جمھوریة العراق وزارة التعلیم العالي والبحث العلمي

جــامـعــة بغــداد ابن الھیثم/التربیةكلیـة

مقدمة الىاطروحة ـ جامعة بغداد ابن الھیثم-التربیةكلیة

الفیزیاء نیل درجة دكتوراه فلسفة في من متطلباتوھي جزء

من قبل ارق خضري امعيـاد طـزي

إشراف

د ميخائيل عيسى منصور.م.أ د عبد الحميد رحيم الصراف .م.أ

م٢٠١١ ھـ ١٤٣٢

APCVD)(ZnO:Fe

Æ Å Ä ÃÂ Á À

Î Í Ì Ë Ê É È Ç

صدق ا العظيم)سورة اإلسراء (85 اآلية

االهداء

زيـاد

الجامعة -عشر لكلیـة التربیةالسابع شارك الباحث في المؤتمر العلمي السنوي

:بالبحث الموسوم) 2010 / مایس6- 5( للمدة منالمنعقدالمستنصریة

Preparation and study growth of ZnO nanorods by atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) method.

2011 للعام المجلد الثاني-الجامعة المستنصرية-ونشر في مجلة كلية التربية ) العلمي السنوي السابع عشرعدد خاص بالمؤتمر(

ھا العلمي الثاني للنانوتكنولوجي والمواد المتقدمة وتطبیقاتشارك الباحث في المؤتمر-

: بالبحث الموسوم)2010 تشرین الثاني 4-3(المنعقد للمدة من الجامعة التكنولوجیة

Synthesis and Study of ZnO Nanostructures by Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition (APCVD) Method.

. 2011 لعام الجامعة التكنولوجية- للنشر في مجلة الهندسة والتكنولوجياوقبل ضمن مجلة (2011)أولي في ایطالیا للعام الحصول على قبول تم : " ATTI DELLA “ Fondazione Giorgio Ronch وللبحث الموسوم:

Fabrication and study growth of ZnO nanorods by atmospheric pressure chemical vapor deposition: APCVD method

ول استعمالینظمھا مركز النانوتكنولوجي حتدریبیة دورة أولي شارك الباحث ف

وتطبیقاتھ في Scanning Probe Microscope (SPM) مجھر المجس الماسح .)2010 تشرین الثاني 26-23(القیاسات النانویة المقامة للمدة من

والمرسلين وخاتم النبيين الحمد هللا رب العالمين والصالة والسالم على نبي الرحمة وبعد .... أجمعين وعلى اله وصحبه) (محمد

) ( لوال ما أمدني اهللا أبدارحلة طويلة لم تكن سهلةنهاية البد لي وإنا على أبواب التي الشكر والتقدير الى كل األيدي، إال أن أتوجه بأسمى آياتوصبر طويلين رعاية من

المشرفين منهمبالذكر واخص بداية البحث، الدراسة وامتدت لتقديم العون لي خالل فترة القتراحهما موضوع ميخائيل عيسى منصور والدكتورعبد الحميد رحيم الصراف الدكتور

عمادتي كلية الفيزياء في قسمي، والى المدةهذه طوال القيمة العلميةاالبحث وتوجيهاتهمكما وأتقدم ، فرصة إكمال دراستياجامعة الموصل إلتاحتهم-ابن الهيثم وكلية التربية-التربية

:كل منببالغ شكري وتقديري الى

طارق عبد الرضا.د و سمير عطا.د و قاسم عزيز.دمتمثلة بـ جامعة بغداد . سعاد.هدى ود. ودعقيل رزاق. د وعليه عبد المحسن.د و خالد هالل،.دو ضياء تويج.أو

سالم الشماع. د وخليل ابراهيم. د وممتاز محمد صالح. متمثلة بـ دجامعة الموصل عماد ممدوح،.م.او مزاحم المالح.د ويحيى الجمال .د وأنور العاني.د و سعيد النعيمي.دو .الست حنيفة يحيىو حسين معتز. اق عبد و أمشت. أو ياسر حسين.او احمد وعد اهللا.دو

ثائر.د وصبيحة عبد الجبار.د وزياد شهاب.متمثلة بـ د اوزارة العلوم والتكنولوجي حسن .او ابراهيم كيطان.ا وإسماعيل خليل.او شذى شمعون.د وزاريه ازاد. د والزبيدي . ثجيلخالد.ا وعلي جبر،.ا وجمعة،

عدوية جمعة الشمري.د الجامعة التكنولوجية متمثلة بـ-مركز النانوتكنولوجي زيد.عمار هادي وأ. ا و داود عبد القادر.دو

راضي شدهان. دوخضير عباس .نادر فاضل حبوبي، ا. متمثلة بـ دالجامعة المستنصرية .الست لقاء وماجد حميد. د وعلي احمد. د وهيفاء غازي. د وصالح قدوري. دو

عبد عمر حامد. متمثلة بـ دالمملكة العربية السعودية- كلية العلوم-لملك سعودجامعة ا .ليث جاسم . ا و عبد الرحمن العثمانعبد اهللا.د،الرحمن

جامعةUSMبـ متمثلةماليزيا في S. M. Thahab Dr.Kamal Mahir, Dr.

جامعة University College London متمثلة بـDr. Christopher S. B..

تحسين .دو أنورصباح .دو ظاهرعبد الهادي.دتوفيق قدوري و.دمتمثلة بـ جامعة ديالى .فيصل غازي. وأمحمد حميد.ا وكيالن اسعد.ا واسعد احمد.ا ومازن الشمري.او حسين

أسرتي لما منحوني من رعاية وتشجيع أفراد شكري وعرفاني بالجميل لجميع أقدموفي الختام .، واهللا الموفقوكانوا خير سند ليوالتي امتدت لخمس سنين الدراسة والبحث مدة طيلة

ادـزي

حبيبات نانوية وبهيأة قضبان نانوية تم في هذه الدراسة تصنيع تراكيب نانوية بلورات نانوية وزهور نانوية باستعمال تقنية الترسيب البخاري الكيميائي تحت الضغط و

. (ZnO:Fe) للمركب ودون وجود أي عامل مساعد(APCVD)الجوي االعتيادي من للحصول على أفضل األغشية اشتملت الدراسة أوال على تحسين أداء المنظومة

تغيير ظروف الترسيب المتمثلة و لهاتصميم وإضافة بعض األجزاء المهمةخالل التشويب بالحديد، و ،درجة حرارة القاعدةا، وبنوعية المواد المستعملة وطرق تحضيره

بينت نتائج فحوصات األشعة إذيب داخل مفاعل المنظومة، ونوعية ومكان قواعد الترس عند المنشورةالسينية أن جميع التراكيب متعددة التبلور وباتجاهية متطابقة مع األدبيات

هي درجات حرارة مختلفةولالسليكون و الكوارتز والترسيب على كل من الزجاج(400,450,500,550 oC) رجات الحرارية األقل ذات تركيب عشوائي عند الدوإنها

ناك زيادة في حجم الحبيبات بزيادة درجة ه، كذلك بينت النتائج أن (oC 250)من مع ظهور (% 10,%8,%6,%4 ,%2) النسب رارة ونقصانها بالتشويب ضمنالح

اما نتائج الفحوصات . عند النسب العالية للتشويب (Fe2O3) الحديديكأوكسيدطور ومن أوالكيب النانوية خالل قياسات المجهر البصري التر وجود اأثبتتالمجهرية فقد

التراكيب النانوية جميع والذي بين حقيقة تكون (SEM)ثم المجهر االلكتروني الماسح بعض معامالت ميلر إظهاروحجمها و المختلفة مع امكانية حساب معدل قطرهابأشكالها

كذلك السينية، األشعةحليالت الخاصة بالمستويات المعروفة والتي كانت متطابقة مع ت وجود العناصر المكونة لهذه التراكيب وبدقة (EDS)بينت تحليالت طيف تشتت الطاقة

نتائج فحوصات مجهر القوة الذرية وجود أوضحتفة الى ذلك فقد اوباالض. واضحةعملية على ا لزيادة درجة حرارة القاعدة تأثيرأن أيضا بدورههذه التراكيب والذي بين

التشويب لتأثير أن وكذلك تبين ،(RMS)خالل زيادة معدل خشونة السطح من النمو . في نقصان هذه الخشونة عند النسب القليلة ثم زيادتها عند النسب العاليةادور الخواص الفيزيائية المتمثلة بالخواص البصرية بعضدراسة أيضاوتضمنت الدراسة

التي ىالمحاليل المائية وبوجود نفس المعلمات األخروالكهربائية باستعمال طريقة تمثلت الخواص البصرية بدراسة كل من طيف وقد رافقت تصنيع التراكيب النانوية،

