Skip to main content
SUPERVISOR
Hamidreza Salimi jazi,Fatallah Karimzadeh
حميدرضا سليمي جزي (استاد راهنما) فتح اله کريم زاده (استاد راهنما)
 
STUDENT
Payam Khosravi
پيام خسروي

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.
اکسيد روي يک نيمرساناي II-VI با شکاف نوار نوري eV 25/3 و انرژي پيوند اکسايتون بالا مي¬باشد. به دليل ويژگي¬هاي منحصر به فرد، اين نيمرسانا پتانسيل بالايي براي بکارگيري در قطعات مختلف الکترونيکي، اپتوالکترونيکي و اسپينترونيکي دارد. يکي از مهمترين اين قطعات ديود¬هاي نور افشان آبي و سفيد مي¬باشند. رواج اين ديود¬ها به عنوان منابع روشنايي به دليل راندمان بالاي آنها مي¬تواند تأثير شگرفي در بهبود بحران¬¬هاي زيست محيطي و انرژي که امروزه بشر با آنها دست به گريبان است داشته باشد. امروزه LED هاي پايه نيتريد گاليومي به صورت تجاري جهت تأمين روشنايي استفاده مي¬شوند. با توجه به خواص منحصر به فرد ZnO پيش بيني مي¬شود که جايگزيني آن با GaN در اين قطعات سبب تسهيل فراگيري هر چه بيشتر آنها شود. البته اين جايگزيني همچنان نيازمند ارتقاء دانش ZnO به خصوص جهت تهيه¬ي ZnO نوع p کارآمد است. به همين منظور در اين پژوهش لايه¬هاي نازک ZnO آلاييده با مس به روش کندوپاش همزمان ZnO و Cu تهيه گرديدند. اين لايه¬ها بر روي زيرلايه¬هاي با دماي محيط و oC 300، و در اتمسفر Ar خالص و حاوي O2 لايه نشاني شدند. از انواع آزمون¬هاي ساختاري XRD، FESEM و EDS، آزمون¬هاي نوري طيف سنجي UV-Vis. و PL و آزمون¬هاي الکتريکي هال، سي¬بک و مشخصه¬يابي I-V استفاده گرديد تا اثرات ميزان آلايش مس، دماي زيرلايه و اتمسفر محيط لايه نشاني بر روي لايه¬ها بررسي گردد. نتايج بررسي¬ها نشان داد که با آلايش مس، ساختار از لايه اي پيوسته به ساختار ستوني ناپيوسته تغيير مي¬کند. همچنين بررسي¬ها نشان مي¬دهند، افزايش دماي زيرلايه براي مهندسي شکاف نوار لازم است و لايه¬هاي آلاييده تهيه شده در دماي oC 300 و اتمسفر غني از اکسيژن کم نقص مي باشند. با بهينه سازي پارامترهاي پوشش دهي نيمرساناي نوع p با چگالي بار 1/cm3 1015 x 604/2 و تحرک پذيري cm2/?.A.s 29/0 ساخته شد. همچنين اين نيمرسانا داراي نقايص بلوري کم و تابش¬هاي فرابنفش قوي¬تري نسبت به ساير لايه¬هاي تهيه شده مي¬باشد. به علاوه در اين پژوهش مکانيزم¬هايي براي تغيير ساختار با آلايش و تابش¬هاي آبي در طيف PL پيشنهاد گرديد. تمايلِ يافته شده در لايه¬هاي ZnO براي تغيير ساختار از حالت پيوسته به ساختار ستوني ناپيوسته با آلايش مس تاکنون کمتر گزارش شده و براي آن مکانيزمي ارائه نشده است. در اين پژوهش مکانيزمي بر پايه تغييرات انرژي سطحي و اکتيويته¬ي رشد در جهات مختلف بلوري با آلايش Cu براي اين مشاهدات پيشنهاد شد و در ادامه توسط محاسبات DFT به کمک نرم افزار شواهدي براي مکانيزم پيشنهادي ارائه شد. از طرف ديگر لايه¬ها از خود دو تابش عمده UV در nm 390 و آبي در nm 440 نشان دادند. بررسي و کنترل اين تابش¬ها براي بهره¬گيري مؤثر از ZnO در کاربرد¬هاي اپتوالکترونيکي اهميت ويژه¬اي دارد. مشاهده گرديد که برخلاف انتظار، آلايش Cu در شرايطي مي¬تواند تابش¬هاي آبي را کاهش داده و به تقويت تابش UV کمک کند. با مطالعه¬ي تابش¬ها، براي تابش آبي و تغييرات شدت آن با آلايش Cu مکانيزمي ارائه شد. در اين مکانيزم نقل و انتقالات الکترون بين نوار هدايت و جاي خالي روي مسئول اصلي تابش آبي شناخته شد. مشخص گرديد که هدايت Cu به جايگاه¬هاي VZn، علاوه بر کاهش نقايص بلور، موجب کاهش قابل ملاحظه¬ي تابش¬هاي آبي نيز مي¬شود. در ادامه ساختار نواري و چگالي حالات توسط محاسبات DFT بررسي گرديدند. بر اساس اين محاسبات، به دليل چگالي حالات بالاي نوار هدايت و غير مستقيم بودن انتقال الکترون بين ترازهاي Cu، تابش¬هاي ناشي از نقايص VZn بر مکانيزم ديگر يعني تابش ناشي از Cu غلبه دارند.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی