Author name:
تغريد سعدون محسن
Supervisor name:
رعد سعدون صبري | محمد جاسم محمد حسن
Abstract:
تم في هذا البحث دراسة الخصائص التركيبية ,البصرية ,الكهربائية والتحسسية للاغشية (ZnO) النقية والمشوبة بالسيريوم (Ce) بالنسب % (3,5,10) المحضرة بطريقة السول - جيل, والتي رسبت بطريقه السبن كوتنك على قواعد زجاجية وملدنه عند درجات الحراره (350,500,550˚C) للاغشيه النقيه و(˚C550 ) للاغشيه المشوبه وبسمك (315.5)nm.بينت فحوصات نمط الحيود للاشعة السينية (XRD) لتشخيص طبيعة تبلور الاغشية المحضرة, حيث اظهرت النتائج ان جميع الاغشية المحضرة ذات تركيب متعدد التبلور من نوع سداسي hexagonal)), كما تبين من نتائج التشويب ان زيادة التشويب تؤدي الى النقصان في الحجم الحبيبي حيث تناقص الحجم الحبيبي من (37.1) الى (27.0) في حالة التشويب بنسبة ,10%, ومن خلال قياسات ماسح القوة الذرية AFM تبين ان خشونه السطح تزداد بزياده نسب التشويب من القيمه (1.14) الى القيمه 2.15)) عند النسبه 10 % ,ومن قياسات المجهرالالكتروني الماسح SEM تم التعرف على نوع التراكيب ففي الاغشيه النقيه ظهرت التراكيب ذات جسيمات نانويه كرويه الشكل موزعه بصوره منتظمة ومتجانسة ,بينما الاغشيه المشوبه كانت التراكيب الناتجه شبيه بالالياف وعلى شكل شبكه تجاعيد (متغصن ). وقد تم دراسة الخواص البصرية لاغشية اوكسيد الزنك النقية (ZnO) والمشوبة بالسيريوم (ZnO : Ce) على دراسة طيف النفاذيه (T᷊) لاغشية المحضرة حيث بينت النتائج ان اعلى نفاذيه تم الحصول عليها هي(95%) عند الاغشية النقيه بينما كانت النفاذيه للاغشية المشوبة %(65 - 40) ولمدى اطوال موجيه350 - 900) nm.) , وتبين ايضا ان الامتصاصية بشكل عام تزداد بزيادة نسب التشويب لتصل اعلى قيمة عند النسبه10% بزيادة نسبة التشويب. تم حساب فجوات الطاقة البصرية للاغشية النقيه والمشوبه وتبين ان فجوة الطاقة تزداد قليل بزيادة نسبة التشويب الى ان تصل الى اعلى قيمة عند نسبة التشويب (10%). وكانت فجوة الطاقة ( (Eg تتراوح من (3.219 eV) الى (3.232eV) بزيادة نسب التشويب. اظهرت القياسات الكهربائية ان التوصيلية الكهربائية المستمرة تزداد بزيادة نسبة التشويب ثم تقل عند النسبه 10 % مع زيادة نسبة التشويب . وبينت القياسات ان الاغشية كافة تمتلك طاقتين للتنشيط (Ea1) و(Ea2) تقل قيمتهما بزيادة نسبة التشويب. كما بينت خصائص(photoconductivity) ان الاغشيه تمتلك ربحيه مقدارها (2.357) للاغشيه النقيه و(1,1.666,1)للاغشيه المشوبه عند النسب (3,5,10 )%على التوالي . اما خصائص التحسسية لجميع الاغشية المحضره كانت تقاس بعد تعريضها الى ( (100,150,200 ppm) من ال( NH₃و( NO₂ عند درجه حراره الغرفه . النتائج العملية بينت ان اغشية اوكسيد الزنك المشوبة بالسيريوم والمرسبة على قواعد زجاجية تحسن التحسسية لتلك الاغشية للغاز ( NH₃و ( NO₂ كما تبين ان افضل نتيجة سجلت كانت للاغشية المشوبة بنسبة 10 % حيث كانت (17%) للغاز NO₂ و(16.66%)للغاز NH₃عند 300 درجه مئويه في حين كانت افضل نتيجه للاغشيه المشوبه بنسبه (%3 و%5) حيث كانت (12.6 %) للغازNO₂ و(10.31%) للغاز ,NH₃ 14%)) للغاز NO₂ و(13.28 %) للغاز NH₃ على التوالي عند 200 درجه مئويه . بالاضافة الى ذلك تبين ان التحسسية لها علاقة نسبية لدرجات الحرارة وكمية الغاز. | In the present work, structural, optical, electrical and sensing properties have been studied for undoped and Ce doped zinc oxide (ZnO) thin films with different cerium doping concentrations (3 ,5 and 10) % prepared by a Sol - gel method with spin coating , deposited on glass substrate at annealing temperature (350,500 and 550 )˚C for the pure thin film , 550 ˚C for doped thin film with (350±10) nm thickness, The X - ray diffraction technique has showed that all prepared films are polycrystalline structure type of hexagonal wurtzite, The doping resulted in decreasing grain size deteriorates the crystalline of the films from (37.1nm) of pure ZnO to (27nm) of ZnO : Ce at (10 %) doped. Surface analysis by AFM have been, the roughness increased with increasing the cerium concentration in the films from (1.14) to (2.15) at 10 % , From FE - SEM have been identified the structures in the thin film pure, spherical nanoparticles distributed a regular basis and homogeneous, while doped thin film were shapes like fiber and a wrinkle network. The measurements of optical properties transmittance of undoped and Ce doped ZnO films showed higher transmittance was (95%) for undoped ZnO films while (65 - 40% ) for doped Ce films within wavelength range (350 - 900nm). In addition, the results have showed the absorbance increased with increased doping to reach maximum value at 10% concentration. The energy gap of ZnO was calculated for undoped and doped films .It is noticed that the energy gap increases slowly with the increased of doping until it reaches the highest value at 10% doping concentration , and the energy gap ranging from (3.219) to (3.232) with increased doping concentration.The results of electrical properties have showed that direct current (D.C) conductivity increases then decreases by increasing doping to reach maximum value at 10% doping concentration. The results have showed that the films have two activation energy Ea₁ and Ea₂. From (photoconductivity) characteristics it has found that the gain factor (2.357) for pure ZnO and (1, 1.666, 1) for ZnO : Ce at (3, 5 and 10) % Respectively.The sensing properties for all undoped and Ce doped films were measured after films surface was exposed to (100,150 and 200) ppm for NH₃, NO₂ gas at room temperature. The experimental results of Ce doping of zinc oxide thin films with different cerium doping concentrations (3,5 and 10) % which deposited on glass substrate ,sensitivity of thin film sensor elements was investigated in this work. Therefore that the sensitivity of all the samples increases with the increasing in the operating temperature, reaching a maximum value corresponding to an optimum operating temperature which is 300°C for sample (10 %) and 200 °C for samples (3 % ,5 %). In addition ,the sensitivity is directly proportional with the operation temperature for limited range. In general , the sensitivity increases by increasing the concentration of NH₃, NO₂ with increasing temperature degree.
