شماره راهنما :
1444 دكتري
پديد آورنده :
خسروي، پيام
عنوان :
ساخت و مشخصه يابي لايه هاي نازك اكسيد روي آلايش يافته با مس براي كاربرد هاي اپتوالكترونيكي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، 128 ص.: مصور، جدول، نمودار.
استاد راهنما :
فتح اله كريم زاده، حميدرضا سليمي جزي
توصيفگر ها :
اكسيد روي , آلايش مس , نوع p. , كند و پاش همزمان , اپتوالكترونيك
استاد داور :
محمد حسين عنايتي، اكبر اسحاقي، مهدي رنجبر
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/06/31
رشته تحصيلي :
مهندسي مواد و متالورژي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/06/31
چكيده فارسي :
چکیده اکسید روی یک نیمرسانای II VI با شکاف نوار نوری 3 25 eV و انرژی پیوند اکسایتون باال میباشد به دلیل ویژگیهای منحصر به فرد این نیمرسانا پتانسیل باالیی برای بکارگیری در قطعات مختلف الکترونیکی اپتوالکترونیکی و اسپینترونیکی دارد یکی از مهمترین این قطعات دیودهای نور افشان آبی و سفید میباشند رواج این دیودها به عنوان منابع روشنایی به دلیل راندمان باالی آنها میتواند تأثیر شگرفی در بهبود بحرانهای زیست محیطی و انرژی که امروزه بشر با آنها دست به گریبان است داشته باشد امروزه دیود نورافشان LED پایه نیترید گالیومی GaN به صورت تجاری جهت تأمین روشنایی استفاده میشود با توجه به خواص منحصر به فرد اکسیدروی ZnO پیش بینی میشود که جایگزینی آن با GaN در این قطعات سبب تسهیل فراگیری هر چه بیشتر آنها شود البته این جایگزینی همچنان نیازمند ارتقا دانش ZnO به خصوص جهت تهیهی ZnO نوع p کارآمد است به همین منظور در این پژوهش الیههای نازک ZnO آالییده با مس به روش کندوپاش همزمان ZnO و Cu تهیه گردیدند این الیهها بر روی زیرالیههای با دمای محیط و 300 oC و در اتمسفر Ar خالص و حاوی 2 O الیه نشانی شدند از انواع آزمونهای ساختاری پرااش پرتو ایکس XRD میکروسکوپ الکترونی روبشی اثر میدانی FESEM و طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس EDS آزمونهای نوری طیف سنجی فرابنفش مرئی UV Vis و فوتولومینسانس PL و آزمونهای الکتریکی هال سیبک و مشخصهیابی جریان ولتاژ I V استفاده گردید تا اثرات میزان آالیش مس دمای زیرالیه و اتمسفر محیط الیه نشانی بر روی الیهها بررسی گردد نتایج بررسیها نشان داد که با آالیش مس ساختار از الیه ای پیوسته به ساختار آرایهای از نانومیلهها تغییر میکند همچنین بررسیها نشان میدهند افزایش دمای زیرالیه برای مهندسی شکاف نوار الزم است و الیههای آالییده تهیه شده در دمای 300 oC و اتمسفر غنی از اکسیژن کم نقص می باشند با بهینه سازی پارامترهای پوشش دهی نیمرسانای نوع p با چگالی بار 3 2 604 x 1015 1 cm و تحرک پذیری 0 29 cm2 A s ساخته شد همچنین این نیمرسانا دارای نقایص بلوری کم و تابشهای فرابنفش قویتری نسبت به سایر الیههای تهیه شده میباشد به عالوه در این پژوهش مکانیزمهایی برای تغییر ساختار با آالیش و تابشهای آبی در طیف PL پیشنهاد گردید تمایل یافته شده در الیههای ZnO برای تغییر ساختار از حالت پیوسته به آرایهای از نانومیلهها با آالیش مس تاکنون کمتر گزارش شده و برای آن مکانیزمی ارائه نشده است در این پژوهش مکانیزمی بر پایه تغییرات انرژی سطحی و اکتیویتهی رشد در جهات مختلف بلوری با آالیش Cu برای این مشاهدات پیشنهاد شد و در ادامه توسط محاسبات نظریه تابع چگالی DFT به کمک نرم افزار شواهدی برای مکانیزم پیشنهادی ارائه شد از طرف دیگر الیهها از خود دو تابش عمده فرابنفش UV در 390 nm و آبی در 440 nm نشان دادند بررسی و کنترل این تابشها برای بهرهگیری مؤثر از ZnO در کاربردهای اپتوالکترونیکی اهمیت ویژهای دارد مشاهده گردید که برخالف انتظار آالیش Cu در شرایطی میتواند تابشهای آبی