Skip to main content
SUPERVISOR
Hamidreza Salimi jazi,Fatallah Karimzadeh
حمیدرضا سلیمی جزی (استاد راهنما) فتح اله کریم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Payam Khosravi
پیام خسروی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392
Cu-doped zinc oxide thin-films were obtained by co-sputtering method. Different structural, optical and electrical characterization technics, including XRD, FESEM, EDS, UV-Vis. spectroscopy, PL spectroscopy, Hall effect measurement, Seebeck effect measurement and I-V characterization, were applied to examine the effects of doping level, substrate temperature and coating atmosphere. It was shown that by Cu-doping, the growth mechanism was changed and the morphology was converted from equiaxed grain structure to discontinious columnar structure, heating the layers was essential to provide the possibility of band gap engineering by Cu-doping, and coating in O-rich atmosphere caused lower level of defects. With optimization of parameters the p-type ZnO with the holes density of 2.604 x 1015 1/cm3 and the mobility of 0.286 cm2/?.A.s was achieved at 3.4% Cu doping, 300 oC substrate temperature and O-rich condition. Besides, this manufacturing parameters resulted in the lowest defect level and consequently showed highest UV emission relative to Blue (440 nm) emission. Two transitions were known responsible for 440 nm emission in ZnO: electron transition between Cu states and between conduction band and VZn. Experimental results proposes that the latest is more responsible for this emission. These observation was further investigated by DFT calculation and a mechanism was developed for it. The structural changes by Cu doping was also further studied by DFT. Computational methods proposed a mechanism for this microstructural conversion.
اکسید روی یک نیمرسانای II-VI با شکاف نوار نوری eV 25/3 و انرژی پیوند اکسایتون بالا می¬باشد. به دلیل ویژگی¬های منحصر به فرد، این نیمرسانا پتانسیل بالایی برای بکارگیری در قطعات مختلف الکترونیکی، اپتوالکترونیکی و اسپینترونیکی دارد. یکی از مهمترین این قطعات دیود¬های نور افشان آبی و سفید می¬باشند. رواج این دیود¬ها به عنوان منابع روشنایی به دلیل راندمان بالای آنها می¬تواند تأثیر شگرفی در بهبود بحران¬¬های زیست محیطی و انرژی که امروزه بشر با آنها دست به گریبان است داشته باشد. امروزه LED های پایه نیترید گالیومی به صورت تجاری جهت تأمین روشنایی استفاده می¬شوند. با توجه به خواص منحصر به فرد ZnO پیش بینی می¬شود که جایگزینی آن با GaN در این قطعات سبب تسهیل فراگیری هر چه بیشتر آنها شود. البته این جایگزینی همچنان نیازمند ارتقاء دانش ZnO به خصوص جهت تهیه¬ی ZnO نوع p کارآمد است. به همین منظور در این پژوهش لایه¬های نازک ZnO آلاییده با مس به روش کندوپاش همزمان ZnO و Cu تهیه گردیدند. این لایه¬ها بر روی زیرلایه¬های با دمای محیط و oC 300، و در اتمسفر Ar خالص و حاوی O2 لایه نشانی شدند. از انواع آزمون¬های ساختاری XRD، FESEM و EDS، آزمون¬های نوری طیف سنجی UV-Vis. و PL و آزمون¬های الکتریکی هال، سی¬بک و مشخصه¬یابی I-V استفاده گردید تا اثرات میزان آلایش مس، دمای زیرلایه و اتمسفر محیط لایه نشانی بر روی لایه¬ها بررسی گردد. نتایج بررسی¬ها نشان داد که با آلایش مس، ساختار از لایه ای پیوسته به ساختار ستونی ناپیوسته تغییر می¬کند. همچنین بررسی¬ها نشان می¬دهند، افزایش دمای زیرلایه برای مهندسی شکاف نوار لازم است و لایه¬های آلاییده تهیه شده در دمای oC 300 و اتمسفر غنی از اکسیژن کم نقص می باشند. با بهینه سازی پارامترهای پوشش دهی نیمرسانای نوع p با چگالی بار 1/cm3 1015 x 604/2 و تحرک پذیری cm2/?.A.s 29/0 ساخته شد. همچنین این نیمرسانا دارای نقایص بلوری کم و تابش¬های فرابنفش قوی¬تری نسبت به سایر لایه¬های تهیه شده می¬باشد. به علاوه در این پژوهش مکانیزم¬هایی برای تغییر ساختار با آلایش و تابش¬های آبی در طیف PL پیشنهاد گردید. تمایلِ یافته شده در لایه¬های ZnO برای تغییر ساختار از حالت پیوسته به ساختار ستونی ناپیوسته با آلایش مس تاکنون کمتر گزارش شده و برای آن مکانیزمی ارائه نشده است. در این پژوهش مکانیزمی بر پایه تغییرات انرژی سطحی و اکتیویته¬ی رشد در جهات مختلف بلوری با آلایش Cu برای این مشاهدات پیشنهاد شد و در ادامه توسط محاسبات DFT به کمک نرم افزار شواهدی برای مکانیزم پیشنهادی ارائه شد. از طرف دیگر لایه¬ها از خود دو تابش عمده UV در nm 390 و آبی در nm 440 نشان دادند. بررسی و کنترل این تابش¬ها برای بهره¬گیری مؤثر از ZnO در کاربرد¬های اپتوالکترونیکی اهمیت ویژه¬ای دارد. مشاهده گردید که برخلاف انتظار، آلایش Cu در شرایطی می¬تواند تابش¬های آبی را کاهش داده و به تقویت تابش UV کمک کند. با مطالعه¬ی تابش¬ها، برای تابش آبی و تغییرات شدت آن با آلایش Cu مکانیزمی ارائه شد. در این مکانیزم نقل و انتقالات الکترون بین نوار هدایت و جای خالی روی مسئول اصلی تابش آبی شناخته شد. مشخص گردید که هدایت Cu به جایگاه¬های VZn، علاوه بر کاهش نقایص بلور، موجب کاهش قابل ملاحظه¬ی تابش¬های آبی نیز می¬شود. در ادامه ساختار نواری و چگالی حالات توسط محاسبات DFT بررسی گردیدند. بر اساس این محاسبات، به دلیل چگالی حالات بالای نوار هدایت و غیر مستقیم بودن انتقال الکترون بین ترازهای Cu، تابش¬های ناشی از نقایص VZn بر مکانیزم دیگر یعنی تابش ناشی از Cu غلبه دارند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی