مدرس اون لايندخول

شرح الخصائص الكهربائية والبصرية لأغشية ثنائي أوكسيد القصدير المشوب بالانتمون

الخلاصة
    حضرت أغشية ثنائي أوكسيد القصدير غير المشوبة والمشوبة بالانتمون وبنسب تشويب من  (%1- 9  ) على قواعد من شرائح الزجاج باستخدام تقنية التحلل الكيميائي الحراري حيث كان سمك الأغشية المحضرة بحدود 0.5 مايكرون. درست طوبوغرافية سطوح الأغشية المحضرة وقد تبين بأنه كلما زادت نسبة التشويب بالانتمون اتجه لون الغشاء نحو الاسوداد. تبين من دراسة انعكاسية الأغشية ان هنالك تغيرا طفيفا في موقع القمة باتجاه الطاقات الفوتونية الواطئة بزيادة نسبة التشويب كما ان التشويب   تسبب في انخفاض قيم الانعكاسية . وجد من دراسة التوصيلية الكهربائية المستمرة للأغشية  المحضرة ان هنالك آليتان للتوصيل مما يدل على وجود طاقتي تنشيط وقد كانت قيمهم بين (0.02 -.0.11 eV) بالنسبة لطاقة التنشيط الأولى  وتراوحت بين (0.58 -0.88 eV) بالنسبة لطاقة التنشيط الثانية  وان التوصيلية تقل بازدياد نسب التشويب ماعدا النسبتين 1% و 2% ،وكانت قيم التوصيلية بين  (42.09  -  10.07   (ohm cm)-1)  في درجة حرارة الغرفة.

Electrical and Optical Properties SnO2:Sb at different doping concentrations

Abstract
    Thin films of SnO2 and antimony doped (1 - 9 %) percentage have been prepared on a glass slide substrate using chemical spray pyrolysis technique. the thickness of the obtained films were about 0.5 micron. Surface topography of the as deposited film have been studied and it was found that as the percentage of doping increased the films seem to be blackened. Also from the reflectance study we see there was a slight variation on the position of the peak toward the low photon energies as the percentage of doping increased. And the doping lowering the reflectance values. It was found that form the study of dc conductivity that there  were two conduction mechanism which reveal that there is two activation energies the first had the values between (0.02 - 0.11 eV) and the second ranging from (0.58 - 0.88 eV) and that the conductivity decrease as the percentage of doping increase except 1% and (2%) doping ,the values of conductivity were between  (42.09 – 10.07 (ohm cm)-1) at room temperature.


المقدمة    
    تعتبر اكاسيد  التوصيل الشفافة من المواد ذات الأهمية البالغة وخصوصاً في تحويلات الطاقة الشمسية, كمتحسسات وفي تطبيقات الأقطاب المختلفة. يعتبر ثنائي أوكسيد القصدير وهو في حالته الحجمية عازل ولكنه يصبح شبه موصل عندما يترسب على شكل غشاء رقيق يعزى هذا الانتقال من العازل الى شبه الموصل نتيجة الانحراف عن التكافؤ عند تحضير هذا الأوكسيد على شكل غشاء رقيق والنقطة المهمة ان احتمالية الانحراف عن التكافؤ بطريقة التحلل الكيمائي  الحرارية تكون عالية مقارنة ببقية تقنيات التحضير [1].  
اهتم العلماء بدراسة ثنائي أوكسيد القصدير كأغشية رقيقة بسبب النفاذية البصرية العالية والتوصيلية الكهربائية التي يتمتع بها هذا الأوكسيد والتي جعلته من الاكاسيد ذات التطبيقات المهمة جداً خصوصاً في النبائط الكهروبصرية[2-4].
يعتبر ثنائي أوكسيد القصدير من المواد القليلة الكلفة مقارنة مع بقية اكاسيد التوصيل الشفافة, مستقر حرارياً, مستقر كيميائياً عند التعامل مع الحوامض والقواعد وكذلك يعتبر من المواد ذات المواصفات الميكانيكية العالية [5-6].
درس تأثير شوائب عديدة لتحسين الخصائص البصرية والكهربائية لأغشية ثنائي أوكسيد القصدير مثل الدسبورسيوم, الفلور, الالمنيوم, الفسفور, اللثيوم, المنغنيز, السليكون, الفضة, والانتمون [7-15].
لقد وجد بان الانتمون يعتبر من المواد الأكثر استخداما كشائبة في تطبيقات النبائط الفوتوفولتائية.
تعددت تقنيات تحضير هذه الأغشية فقد حضرت بطرق متعددة منها التبخير الكيميائي الحراري [16] , المحلول – الجلاتيني [17], التبخير بالليزر النبضي [18], الترذيذ بالتردد الراديوي الماكنيتروني [19] والتحلل الكيمائي الحراري [20-24].
  يهدف هذا البحث الى دراسة طوبوغرافية السطح لأغشية ثنائي أوكسيد القصدير المشوبة بالانتمون وانعكاسيتة بالإضافة الى حساب التوصيلية الكهربائية وطاقات التنشيط للأغشية المشوبة بالانتمون وبتراكيز % (9-1).

