خصائص اغشية اوكسيد الكادميوم المشوب بالانديوم ذات التركيب النانوي والمحضرة بطريقة الترسيب بالليزر النبضي لتطبيق المتحسس الغازي == Characterization of In Doped CdO Nanostructure Prepared by PLD for Gas Sensor Application
Author name:
مازن حامد حسن
Supervisor name:
علي احمد يوسف الشمري
Abstract:
تم بهذه العمل دراسة نمو الاغشية بظروف ترسيب مختلفة لفهم تاثير طريقة التحضير على خصائص الغشاء ولتحديد افضل الظروف التحضيرية وتتمثل بدرجة الحرارة (400°C), وضغط الاوكسجين(2×10 - 1) mbar وكثافة طاقة الليزر الساقطة 1.8 J/cm2 باختلاف محتوى اوكسيد الانديوم (7% ,5%, 3%, 1%, 0) بالتردد المضاعف لليزر النيديميوم - ياك الذي يعمل بتقنية عامل النوعية عند الطول الموجي 532nm بمعدل تكرارية (1 - 6) هرتز وامد نبضة 10 نانوثانية لترسيب اغشية اوكسيد كادميوم انديوم النانوية على قواعد مختلفة من الكوارتز والالومينا بسمك 150±10 نانومتر وعدد نبضات 150 نبضة لكل الاغشية باختلاف ظروف الترسيب. الخصائص التركيبية للاشعة السينية تظهر اغشية رقيقة لتركيب مكعب متعدد التبلور ذات اتجاة سائد (111) باتجاة موازي للسطح, عند نمو غشاء اوكسيد كادميوم انديوم على قواعد الالومينا تم الحصول على اصغر حجم حبيبي 16.52 nm عند نسبة التشويب 7%)) . مما يدل على تبلور افضل للغشاء وهذا ماتوضح ايضا من صورمجهرالقوة الذرية. تم دراسة طوبوغرافية السطح باستخدام مجهر القوى الذرية (AFM) . تظهر العينات ذات تركيب حبيبي وان حجم الحبيبات تتناقص مع زيادة نسب التشويب واصغر حجم حبيبي (79.11nm) و(82.99nm) تتحقق عند نسب تشويب (7%) لقواعد الكوارتز والالومنيا على الترتيب, من صور مجهر الالكترون الماسح تم الحصول على حبيبات كروية صغيرة تتراوح nm (60 - 80 ) للاغشية النقية والمشوبة. قياس الخصائص البصرية باستخدام مطياف الاشعة المرئية وفوق البنفسجية . الاغشية الرقيقة لها نفاذية عالية في المنطقة المرئية بمعدل نفاذية اعلى من (93%). وبفجوة طاقة بصرية تراوحت بين (3.25 - 3.15eV) . كما تم حساب فجوة الطاقة البصرية باستخدام جهاز مطياف الضيائية (PL) وكانت النتائج مقاربة لما تم الحصول عليه من قياسات طيف الاشعة المرئية وفوق البنفسجية, وظهور ازاحات بسيطة باتجاة الطول الازرق في قمم الامتصاص مع زيادة نسب التشويب. نتائج شدة الاستضاءة الفوتونية للاغشية المصنعة قيست ضمن المدى (200 - 900) nm,حيث هيجت الاغشية عند طول موجي (270nm) , اعظم شدة ظهرت عند المنطقة البنفسجية عند طول موجي (445.2nm). الخصائص الكهربائية تتضمن حساب التوصلية المستمرة والتي تظهر طاقة للتنشيط لجميع الاغشية . وطاقة التنشيط (0.228eV) و(0.234eV) للاغشية النقية على قواعد الكوارتز والالومنيا , واعلى طاقة تنشيط (0.515eV) تتحقق عند نسبة تشويب (3%) لقواعد الكوارتز و(0.42eV) تتحقق عند نسبة تشويب(7%) لقواعد الالومنيا. دراسة تاثير هول تظهر شبه موصل من نوع (n - type) . قياس التحسسية للاغشية (CdO) النقية والمشوب لخليط من غاز ثاني اوكسيد النتروجين والهواء في منظومة مصنعة محليا , تم اختبار جميع الاغشية لنسبة الخلط (3% NO2 : air) وفولتية تحفيز (3V). افضل درجة حرارة عمل للمتحسس كانت عند درجات الحرارة (200 - 225)oC للاغشية النقية وتتناقص الى oC (175 - 200) للاغشية المشوبة . اعظم تحسس كانت (263.97%) وسرعة استجابة زمنية (13.5s) وزمن استرداد (15.5s) تتحقق عند نسبة تشويب (3%), والتحسسية تتناقص مع زيادة نسب التشويب. | In this work, films have been grown under various deposition conditions in order to understand the effect of processing on the film properties and to specify the optimum condition, namely substrate at temperatures of (400°C), oxygen pressure (2×10 - 1) mbar, laser fluence 1.8 J/cm2, and with different In2O3 contents (0, 1%, 3%, 5% and 7%) using double frequency Q - switching Nd : YAG laser beam (wavelength 532nm), repetition rate (1 - 6) Hz and the pulse duration of (10ns), to deposit CdO : In films on sapphire α - Al2O3 (006) and quartz substrates with thickness of about 150±10 nm for all CdO : In nanofilms at different deposition condition and the number of laser pulses was 150 pulses. The x - ray diffraction (XRD) analysis was used to determine structural properties of the prepared films,the structure of the cadmium oxide has a cubic unit cell with highly orientated in the (111) direction. In the CdO : In films on sapphire substrate with a smallest grain size (16.52nm) are achieved at a ratio of doping (7%). This indicates the superior crystallinity of the film, which also has observed from the atomic force microscopy (AFM) images. The surface morphology of the deposit materials has been studied by using AFM. The samples are displayed granular structure, the grain sizes have been decreased with increasing of doping concentration ratio, the smallest grain size equal to (79.11 nm) and (82.99nm) are achieved at a ratio of doping (7%) for quartz and sapphire α - Al2O3 substrate, respectively, from the scanning electron microscope (SEM) images of the pure CdO and CdO : In films are composed of spherical grains of small with the size (60 - 80) nm . UV - VIS transmittance measurements have been shown that the films are highly transparent in the visible wavelength region, with an average transmittance of (93%). The optical band gap of the films has been found to be in the range (3.25 - 3.15) eV according to the nanostructure films by use photoluminescence (PL), the same results of energy gap value with simple difference and with small blue shift in peaks with increase of doped ratio, been found to be 2.45eV for pure CdO and it varies differently, in addition, the photoluminescence spectrum were analysed between (200 - 900) nm, all the films shown two kinds of luminescence transitions involved when the thin film is excited with wavelength 270 nm, the greatest intensities have been demonstrated in the near UV - Vis spectrum (445.2 nm). The activation energy for pure CdO was (0.228 eV) with quartz substrates, while (0.234eV) with α - Al2O3 substrates, this value decreases to (0.515 eV) when the film doping at (3%) with quartz substrates and (0.42eV) with α - Al2O3 substrates. The prepare films have been determined as an that n - type semiconductor films by the hall Effect measurements. The sensitivity measurements behavior measurements of CdO films with different doping concentrations of In2O3 under (3% NO2 : air) and bias voltage (3Volt). The optimal operating temperature is found to be 200 - 225°C for pure CdO and decreases to (175 - 200) °C for the samples. The maximum sensitivity is equal to (263.97%) with response time (13.5s) and recovery time (15.5s) was achieved at (3%) doping concentration level for α - Al2O3 substrate. The sensitivity of samples has been decreased when increasing of doping level
الخواص التركيبية والبصرية والكهربائية لاغشية اوكسيد النيكل المحضرة بطريقة الترذيذ كمتحسس غازي == The structural, optical and electrical properties of NiO films prepared by RF - Sputtering as gas sensor
تحضير ودراسة الخواص البصرية الخطية واللاخطية للوسط الفعال لليزر العشوائي == Preparation and Study a Linear and Nonlinear Optical Properties of Active Medium to Random Laser
تحضير جسيمات ثنائي اوكسيد التيتانيوم النانوية بطريقة الصول - جل باستخدام الازالة بالليزر وتطبيقاته كاصباغ نانوية == Synthesis of TiO2 Nanoparticles by Sol - Gel Method using Laser Ablation for Nano Paint Application
