عنوان المقالة:تصنيع مفرق هجين نوع ZnTe/Si النقي والمشوب بالنحاس بطريقة الترسيب الحراري ودراسة خصائصه Fabrication of pure and doped ZnTe/Si heterojunction with Cu using thermal evaporation and study its properties
سرمد مهدي , د. سمير عطا مكي , د.علية عبد المحسن شهاب
المؤلفون بالإنجليزي
Sarmad M.Ali,Prof. Dr. Samir A. Maki,Prof. Dr. Aliyah A. Mhsin Shihab
الملخص العربي
حُضرت في هذا البحث سبيكة (ZnTe) بوضع عناصر السبيكة في أنبوب مفرغ الهواء مصنوع من مادة الكوارتز،عند ضغط (2×10-3 mbar)، تم حرقها لدرجة حرارة oC(1250) ولمدة ساعة. استخدمت فحوصات حيود الأشعة السينية لمسحوق السبيكة، فتبين أنها تمتلك تركيب متعدد التبلور ومن النوع المكعـب والسداسي. تم ترسيب أغشية (ZnTe) النقية والمطعمة بالنحاس (ZnTe:Cu) بطريقة التبخير الحراري في الفراغ بمعدل ترسيب (0.55 ±0.05) nm sec-1 وبسمك (400) nm. وهذه الأغشية نم تشويبها بالنحاس (Cu) بنسب (3, 5, 7)% وتلدينها بدرجة حرارة oC(100 ,300) ولمدة ساعة في فرن مفرغ من الهواء.
أظهرت نتائج قياسات (XRD) أن جميـع الأغشية المحضّرة كانت ذات تركيب بلوري يقترب من احادي التبلور(single crystalline) ومن النوع المكعـب (Cubic) مع هيمنة النمو بالإتجاه (111) للأغشيـة المحضّرة كافة، مع تناقص معـدل الحجم البلوري وزيادة شدة الحيود بزيادة التلدين. كذلك ظهور قمم ضعيفة تعود لعنصر التيلوريوم (Te).
فضلا عن نتائج XRD، أظهرت نتائج مجهر القوة الذرية (AFM) ان جميع الاغشية المحضرة تمتلك توزيع متجانس للحبيبات وخشونة السطح تزداد مع زيادة التلدين وبزيادة التشويب تناقص الحجم الحبيبي. أوضحت قياسات الخواص البصرية بان الانتقالات البصرية كانت مباشرة مسموحة وان قيم النفاذية تزداد مع زيادة نسبة التشويب بالنحاس وبالتالي سوف تتناقص الامتصاصية، ان فجوة الطاقة البصرية لكل الاغشية تزداد بزيادة عاملي التشويب والتلدين. وأن قيمة فجوة الطاقة البصرية بحدود (2.4 eV) للاغشية النقية عند R.T ويمكن التحكم بها عن طريق نسبة التشويب والتلدين. كذلك تم حساب معامل الامتصاص كدالة لطاقة الفوتون.
تضمنت دراسة الخصائص الكهربائية للأغشية المحضرة التوصيلية المستمرة وتاثير هول. وأظهرت نتائج التوصيلية آليتين للانتقال الالكتروني، أي طاقـتي تنشيط. وبينت نتائج تأثير هول أن الأغشية كافة هي من النوع (P-type)، وان تركيز الحاملات والتحركية يزداد بزيادة التلدين وان اضافة النحاس قلل من تركيز الحاملات . وقد بينت نتائج قياسات (سعة - جهد) أن المفرق المُصّنع هو من النوع الحاد. وأن جهد البناء الداخلي (Vbi) وعرض منطقة النضوب يزداد بزيادة التلدين ونسبة التشويب.
أظهرت نتائج قياسات (تيار-جهد) للمفرق ZnTe /Si تيار الظلام في حالة الانحياز الامامي يتغير مع الفولطية المسلطة. وتيار التشبع يزداد بزيادة التشويب بينما عامل المثالية بحدود (2.3) لاغلب المفارق الهجينة، فضلا عن انها تملك خواص المفرق المقوم. اما عند الاضاءة فقد اظهر بعض المفارق المحضرة سلوك المتحسس الضوئي.
الملخص الانجليزي
In this research, an alloy of the compound (ZnTe) was prepared by placing the alloy elements in an evacuated quartz tube at pressure (2×〖10〗^(-3) mbar). The alloy elements were burned at (1250℃) for an hour of time. X-ray diffraction analysis tests were used for the powder of the alloy. It was found to have a polycrystalline structure with hexagonal cube type. The pure ZnTe and (ZnTe:Cu) thin films were deposited by thermal evaporation technique at a deposition rate of (5.5±0.05 nm sec^(-1)), (ZnTe) film of thickness (400)±20 nm. The films had doped with copper (Cu) with different doping ratios (3,5,7) % and annealing range (100,300℃) for an hour of time under vacuum.
The results of the XRD measurements showed that all the prepared thin films were single crystalline and cubic with a preferred orientation along (111) plane for entire prepared thin films. Further, it was decreasing in crystalline size and increasing diffraction intensity as the annealing increased. There are also weak peaks of the Tellurium (Te) element.
In addition to XRD results, the results of the Atomic Force Microscopy (AFM) showed that all the prepared thin films have a homogeneous distribution of grains. The surface roughness increases with increased annealing, and as the doping increased the particle size decreased.
The optical properties measurements showed that the optical transitions were directly allowed. The transmittance values increased with the increase in the percentage of copper inoculation and thus, the absorption decreased.
The optical energy gap for all the thin films increased with the addition of the doping and annealing factors. The value of the optical gap energy is (2.4 eV) for the pure thin film at (R.T) and can be controlled by the ratio of doping and annealing. The absorption coefficient was also calculated as a function of photon energy.
The study included the study of the electrical properties of the DC conductivity of thin films and the Hall Effect. The results of the condectivity showed two mechanisms for electronic transitions; two activation energies. The results of the Hall Effect showed that the whole films were P-type. And the concentration of the carriers and the mobility increased with the increase of annealing. Moreover, the addition of copper reduced the concentration of the carriers. The results of the(capacitance-voltage) measurements showed that the (ZnTe / Si) junction manufactured is of the abrupt type. The internal construction (V_bi) and the width of the depletion width are increased by increasing the raio of doping and annealing factors.
The (I-V) results for (ZnTe / Si) junction measurements of the dark current in the case of the forward bias changes with the applied voltage. The saturation current increases by increasing the doping, while the ideal factor is about 2.3 for most hybrid junctions. Furthermore, it has the properties of the rectifier. But at lighting, some junctions showed the behavior of the light sensor.
د.سرمد مهدي علي | Dr. Sarmad Mahdi Ali | 1217