اك زيادة ـ انه بزيادة درجة الحرارة كانت هنإذ، األغشيةالنفاذية واالمتصاصية لجميع

اكبر من (oC 500)ارية في النفاذية البصرية والتي كان معدلها عند الدرجة الحرتحت الحمراء القريبة مع زيادة في منطقة يف المرئي وط ضمن منطقتي ال(90%)

(%10-2)، اما بوجود التشويب وعند النسب (eV 3.27-3.21)فجوة الطاقة من رية النتائج وجود نقصان في النفاذية البصأظهرت فقد (oC 500)حرارةالضمن درجة و

دراسة تغير باقي الثوابت البصرية توة الطاقة، وكذلك تممع نقصان واضح في فجمعامل الخمود وثابت العزل ومعامل االنكسارولت بكل من معامل االمتصاص ثوالتي تم

أن دراسة الخواص الكهربائية قد بينت هي األخرى إنو ،بجزئيه الحقيقي والخيالية درجة الحرارة يرافقها زيادة هناك زيادة قليلة في قيمة التوصيلية الكهربائية مع زياد

اما بوجود الشوائب فقد ازدادت التوصيلية . في كل من قيم حامالت الشحنة والتحركية مع زيادة واضحة في تركيز الحامالت ونقصان (%10 ,%6 ,%2) عند النسب أكثر