را کاهش داده و به تقویت تابش UV کمک کند با مطالعهی تابشها برای تابش آبی و تغییرات شدت آن با آالیش Cu مکانیزمی ارائه شد در این مکانیزم نقل و انتقاالت الکترون بین نوار هدایت و جای خالی روی VZn مسئول اصلی تابش آبی شناخته شد مشخص گردید که هدایت Cu به جایگاههای VZn عالوه بر کاهش نقایص بلور موجب کاهش قابل مالحظهی تابشهای آبی نیز میشود در ادامه ساختار نواری و چگالی حاالت توسط محاسبات DFT بررسی گردیدند بر اساس این محاسبات به دلیل چگالی حاالت باالی نوار هدایت و غیر مستقیم بودن انتقال الکترون بین ترازهای Cu تابشهای ناشی از نقایص VZn بر مکانیزم دیگر یعنی تابش ناشی از Cu غلبه دارند کلمات کلیدی اکسید روی آالیش مس نوع p کند و پاش همزمان اپتوالکترونیک
چكيده انگليسي :
129 Synthesis and Characterization of Cu doped ZnO thin films for optoelectronic applications Payam Khosravi payam 876@gmail com Isfahan University of Technology Department of Materials Engineering Isfahan 84156 83111 IranDegree PhD Language FarsiSupervisors Dr Fathallah Karimzadeh karimzadeh f@cc iut ac irDr Hamidreza Salimijazi hrjazi@cc iut ac irAbstractCu doped zinc oxide thin films were deposited by co sputtering Various structural opticaland electrical characterization methods including XRD FESEM EDS UV Vis spectroscopy PL spectroscopy Hall effect measurement Seebeck effect measurement andI V characterization were performed to evaluate the effects of dopant concentration substrate temperature and coating atmosphere It was shown that by Cu doping the growthmechanism was changed and the morphology was converted from the equiaxed grainstructure to nanorod array structure Heating the layers was essential to provide thepossibility of band gap engineering by Cu doping Coating in the O rich atmospherereduced the level of defects With optimization of the parameters the p type ZnO with theholes density of 2 604 x 1015 1 cm3 and the mobility of 0 286 cm2 A s was achieved by3 4 Cu doping under 300 oC substrate temperature and O rich condition Besides thisdeposition parameters resulted in the lowest defect and consequently showed highest UVemission relative to the Blue 440 nm emission Two transitions were known responsiblefor 440 nm emission in ZnO electron transition between Cu states and between conductionband and VZn Experimental results showed that the latest is more responsible for thisemission These observation was further investigated by DFT calculation and a mechanismwas developed for it The structural changes by Cu doping was also further studied by DFT Computational methods proposed a mechanism for this microstructural conversion Keywords ZnO p type thin film Structural properties Optical properties Electricalproperties IntroductionThe Zinc Oxide is a II VI semiconductor with 3 25 eV optical band gap and high excitonbinding energy This semiconductor has a high potential for using in many electronic optoelectronic and spintronic devices Blue and white light emitting diode is one of themost important By using them as illumination source the energy consumption reducesconsiderably and consequently it will take part in remediation of many energy and
استاد راهنما :
فتح اله كريم زاده، حميدرضا سليمي جزي
استاد داور :
محمد حسين عنايتي، اكبر اسحاقي، مهدي رنجبر