العمل التجريبي    
    حضرت أغشية ثنائي أوكسيد القصدير غير المشوب والمشوب بالانتمون بنسب وزنيه تتراوح بين % (9 – 1)  باستخدام طريقة التحلل الكيميائي الحراري.
حضر محلول الرش بتركيز 0.1 مولاري من مادة (SnCl4.5H2O) في 100 cm3 من الماء المقطر وقد ذوبت المادة بشكل تدريجي وباستخدام خلاط مغناطيسي وبدرجة حرارة الغرفة, إما الانتمون فقد حضر من مادة SbCl3 التي تمت إذابتها بكحول الايزوبروبانول.
ولغرض الحصول على أغشية متجانسة خالية من الثقوب الابرية ومتماسكة مع القاعدة فقد خضعت عملية الرش للظروف التالية, درجة حرارة القاعدة 773 K , معدل الرش              10 cm3/ min , المسافة العمودية بين جهاز الرش والقاعدة  29 cm, ضغط الهواء     1.14 x 105 N/m2. قيس سمك الأغشية باستخدام الطريقة الوزنية, إذ توزن القاعدة الزجاجية قبل رش المحلول بعد التأكد من نظافتها بميزان حساس نوع ميتلر حساسيته 10-4g ثم يعاد وزنها بعد عملية الرش ويحسب سمك الغشاء من معرفة فرق الوزن وكثافة المادة المترسبة وإبعاد القاعدة الزجاجية, وكان سمك الأغشية المحضرة بحدود .
سجلت قيم النفاذية والامتصاصية للأغشية الرقيقة المحضرة باستخدام مطياف من نوع(PU 8800 UV/Vis) ذو الحزمتين وفي مدى الأطوال الموجية (300 - 900) nm وسجلت كافة القياسات في درجة حرارة الغرفة.
ولغرض التعرف على طوبوغرافية سطوح الأغشية قيد الدراسة فقد تم استخدام المجهر الضوئي لغرض تصوير السطوح والمجهز من قبل شركة (Motic) إذ تم تصوير سطوح هذه الأغشية باستخدام قوة تكبير (x700) استخدمت خلالها كاميرا رقمية .
حسبت التوصيلية الكهربائية المستمرة من خلال دراسة اختلاف مقاومة الغشاء مع اختلاف درجة الحرارة.

النتائج والناقشة
    يستخدم المجهر الضوئي في دراسة طوبرغرافية سطوح الأغشية, إذا يمكن دراسة التشققات والانخلاعات التي ترافق نمو الأغشية والتي تمثل عيوباً تركيبية ولها تأثير على خصائص الأغشية, كما ان مقدار التأثير يتناسب مع كثافة العيوب, يتم دراسة هذه العيوب من خلال صور المجهر الضوئي في تحديد الأشكال والاتجاهات لتلك العيوب الظاهرة على سطح العينة, كذلك تعطى طوبوغرافية السطح معلومات عن وجود فراغات (ثقوب) وكما هو واضح في الشكل   (1) ومن ملاحظة الشكل يتبين لدينا أيضا انه كلما زادت نسبة التشويب بالانتمون اتجه لون الغشاء نحو الاسوداد.
تم حساب انعكاسية أغشية ثنائي أوكسيد الفصدير غير المشوبة والمشوبة بالانتمون بنسب وزنية تتراوح بين (%9 - %1) وفق العلاقة الآتية:
  (1)