. المادة هي من النوع السالب ولم تتغير بوجود التشويبأنفي التحركية مع كون

I

رقم الصفحة العنوان الفقرة مقدمة عامة الفصل األول

1 .مقدمة 1-1

2 .اشباه الموصالت النانوية 1-2

4 . تقنيات تصنيع التراكيب النانوية 1-3

6 .تقنيات نقل البـخار -1-31

13 .أوكسيد الخارصين 1-4

13 .الخواص الفيزيائية -1-41

14 .التركيب البلوري -1-42

15 .التركيب النانوي 3-4-1

16 .بعض االستعماالت النانوية 4-4-1

17 .خصائص الحديد 5-1

18 .الدراسات السابقة 6-1

28 .الهدف من الدراسة 7-1

الجزء النظري الفصل الثاني

29 .مقدمة 2-1

29 .أشكال المواد النانوية 2-2

36 . البلورية للموادالبنية 2-3

37 . البلوريةالمواد 2-3-1

38 .المواد غير البلورية 2-3-2

38 .الخواص التركيبية 2-4

38 .حيود األشعة السينية 1-4-2

39 . التركيبيةاتملالمع 1-1-4-2

42 .العوامل المؤثرة على حيود األشعة السينية 2-1-4-2

45 . األشعة السينيةفلورة 2-4-2

47 .المركبات شبه الموصلة 5-2

II

رقم الصفحة العنوان الفقرة 47 .عيوب في المواد البلوريةال 6-2

48 .الخواص البصرية 7-2

49 . وفجوة الطاقةحافة االمتصاص األساسية 1-7-2

52 .فجوة الطاقة للتراكيب النانوية 2-7-2

54 .الثوابت البصرية 3-7-2

54 .معامل االمتصاص 1-3-7-2

55 .معامل الخمود 2-3-7-2

56 .معامل االنكسار 3-3-7-2

56 .ثابت العزل الكهربائي 4-3-7-2

58 .األشعة تحت الحمراء 4-7-2

59 .الخواص الكهربائية ألشباه الموصالت 8-2

59 .التوصيلية المستمرة 1-8-2

61 .تأثير درجة الحرارة على توصيلية أشباه الموصالت 2-8-2

63 .تأثير هول 9-2

64 .(Van Der Pauw)تقنية 1-9-2

لجزء العمليا الفصل الثالث

66 .مقدمة 3-1

66 .منظومة الترسيب 3-2

71 .الرقيقة تحضير األغشية 3-3

71 .تهيأة القواعد 3-3-1

72 . المشوبة وغير المشوبة(ZnO)تحضير أغشية 3-3-2

75 .قياس سمك األغشية 3-3-3

77 .القياسات التركيبية 3-4

84 .القياسات البصرية 5-3

85 .القياسات الكهربائية 1-5-3

III

رقم الصفحة العنوان الفقرة النتائج والمناقشة الفصل الرابع

89 .مقدمة 4-1

89 .تأثير درجة الحرارة 4-2

89 .الحبيبات النانوية 1-2-4

89 .نتائج الفحوصات التركيبية 1-1-2-4

94 .مقارنة النتائج 2-1-2-4

99 .البلورات النانوية 2-2-4

99 .ةنتائج الفحوصات التركيبي 1-2-2-4

105 .القضبان النانوية 3-2-4

105 .نتائج الفحوصات التركيبية 1-3-2-4

114 .مقارنة وحسابات تأثير درجة الحرارة 4-2-4

114 .الخواص التركيبية 1-4-2-4

116 .(AFM) نتائج فحوصات 2-4-2-4

119 .تأثير التشويب 3-4

119 .الزهور النانوية 1-3-4

119 .صات التركيبيةنتائج الفحو 1-1-3-4

134 .(AFM)نتائج فحوصات 2-1-3-4

135 .تأثير نوعية القاعدة 4-4

136 .البلورات النانوية 1-4-4

136 .نتائج الفحوصات التركيبية 1-1-4-4

140 .(AFM) نتائج فحوصات 2-1-4-4

141 .دراسة الخواص الفيزيائية 5-4

142 .الخواص البصرية 4-6

142 .متصاصية والنفاذيةطيف اال 1-6-4

UV-VIS. 142قياسات 1-1-6-4

IV

رقم الصفحة العنوان الفقرة FTIR. 144قياسات 2-1-6-4

148 .معامل االمتصاص 2-6-4

151 الممنوعةفجوة الطاقة 3-6-4

156 .معامل الخمود 4-6-4

156 .معامل االنكسار 5-6-4

157 .ثابت العزل الكهربائي 6-6-4

162 .الخواص الكهربائية 7-4

162 .تأثير درجة الحرارة 1-7-4

164 .االستنتاجات 8-4

166 .المشاريع المستقبلية 9-4

182- 167 المصادر -----

V

رقم وانــالعن الشكل الصفحة

2 .ىمخطط توضيحي يبين االرتباط بين أشباه الموصالت النانوية والعلوم األخر 1- 1

3 .مخطط توضيحي يبين نوعين من الترانزستورات ذات التراكيب النانوية 2- 1

3 .مخطط توضيحي لخلية شمسية نانوية التركيب 3- 1

5 .ألغشية الرقيقةمخطط توضيحي لتقنيات ترسيب ا 4- 1

VS. 6نقل بخار المعدن الصلب وفق مبدأ على تعملمخطط لمنظومة تبخير حراري 5- 1

VLS. 7أسالك نانوية بتقنية بوصفها ZnOمخطط توضيحي لعملية نمو 6- 1

9 .(CVD) مخطط يبين الخطوات األساسية لعملية الترسيب البخاري الكيميائي 7- 1

10 .(VS)نقل بخار المعدن الصلبوفق مبدأ على تعمل APCVD مخطط لمنظومة 8- 1

11 . (US)وفق مبدأعلى تعمل APCVD مخطط لمنظومة 9-1

11 .الحدودية ن الطبقةيتكو لى الهندسي للقاعدة عل الشكمخطط لتأثير 10-1

12 . ذات الجدار الساخنAPCVDآللية انسياب الغاز في منظومة مخطط 11-1

المرسب على السليكون ألوكسيد االنديوم(NCs) للبلورات النانوية SEM) (صور 12-1 .APCVD المحضرة بتقنية و (100nm)و m) (5بمقياس

