Title Synthesis and Characterization of Copper Doped Zinc Sulfide Thin Films for Optoelectronic Applications
الباحث الرئيس عبدالله رجاءالله دليم المحمدي
الباحثون المشاركون
التخصص: الفيزياء
التخصص الدقيق: فيزياء تطبيقية
المستخلص: الهدف من البحث:
يهدف المشروع الحالي إلى دراسة تأثير محتوى النحاس على المعاملات التركيبية والضوئية لأغشية رقيقة من كبريتيد الزنك للتطبيقات الإلكترونية الضوئية.
المنهج المتبع:
هنا، تم دمج مواد النحاس في أغشية رقيقة من كبريتيد الزنك بتركيزات مختلفة بواسطة تقنية الرش الرزازي على ركائز من الزجاج. تم تحضير محلول الرش عن طريق إذابة أسيتات الزنك وكلوريد النحاس في الماء المقطر. تم قياس سماكة الشرائح بالطريقة الضوئية. تمت دراسة الشكل التركيبي لكبريتيد الزنك المطعم بالنحاس بواسطة تشتت الاشعة السينية والميكرسكوب الالكتروني الماسح. وتم حساب المعاملات التركيبية الدقيقة. تم إجراء قياسات النفاذية والانعكاس باستخدام مقياس الطيف الضوئي. أيضا، تم استنتاج معامل الانكسار وطاقة الفجوات الضوئية.
النتائج: يظهر نمط تشتت الاشعة السينية تركيب متعددة البلورات ومزيجًا من الطور المكعبي والسداسي لكبريتيد الزنك. ولوحظ وجود آثار صغيرة من الطور الثانوي لكبريتيد النحاس عند تركيز (0,1). يتراوح مدي الأحجام البلورية لأغشية كبريتيد الزنك المطعم بالنحاس من 10-20 نانومتر. يقل الانفعال الشبكي لأغشية كبريتد الزنك مع تركيزات النحاس. لقد وجد ان صورة الميكرسكوب الالكتروني الماسح لكبريتيد الزنك اقل كثافة من كبريتيد الزنك المطعم بالنحاس، وكان حجم الحبيبات أكبر من الاحجام المحسوبة بواسطة تشتت الاشعة السينية. باستخدام طريقة الغلاف لطيف النفاذية، تم حساب معامل الانكسار للأغشية الرقيقة. تقع طاقات الفجوة للانتقال المباشر في حدود 3,32-3,44 الكترون فولت. لقد تمت مناقشة التغييرات في كل المعاملات الضوئية من مصطلح المعاملات التركيبية الدقيقة للتطبيقات الإلكترونية الضوئية.
الأصالة / القيمة البحثية: كبريتيد الزنك هو أحد أهم مواد أشباه الموصلات غير العضوية وله طاقة فجوة عريضة/مباشرة (3,66 الكترون فولت) وشفافية جيدة للمنطقة المرئية وخصائص انتقال ممتازة واستقرار حراري جيد. يستخدم كبريتيد الزنك على نطاق واسع في العديد من التطبيقات في صناعة الإلكترونيات، مثل الثنائيات الباعثة للضوء فوق البنفسجي، والطلاء الزخرفي الانتقائي الشمسي، والليزر، والأجهزة الإلكترونية الضوئية والتألق الالكتروني. ستساعد نتائج العمل الحالي في تحسين المعاملات التركيبية والضوئية لشرائح كبريتيد الزنك المطعم بالنحاس للتطبيقات الإلكترونية الضوئية.
Abstract: Objective of the study:
The present project aims to study the effects of Cu content on the structural and the optical parameters of ZnS films for optoelectronic applications.
Design/methodology/approach:
Herein, Cu materials are merged into ZnS thin films with different concentrations by spray pyrolysis technique on glass substrates. The spraying solution was prepared by solving zinc acetate and copper chloride in the distilled water. The thickness was measured by optical method. The Structure of the doped ZnS with Cu were studied by XRD and SEM. The microstructural parameters were determined. The transmittance and reflectance measurements were performed using a spectrophotometer. Also, the refractive index and the optical band gaps were estimated.
Findings: The XRD pattern shows a polycrystalline structure and a mixture of cubic and hexagonal phases for ZnS. A small traces of secondary phase of copper sulphide (CuS) was observed at (x = 0.10). The crystallite sizes of Zn1-xCuxS films in the range of 10 - 20 nm. The lattice strain of ZnS films decreases with Cu concentrations. The SEM image of the ZnS film was found to be less dense than Zn1-xCuxS films. The crystallite sizes are greater than the calculated by XRD technique. Using the envelop method for transmission spectra, the refractive index of films was calculated. The band gaps for the direct transition are in the range of 3.32-3.44 eV. The changes of all optical parameters were discussed in terms of microstructure parameters for optoelectronic applications.
Originality/value: Zinc sulfide is one of the most significant inorganic semiconductor materials and has a direct-wide bandgap (3.66 eV), good visible region transparency, excellent transport properties and good thermal stability. ZnS is used widely in various applications in the electronics industry, such as ultraviolet light emitting diodes, solar selective decorative coatings, lasers, optoelectronic and electroluminescent devices. The outcomes of the present work will aid to improve the structural and the optical parameters of ZnS:Cu films for optoelectronic applications.