إذ تمثل: R الانعكاسية, T النفاذية, A الامتصاصية
توضح الاشكال (2) و(3) تغير الانعكاسية لكافة الأغشية قيد الدراسة كدالة للطول الموجي ولكافة الأغشية قيد الدراسة.
كما نلاحظ من الاشكال ان هنالك تغيرا طفيفاً لموقع القمة نحو الطاقات الفوتونية الواطئة بزيادة نسب التشويب, كما ان التشويب تسبب في انخفاض قيم الانعكاسية عما كانت عليه قبل التشويب ويعزى السبب الى ان التشويب قد يؤثر في التركيب البلوري لمادة الغشاء ويغير في طبيعة سطوح الأغشية, كما ان زيادة معامل الامتصاص للأغشية بعد التشويب قد يكون سبباً لنقصان انعكاسيتها عما كانت عليه قبل التشويب.
يتم حساب المقاومية باستخدام العلاقة الآتية:
(2)

إذا انb  عرض الأقطاب , t سمك الغشاء و L المسافة بين الأقطاب, R المقاومة . ومن مقلوب المقاومية حصلنا على قيم التوصيلية.
تبين الاشكال (4) الى (13) تغير  مع  لأغشية ثنائي أوكسيد القصدير غير المشوبة والمشوبة بالنسب (%9 - %1) وجد بشكل عام وللأغشية كافة ان التوصيلية الكهربائية المستمرة تزداد بازدياد درجة الحرارة وخصوصاً عند الدرجات                 (333 K – 373 K), وهي سمة عامة من سمات أشباه الموصلات التي تعود الى زيادة تركيز حاملات الشحنة,  وهذا يعني ان الزيادة في درجة الحرارة تؤدي الى مقاومة ذات معامل حراري سالب.
حسبت طاقات تنشيط هذه الأغشية من ميل الخطوط المستقيمة المبينة في الاشكال من (4) الى (13).
الجدول (1) يمثل قيم طاقة التنشيط والتوصيلية المستمرة ((dc في درجة حرارة الغرفة ولكافة الأغشية المحضرة قيد الدراسة إذ يتبين لدينا وجود أكثر من قيمة واحدة لطاقة التنشيط, أي ان التوصيل الكهربائي قد حدث بواسطة آليتين, ومن المعروف ان آلية الانتقال الالكتروني في الأغشية الرقيقة متعددة التبلور يعتمد بشدة على خصائصهم التركيبية (مثل الحجم الحبيبي, حدود الحبيبات, العيوب التركيبية).
ولغرض فهم آلية التوصيل الكهربائي في المواد المتعددة التبلور التي تتكون من بلورات مفصولة بعضها عن بعض بواسطة حواجز تسمى الحدود الحبيبية والتي تعد السبب الرئيسي في مقاومة المواد متعددة التبلور نتيجة لاهمال متن الحبيبية ولذا فان التيار المار في حدود الحبيبات يتكون اما بوساطة التحفيز الحراري او بوساطة الانتفاق, فالتحفيز الحراري ينتج عن الحاملات التي تمتلك طاقة عالية وكافية لكي تعبر حاجز الجهد عند حدود الحبيبات, وفي المقابل تيار الانتفاق ينتج عن الحاملات التي طاقتها اقل من حاجز الجهد فلذلك ستمر تلك الحاملات في حاجز الجهد بوساطة تقنية الانتفاق الكمي.
تمثل طاقة التنشيط الأولى عند الدرجات الحرارية (293K – 328K) عملية انتقال الحاملات خلال مستويات الطاقة الموضعية في فجوة الطاقة وبسببه يقترح وجود كثافة عالية من مستويات الطاقة الموضعية في فجوة الطاقة.
remove_circleمواضيع مماثلة
لا يوجد حالياً أي تعليق
privacy_tip صلاحيات هذا المنتدى:
لاتستطيع الرد على المواضيع في هذا المنتدى