12

13 . أكاسيد التوصيل الشفافة منوعةممخطط توضيحي لمج 13-1

ZnO 14 . لـ (Wurtzite)التركيب السداسي 14-1

15 .النانوية التراكيب ذاتالخارصين حديثا ألوكسيد المصنعةبعض األشكال 15-1

AFM. 16 في مجهر مقطع عرضي للعتلة المستعملة 16-1

16 النانوية التراكيب(ZnO)مخطط للخلية الشمسية المصنعة حديثا من قضبان 17-1

17 .لحديديكاالتركيب البلوري ألوكسيد 18-1

R.T. 22عند b - . بإضافة الماء البارد ZnO .–a لقضبان(SEM)صور 19-1

ZnO. 23أنابيب ZnO -b قضبان a– لكل من(SEM)صور 20-1

EDX. 24 النانوية مع تحليل ZnO أللياف (SEM)صور 21-1

ZnO. 25 أعمدة b- . المدببةZnO قضبانa– لكل من (SEM)صور 22-1

VI

رقم العنوان الشكل الصفحة

30 .(AFM)صورة - b (SEM)رة صو- a النانوية ZnO حبيبات 1-2

30 . المضادة للبكتريا الحية(ZnO) لحبيبات (SEM)صورة 2-2

31 . النانويةبيبرسم توضيحي لألنا 3-2

31 .(VS) النانوية المصنعة بتقنية (ZnO) ألنابيب (SEM)صورة 4-2

32 . النانوية المصنعة بتقنية(ZnO) لكرات (SEM)صور 5-2

32 . النانوية المرسبة على السليكون(ZnO) ألسالك (SEM)صور 6-2

7-2a 33 . التركيبللطاقة في اشباه الموصالت الكبيرة والنانويةبوصفها دالة كثافة الحاالت

7-2b طيف انبعاث(ZnO) المقاس بتقنية (PL)34 .ابشكل نقاط كمية وغيره عند تصنيعه

34 .(ZnO/MgO) للمركبين النانويين (SEM)صورة 8-2

35 .ةألشكالها السداسية المستنبط مع مخطط(ZnO) لقضبان (TEM)صور 9-2

36 . النانوية(ZnO) لبلورات (HRTEM)صور 10-2

EDS. 37مع تحليل ذي القضبان(ZnO)معامالت ميلر لبعض المستويات المهمة لـ 11-2

41 . شبيكة بلورية مخططا توضيحي لنوع االجهاد المتكون داخل 12-2

42 . النانوي(ZnO)تأثير درجة حرارة القاعدة على نمو مسحوق 13-2

43 .(XRD)تأثير التشويب بالفضة واأللمنيوم وظهور ازاحة طيف 14-2

44 . لقضبان وأنابيب نانوية مصنعة بتقنيات مختلفة (XRD)طيف 15-2

b-3.5, c-4.5 nm (a-. 44 ,2.5 ( النانوية (InP)يبين انحراف حبيبات 16-2

45 . النانوية(ZnO) لحبيبات (XRD)طيف 17-2 46 .مخطط توضيحي لعملية الفلورة 18-2

46 .نانوية التركيب (ZnO) ألسالك (XRF)طيف 19-2

48 . غير المشوب(ZnO) لشبه الموصل ةمخطط للعيوب الذاتي 20-2

49 .(ZnO:Fe)للطول الموجي ألغشية بوصفها دالة النفاذية البصرية 21-2

51 ذو الفجوة المباشرة(ZnO)مخطط حزم الطاقة لشبه الموصل 22-2

51 االنتقال غير المباشر- b. االنتقال المباشر- aاالنتقاالت االلكترونية 23-2

VII

رقم العنوان الشكل الصفحة

52 . نانوية التركيب(ZnO)فجوة الطاقة لتراكيب 24-2

بنقصان النانوية نحو الطاقات العالية(CdS)يبات ازاحة حافة االمتصاص لحب 25-2 . -b-30, c-37,d-<42 nm (a ,25 (الحجم الحبيبي

53

26-2

مع تغير (ZnO) دالة للطول الموجي ألغشية بوصفهتغير معامل االمتصاص .الموالريةتركيز

54

27-2

55 . النانوية(ZnO)تغير معامل الخمود بتغير السمك لتراكيب

56 .(ZnO)دالة لطاقة الفوتون ألغشية بوصفه معامل االنكسار 28-2

29-2

57 . النانوية(ZnO)الجزء الحقيقي والخيالي لثابت العزل الكهربائي لتراكيب

59 . النانوية(ZnO) لتأثير درجة حرارة القاعدة على حبيبات (FTIR)طيف 30-2

59 . على السليكون النانوية المرسبة(ZnO) لقضبان (FTIR)طيف 31-2

32-2 a -لسليكـون المطـعملدالة لتركـيز اإللكترونات بوصفها درجة الحرارة. b - تغير توصيلية أغشية (ZnO)بتغير درجة الحرارة والتشويب .

61

33-2 a - المطعم درجة الحرارةدالة لتركيز الشوائب عند ثبوتبوصفها التحركية . b - تغير تحركية (ZnO)دالة لتغير نسب التشويب باأللمنيومفها بوص.

