دراسة الخصائص التحسسية لاغشية اوكسيد الخارصين والمحضرة بطريقة (ZnO : Al) المشوبة بالالمنيوم التبخير الحراري == Study of the Sensing Properties of the Aluminum - Doped Zinc Oxide thin films Prepared by Thermal Vacuum Evaporation Technique
Author name:
مهند شاكر كشكول محمود ال شربه
Supervisor name:
ابراهيم رمضان عاكول
General topic:
Physics
Specific topic:
Thin Films
Degree:
Master
University:
Mustansiriyah University - College Of Science
Language:
English
University location:
Baghdad
Key words:
- الخصائص التحسسية
- اغشية اوكسيد الخارصين (ZnO : Al) المشوبة بالالمنيوم
- متحسس كيميائي
First pages:
26T1945 - p.pdf
Abstract:
تم في هذا البحث دراسة الخصائص الكهربائية والتحسسية لاغشية (ZnO : Al) الرقيقة وبالنسب%(5,4,3,2,1) المحضرة بطريقة التبخير الحراري في الفراغ على قواعد زجاجية بدرجة حرارة الغرفة وبسمك (275±15)nm وبمعدل ترسيب (1.7±0.3nm/s) ومن ثم عانت جميع الاغشية اكسدة حرارية جافة بدرجةoC350 ولمدة ثلاث دقائق.تبين من خلال نتائج حيود الاشعة السينية (XRD) ان جميع اغشية(ZnO : Al) كانت ذات تركيب متعددة التبلورمع اتجاه تفضيلي هو(101) اكثر وضوحا من باقي الاتجاهات وذات تركيب سداسي (فورتزايت). ومعدل الحجم الحبيبي لاوكسيد الخارصين ZnO النقي (44.9nm)، التشويب بالالمنيوم ادى الى نقصان الحجم الحبيبي، اي تدهور التركيب البلوري ، يصل الحجم الحبيبي الى ادنى قيمة عند 3% ثم يقل تاثير التشويب بعدها,كما بين مخطط الحيود (XRD) لاغشية ZnO : Al وجود طورين للالومينا (Al2O3) هما α وδ تزداد نسبة تواجدهما مع زيادة نسبة التشويب. اظهرت القياسات الكهربائية ان التوصيلية الكهربائية المستمرة تزداد بزيادة نسبة التشويب حتى لتصل اقصى قيمة(Ω cm) - 1 144.875عند نسبة 3% ثم تبدا بالنقصان مع زيادة نسبة التشويب .وبينت القياسات ان الاغشية كافة تمتلك طاقتين للتنشيط (Ea1) و(Ea2) تزداد قيمتهما بزيادة نسبة التشويب، وتبين من خلال دراسة تاثير هول وتاثير سيباك ان جميع الاغشية هي من النوع السالب (n - type) .اما التحركية وكثافة الحاملات لاغشية (ZnO : Al) فقد ازدادتا مع ازدياد نسبة التشويب لتصل اقصى قيمة 59.39 cm2 V - 1s - 1 وcm - 3 1019×1.52 على التوالي عند نسبة تطعيم 3% بعدها بداتا تقل مع زيادة نسبة التشويب . تم تعريض العينات الى بخار الايثانول والميثانول وبدرجات تطبيقية مختلفة(30,40,و65 ) Co وبتسليط فولتية تتراوح (0 - 15) فولت, اظهرت القياسات التحسسية تحسس عالي لبخار الايثانول والميثانول عند تركيز 750ppm للبخار وكانت نسبة التشويب 3% هي الافضل دائما حيث سجلت اعلى قيمة للتحسس بلغت 73% عند درجة حرارة تطبيقية Co 30 تزداد لتصل 85% عند Top= 40 Co , في حين لم تظهر الاغشية تحسس لغاز(Co2 ) الا عند درجة حرارة (Co 205 ) وبتركيز ppm 1500 للغاز وبشكل ضعيف جدا بلغت نسبة التحسس 8% عند نسبة تشويب 3%, وكان التحسس معدوم بالنسبة لغاز (N2 ) وتبين ان التحسسية تتناسب عكسيا مع الحجم الحبيبي ,وطرديا مع درجة الحرارة التطبيقية ولمدى معين كما ان سرعة الاستجابة ومنحني (العودة ) يتحسن بشكل ضئيل مع زيادة درجة الحرارة. واظهرت النتائج عند تسليط فولتية خارجية خلال اخذ القياسات التحسسيةعلى الغشاء يزيد من تيار الخارج لكن في نفس الوقت تقل التحسسية . | In this work, electrical and sensing properties are investigated for Aluminum - doped Zinc Oxide thin films with different aluminum doping concentration (1,2,3,4 and 5%) prepared by thermal vacuum evaporation on glass substrate at (R.T) with (275±15)nm thickness deposition rate (1.7±0.3 nm/s) ,all films undergo dry thermal oxidation at (350 оC )for three minutes .The X - ray diffraction technique showed that all prepared films are polycrystalline with preferential orientation in the (101) direction. The peaks correspond to a hexagonal wurzite structure with the average grain size of pure ZnO (44.9nm) ,the doping resulted in decreasing grain size i.e deteriorates the crystallinity of the films until 3%doped.Other phases indicated from XRD were (δ) Al2O3.and(α) Al2O3 . Alumina concentration increased with increasing doping concentration. The grain size of ZnO : Al films is smaller compared to the grain size of ZnO films at same deposition parameters .The electrical properties showed the conductivity variation of Al - doped ZnO films with different doping concentrations first increase with increased Al concentrations. Maximum conductivity 144.875 (Ωcm) - 1 was obtained at a doping concentration of 3%, then the conductivity started to decrease significantly with increased in the Al doping concentration . Also, the doping affected the activation energy, by increasing it is value with increasing in doping concentration.The results obtained from Hall effect and Seebeck measurements have shown that ZnO : Al film is ( n - type ).The mobility of the ZnO : AI films increases with dopant concentration, and reaches maximum value of about 59.39 Cm2 V - 1 S - 1, at doping concentration 3%. Above 3% the mobility of the film decreases with increasing AI - concentration. The carrier concentration of the film increases with increasing dopant concentration, such behavior was expected, after a certain level of doping at 3%.The carrier concentration of the film decreases with increasing dopant concentration. Thin films specimens were examined for chemical sensing using vapor ethanol and methanol (at 30,40and65 оC) .The thin film surface exposed to 750 ppm vapor concentrations. The measuring, carried out with an applied voltage varied from (0 - 15) volts .The sensing measurements showed high sensitivity to ethanol and methanol. AZO 3% recorded the best result 73% for ethanol at operation temperature 30 оC increased to 85% at 40 оC.The sensitivity to CO2 was observed hardly of about 8% at 205 оC, and did not record any detection to N2 gas.The result showed that the sensitivity directly proportional with the operation temperature for limited range, and little improves response time and recover curve.Sensitivity is inversely proportional to the grain size and the applied voltage.
