تراكيب طبقية مختلفة على قواعد من الزجاج والسيليكون. كشفت التحليل التركيبية والمورفولوجية عن الاختلافات في اتجاهية البلورات النانوية وكثافة الرص والمسامية وبمعدل حجم حبيبي يبلغ حوالي 100 نانومتر. بناءًَ على الخصائص البصرية، لوحظ وجود ثلاث مديات لفجوات الطاقة للتراكيب، تخص تركيب أوكسيد الزنك بفجوة طاقة تتراوح من 2.35 الكترون فولت إلى 3.15 الكترون فولت،ء بينما اظهرت تراكيب أوكسيد الكوبلت فجوتي طاقة في النطاقين من 1.85 إلى 2.23 الكترون فولت و1.35 إلى 1.5 الكترون فولت. بينت قياسات الاستجابة البصرية أن الوصلة المزدوجة 70/51 تتمتع بأعلى استجابية وبمدى واسع؛ مع قمم مميزة عند 480 نانومتر و950 نانومتر, يشير هذا إلى أن الكاشف الضوئي قادر على اكتشاف الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء. توفر هذه النتائج رؤى قيمة يمكن ان تسهم في تطوير تصميم وتحسين الوصلات الهجينة Co304/ZnO/Si لاستخدامها في تطبيقات الكشف الضوئي عالية الأداء ذات النطاق العريض.

This study aims to investigate the optoelectronic properties of Co3O4/ZnO/Si double heterojunctions. We investigated the effects of spray cycles and, consequently, the film thickness of Co3O4/ZnO/Si films prepared by Chemical Spray Pyrolysis CSP, while at 350° the substrate temperature was kept constant on the morphological, structural, optical and electrical properties of the films. Investigation the relationship between film thickness, crystallinity, surface morphology, phase stability, topography, and optical properties can provide valuable information for the development of Co3O4/ZnO/Si based devices for optoelectronic applications. The synthesis and characterization of highly oriented nanostructured ZnO thin films by CSP with using an aqueous zinc chloride solution were investigated. The effects of film thickness on the morphological, structural, optical and electrical properties of the films were investigated. X-ray diffraction analysis revealed that all films exhibited a polycrystalline hexagonal wurtzite ZnO structure with a preferential orientation in the (002) direction. As the film thickness increased from 200 nm to approximately 390 nm, the crystallite size increased from 8.97 to about 15.54 nm. However, no significant change in the crystal lattice constant was observed. The stoichiometry of the as-deposited films was determined by energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS). Additionally, atomic force microscopy (AFM) was utilized to measure the roughness RMS value, which demonstrated an improvement in surface roughness with increasing film thickness. The optical energy gap decreased from 3.1 eV to 2.8 eV with increasing film thickness. According to the results, the higher thickness films are superior to the thinner ones in terms of crystallinity quality and electrical properties. The nanostructured Co3O4 thin film was prepared on glass and silicon substrates by CSP using CoCl2 solution. The impacts of film thickness on the characteristics of the films were investigated. XRD results indicated that all films have a polycrystalline cubic phase structure with a preferential orientation in the (111) direction. As the film thickness increased, the crystallite size also increased, the crystallite size increased from 205 nm to about 439 nm, but no significant change in lattice constants were observed. The films developed two absorption edges, with the energy gap decreasing with increasing film thickness from 2.1 eV to 1.9 eV and from 1.49 eV to 1.47 eV. The Co3O4/ZnO/Si double heterojunctions were fabricated with different layer configurations on glass and silicon substrates. Morphological analysis reveals variations in nanorod orientation, packing density, and porosity with average grain sizes of about 100 nm. Based on the optical properties, triple energy bandgap regions were observed. ZnO shows an energy bandgap from 2.35 eV to 3.15 eV, while Co3O4 shows energy bandgaps from 1.85 eV to 2.23 eV and 1.35 eV to 1.5 eV. The responsivity measurements show that the Co3O4/ZnO/Si double heterojunction exhibits the highest responsivity over a wide range of wavelengths, with distinct peaks at 480 nm and 950 nm. This indicates that the photodetector is capable of detecting both visible and infrared light. These results provide valuable insights into the optimization of Co3O4/ZnO/Si double heterojunctions for broadband, high-performance photodetection applications.

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