62

34-2

64 .هرة هول في أشباه الموصالتمخطط لظا

64 . في القياس(Van Der Pauw)مخطط لطريقة 35-2

VIII

رقم العنوان الشكل الصفحة

67 .االعتيادي الترسيب البخاري الكيميائي عند الضغط الجويةمخطط لمنظوم 1-3

69 .حي ألشكال حوامل النماذج المصنعةمخطط توضي 2-3

69 .مخطط توضيحي آللية دخول األبخرة المقترحة 3-3

70 .الجوي االعتيادي الترسيب البخاري الكيميائي عند الضغطةمنظوم 4-3

72 . بعد مرحلة تصنيعه بشكليه المتداولينناألشكال الرئيسة للسليكو 5-3

77 .سب على الزجاج المر(ZnO)طيف النفاذية لغشاء 6-3

78 .(Nikon- Eclipse ME600)المجهر البصري 7-3

79 .(Shimadzu XRD-6000)جهاز فحص حيود األشعة السينية 8-3

80 .(JEOL-JSM 6380)المجهر االلكتروني الماسح 9-3 82 . مع مخطط آللية عمله(AAA3000)مجهر القوة الذرية 10-3

. لبعض المعلمات الفيزيائية المهمة المقاسةاحد الواجهات الحسابية 11-3 .(Section Lines) مع خاصية (AFM)باستعمال مجهر

82

83 .(Oxford Instruments-Twin-x)جهاز فلورة األشعة السينية 12-3

SALD-2101-WEA1:V1.20(. 84(جهاز قياس الحجم الحبيبي 13-3 BRUKER/TENSOR -FTIR(. 85(جهاز فحوصات األشعة تحت الحمراء 14-3

86 .(Van Der Pauw)جهاز قياس تأثير هول المعتمد على تقنية 15-3

87 .(Van Der Pauw) على تقنيةية ألهم المعلمات المقاسة اعتمادواجهة حساب 16-3

17-3 a – قاعدة حامل النماذج . b –87 . القناع المستعمل لترسيب األقطاب

88 . بالطريقة االعتياديةة قياس تأثير هولمخطط توضيحي لدائر 18-3

(400oC) عنـد درجـة حـرارة أرضـية للحبيبات النانويـة (SEM)صور 1-4 .ولقدرات تكبير مختلفة ولقدرات تكبير مختلفة

90

ولقدرات (400oC)عند درجة حرارة أرضية للحبيبات النانوية (SEM)صور 2-4 .تكبير عالية

91

92 .(oC 400) النانوية عندZnOاألشعة السينية لحبيبات مخطط حيود 3-4

94 .(oC 400)عند نانوية التركيبZnO لحبيبات (EDS)مخطط 4-4

IX

رقم العنوان الشكل الصفحة

95 .نموذج األوللأل (ZnO)نتائج قياسات الحجم الحبيبي لمسحوق 5-4 95 . الثانينموذجلأل (ZnO)نتائج قياسات الحجم الحبيبي لمسحوق 6-4 97 . (ZnO)مخطط حيود األشعة السينية لمسحوق 7-4 .مرسب على الزجاج b- (ZnO). لقاعدة الزجاجيةa h-ـ ل(XRF)مخطط 8-4

98

9-4

.(ZnO) ألوكسيد الخارصين(JCPDS no.36-1451)بطاقة a -وفق الزاوية علىالبيانات (2). b -وفق ثابت الشبيكة علىتالبيانا (d). 98

99 . للبلورات النانوية عند قدرتي تكبير مختلفة(SEM)صور 10-4 ولقدرتي (oC 400) النانوية عند درجة حرارة (ZnO) لبلورات(SEM)صور 11-4

100 . التجاه نمو الحبيبيات(001) معامل ميلرb-. تكبير مختلفة

حرارة أرضية النانوية عند درجة (ZnO)مخطط حيود األشعة السينية لبلورات 12-4(400 oC). 101

نانوية التركيب عند درجة حـرارة أرضـية (ZnO) لبلورات(EDS)مخطط 13-4(400 oC). 102

103 .(oC 450) حرارة عند درجة(ZnO)مخطط حيود األشعة السينية لـ 14-4 104 .(oC 450) عند درجة حرارة أرضية(ZnO) لـ(EDS)مخطط 15-4 النانويــة عنــد درجــة حــرارة (ZnO)بان لقــض(SEM)صــور 16-4

105 . ولقدرتي تكبير مختلفة (oC 500)أرضية

(oC 500) النانوية عند درجة حرارة أرضـية (ZnO) لقضبان(SEM)صور 17-4 106 .ولقدرات تكبير مختلفة

