منصة الرسائل والاطاريح: تحضير ودراسة خواص المقاومية الضوئية لوصلة اوكسيد الخارصين / ثنائي اوكسيد التيتانيوم النانوية

الخلاصة

تم تحضير أجهزة الأغشية الرقيقة من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) وأكسيد الزنك (ZnO) وتوصيفها لتطبيقات المقاومة الضوئية. تم تصنيعه باستخدام طرق التجيل بالمحلول والرش على ركائز مختلفة لدراسة تأثير الركيزة على الأجهزة المحضرة. كما تم إجراء الفحوصات التكميلية بما في ذلك؛ حيود الأشعة السينية، وقياسات فجوة الطاقة، وتركيزحاملات الشحنات، تحركية حاملات الشحنة، والخصائص المورفولوجية، والمشتقة الأولى للتيار فيما يتعلق بقيم الوقت (dI/dt) لحالات التشغيل والإيقاف. تظهر نتائج فحص XRD أنماطًا بلورية مميزة ووجود أطوار TiO2 (anatase) وZnO (wurtzite) في الأغشية الرقيقة. تظهر قياسات فجوة نطاق الطاقة تقلبات في قيم فجوة النطاق، مما يكشف عن معلومات حول الخصائص الإلكترونية البصرية للمواد. يتراوح مدى فجوة الطاقة لجميع العينات بين 3.23-3.75 eV) (. تكشف صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) عن إدارة الشكل وحجم الجسيمات للأغشية الرقيقة من TiO2 وZnO. تم تصميم المواد النانوية لأشكال وأحجام معينة من خلال السيطرة الدقيقة بإجراءات الإنتاج ودرجات حرارة التلدين، بدءًا من التراكيب الشبيهة بالكروية في ZnO إلى الأشكال الشبيهة بالشريط النانوي في TiO2. يعرض الهيكل الهجين تداخلًا غير عادي بين المادتين، مما يعني إنشاء ترابط متغاير مع واجهة محددة جيدًا. عند ترسيبه على ركائز أكسيد القصدير الإنديوم (ITO)، يظهر TiO2 انخفاضًا في المقاومة وسلوك تبديل معتدل. على العكس من ذلك، تعرض ركائز Si/SiO2 مقاومة أعلى وسلوك تبديل أكثر وضوحًا. علاوة على ذلك، يُظهر TiO2 مقاومة عالية جدًا، بينما يُظهر ZnO مقاومة أقل مع سلوك تحويل قوي على ركائز الأقطاب الكهربائية المتداخلة (IDEs). يُظهر الهجين (ZnO:TiO2) سلوك تبديل معتدل نسبيًا على ركائز ITO، كما يتضح من نسبة المقاومة المنخفضة عندما يكون الضوء مطفأً عندما يكون الضوء مضاءً بنسبة (ROFF/RON) تبلغ 1.06. على ركائز Si/SiO2، يُظهر الغشاء الرقيق الهجين نسبة ROFF/RON أعلى بكثير تبلغ 5.28، مما يشير إلى مقاومة أقوى وسلوك تبديل أكثر وضوحًا. وبالمثل، فإن نسبة ROFF/RON للأغشية الرقيقة الهجينة على ركائز IDEs هي 2.46، مما يشير إلى استجابة معتدلة ولكنها مميزة للضوء. وبالمثل، يعرض الفيلم الرقيق ثنائي الطبقة سلوك تبديل معتدل على ركائز ITO، مع نسبة ROFF/RON تبلغ 1.36. على ركائز Si/SiO2، يُظهر الغشاء الرقيق ثنائي الطبقة مقاومة كبيرة وسلوك تحويل قوي، كما يتضح من نسبة ROFF/RON البالغة 4.72. عند تطبيقها على ركائز IDEs، تبلغ نسبة ROFF/RON للفيلم الرقيق ثنائي الطبقة 3.9، مما يدل على تفاعل معتدل ولكنه مهم للضوء. تتضمن الدراسة أيضًا فحصًا شاملاً لخصائص المقاومة للضوء. يتمتع TiO2 بأعلى قيم المقاومة الضوئية، والتي تتراوح من1.57× 109 (Ω.m) على ITO إلى 123×107 (Ω.m) على Si/SiO2، بينما لا توجد استجابة على ركيزة IDEs. يمتلك ZnO قيم مقاومة ضوئية أقل تتراوح من 0.436×109 (Ω.m) إلى 9.89×107 (Ω.m) و 0.254 × 103 (Ω.m). تتراوح المقاومة الضوئية للفيلم الرقيق الهجين من 0.801× 109 (Ω.m) إلى 7.1×107 (Ω.m) و7.03×103 (Ω.m) ، في حين تتراوح المقاومة الضوئية للفيلم الرقيق ثنائي الطبقة من 0.064 109 (Ω.m) إلى 7.02×107 (Ω.m) و2.09×103 (Ω.m) . تشير القيمة الموجبة إلى الحركة أثناء التعرض للضوء، بينما تشير القيمة السالبة إلى التسارع من نطاق التوصيل إلى نطاق التكافؤ. تؤكد هذه العلاقة على الدور الحاسم لـ dI/dt في فهم حركية نقل الشحنة والمقاومة في المواد المقاومة للضوء، حيث تشير أدنى قيمة إلى أعلى مقاومة للضوء والعكس صحيح. كانت قيم dI/dt مؤشرا على الأداء الأمثل لأنواع الأغشية الرقيقة الهجينة وثنائية الطبقة على ركائز مختلفة. على وجه الخصوص، عند ترسيبه على ركيزة ITO، يُظهر الفيلم الرقيق الهجين خصائص مواتية للغاية، مع قيم dI/dt تبلغ 0.065 μA s-1 (ON) و-0.23 μA.s-1 (OFF). على الركيزة Si/SiO2، أظهرت كل من الأغشية الرقيقة الهجينة وثنائية الطبقة قيمًا مثالية قابلة للمقارنة. يعرض الفيلم الرقيق الهجين قيم dI/dt تبلغ 508 μA.s-1 (ON) و-521 μA.s-1 (OFF) ، بينما يعرض الفيلم الرقيق ثنائي الطبقة قيم dI/dt تبلغ 190 μA s-1 (ON)و-422 μA.s-1 (OFF). والجدير بالذكر أن أداء الطبقة الرقيقة ثنائية الطبقة كان أفضل على الركيزة IDEs، مع قيم dI/dt تبلغ 9.95 A.s-1 (ON) و-44 A.s-1 (OFF). أظهرت النتائج ديناميكيات المعدل الحالي المتغيرة للأغشية الرقيقة المختلفة على ركائز متنوعة، مما يوفر رؤى قيمة حول سلوكياتها المقاومة للضوء وخصائصها الكهربائية.