107 . التجاه القضبان (001) واضحا فيها معامل ميلر(SEM)صورة 18-419-4 -a شكل قياسي مخطط. b -107 .مخطط شكل نموذج قياسي من القضبان درجة حرارة أرضية النانوية عند(ZnO)مخطط حيود األشعة السينية لقضبان 20-4

(500 oC). 108

درجة حـرارة أرضـية نانوية التركيب عند(ZnO) لقضبان(EDS)مخطط 21-4(500 oC). 109

(oC 550) انوية عند درجة حرارة أرضـية الن(ZnO) لقضبان(SEM)صور 22-4 109 .ولقدرتي تكبير مختلفة

(oC 550) النانوية عند درجة حـرارة أرضـية (ZnO) لقضبان(SEM)صور 23-4 110 .ولقدرت تكبير مختلفة

X

رقم العنوان الشكل الصفحة

24-4

(oC 550) أرضـية النانوية عند درجة حرارة(ZnO) لقضبان(SEM)صور 111 .تكبير مختلفةولقدرت

النانوية (ZnO) التجاه قضبان (001) واضحا فيها معامل ميلر (SEM)صورة 25-4 111 .(oC 550)عند درجة حرارة أرضية

درجة حرارة أرضـية النانوية عند(ZnO)مخطط حيود األشعة السينية لقضبان 26-4(550 oC). 113

حـرارة لتركيـب عنـد درجـة نانوية ا (ZnO) لقضبان (EDS)يبين مخطط 27-4 115 .(oC 550) أرضية

عند (ZnO)مخطط حيود األشعة السينية ألغشية 28-4 116 .(oC 250) الدرجة الحرارية الحرجة

. (400oC)عنــد درجــة حــرارة أرضــية (AFM)صــور ونتــائج 29-4a -ثالثية البعد .b-116 . ثنائية البعد

ــائج 30-4 ـــور ونت ــية (AFM) ص ــرارة أرض ـــة ح ــد درج . (400oC)عنa -ثالثية البعد .b-117 . ثنائية البعد

ــائج 31-4 ــور ونت ــرارة أرضــية (AFM)ص ــة ح ــد درج (450oC) عنa-ثالثية البعد .b-117 .لبعد ثنائية ا

ــائج 32-4 ـــور ونت ــية (AFM)ص ــرارة أرض ــة ح ــد درج (500oC)عنa -ثالثية البعد .b-118 . ثنائية البعد

ــائج 33-4 ـــور ونت ــية (AFM)ص ــرارة أرض ــة ح ــد درج (550oC)عنa -ثالثية البعد .b- 118 . البعد ثنائية

34-4a صور(SEM) لزهور (ZnO:Fe) ولقـدرات (%4)التشويب النانوية عند نسبة 120 .تكبير مختلفة

34-4b صور(SEM) لزهور (ZnO:Fe) ولقـدرات (%4) النانوية عند نسبة التشويب 121 .تكبير مختلفة

122 .(%4) النانوية عند نسبة التشويب(ZnO:Fe) لزهور(XRD)مخطط 35-4 123 . (%4) النانوية عند نسبة التشويب(ZnO:Fe) لزهور(EDS)مخطط 36-4 ولقدرتي (%10) النانوية عند نسبة التشويب (ZnO:Fe) لزهور (SEM)صور 37-4

124 .تكبير مختلفة

ولقـدرات (%10)التشويب النانوية عند نسبة (ZnO:Fe) لزهور (SEM)صور 38-4 .تكبير مختلفة

125

XI

م رق العنوان الشكل الصفحة

127 .(%10) النانوية عند نسبة التشويب(ZnO:Fe) لزهور(SEM)صورة 39-4 128 .(%10)نسبة التشويب النانوية عند(ZnO:Fe) لزهور(EDS)مخطط 41-4 129 .(%20) عند نسبة التشويب(ZnO:Fe) للمركب(XRF)مخطط 42-4 130 .(%20) عند نسبة التشويب(ZnO:Fe) للمركب(XRD)مخطط 43-4 130 .(Fe2O3) للمركب (JCPDS no.33-0664)بطاقة 44-4 131 .(%30) عند نسبة التشويب(ZnO:Fe) للمركب(XRF)مخطط 45-4 132 .(%30) عند نسبة التشويب(ZnO:Fe) للمركب(XRD)مخطط 46-4 133 .(oC 500) عند درجة حرارة (Fe2O3) لغشاء (XRD)مخطط 47-4 . (%4)بة التشويبعند نس(AFM)صور ونتائج 48-4

a-ثالثية البعد . b-134 . ثنائية البعد

. (%10)عند نسبة التشويب(AFM)صور ونتائج 49-4 a-ثالثية البعد .b-135 . ثنائية البعد

النانوية عند درجة حرارة (ZnO/Si) لبلورات (SEM)صور 50-4 138 .ير مختلفة ولقدرات تكب(500oC)أرضية

. السداسية التركيب(ZnO/Si) لبلورة (SEM)صورة 51-4-bلبلورات (001),(002) معامالت ميلر (ZnO/Si)138 . النانوية

138 . نانوية التركيب(ZnO/Si) لبلورات (XRD)مخطط 52-4 139 . نانوية التركيب(ZnO/Si) لبلورات (EDS)مخطط 53-4 النانوية التركيب (ZnO/Si)بلورات ل(AFM)صور ونتائج 54-4

a-ثالثية البعد .b-140 . ثنائية البعد

143 .(oC 400,450,500) عند درجات حرارة (ZnO)تغير طيف النفاذية ألغشية 55-4 حـرارة أرضـية عنـد درجـات (ZnO)تغير طيف االمتصاصية ألغـشية 56-4

(400,450,500 oC). 143

عند نسب تشويب مختلفة بالحديـد ودرجـة (ZnO)غير طيف النفاذية ألغشية ت 57-4 144 .(oC 500)حرارة أرضية

R.T. 145) ( عندp-Si(111) لمادة طيف النفاذية بوصفه دالة للعدد المـوجي 58-4

R.T 145) ( القياسية عند p-Si(111)طيف النفاذية بوصفه دالة للعدد الموجي لمادة 59-4 .R.T) ( عند(ZnO) طيف النفاذية بوصفه دالة للعدد المـوجي لمسحوق 60-4

146

XII

رقم العنوان الشكل الصفحة

61-4

المرسب على السليكون عند درجة حرارة أرضية (ZnO)طيف النفاذية لغشاء (500 oC).

147

المرسب على السليكون عند نـسبة التـشويب (ZnO:Fe)طيف النفاذية لغشاء 62-4 .(oC 500) ودرجة حرارة أرضية (4%)

147

المرسب على السليكون عـد نـسبة التـشويب (ZnO:Fe)طيف النفاذية لغشاء 63-4 .(oC 500) ودرجة حرارة أرضية (10%)

148

غير المشوبة عند درجـات حـرارة (ZnO)تغير معامل االمتصاص ألغشية 64-4 .(oC 400,450,500)أرضية

149

150 . نسب تشويب مختلفة عند(ZnO:Fe)االمتصاص ألغشية تغير معامل 65-4عند درجـات (ZnO) ألغشية فجوة الطاقة الممنوعة لالنتقال المباشر المسموح 66-4

.حرارة أرضية مختلفة152

عند نسب (ZnO:Fe) ألغشية فجوة الطاقة الممنوعة لالنتقال المباشر المسموح 67-4 .تشويب مختلفة

153

عنـد درجـات (ZnO)الممنوع ألغشية الطاقة الممنوعة لالنتقال المباشر فجوة 68-4 .حرارة أرضية مختلفة

154

عند نـسب (ZnO:Fe)الممنوع ألغشية فجوة الطاقة الممنوعة لالنتقال المباشر 69-4 .تشويب مختلفة

155

ب عند نـس (ZnO:Fe) لطاقة الفوتون ألغشية االنكسار بوصفه دالة تغير معامل 70-4 .تشويب مختلفة

158

عند نـسب (ZnO:Fe) لطاقة الفوتون ألغشية الخمود بوصفه دالة تغير معامل 71-4 .تشويب مختلفة

159

72-4

لطاقـة الفوتـون الجزء الحقيقي لثابت العزل الكهربـائي بوصـفه دالـة تغير .عند نسب تشويب مختلفة(ZnO:Fe)ألغشية

160

لطاقـة الفوتـون لعزل الكهربـائي بوصـفه دالـة الجزء الخيالي لثابت ا تغير 73-4 .عند نسب تشويب مختلفة(ZnO:Fe)ألغشية

161

XII

الجدول

عنوان الجدول

رقم

الصفحة 14 . ألوكسيد الخارصينبعض الخصائص الفيزيائية 1- 1

47 . والنانويةالمركبة أشباه الموصالت من العناصربعض 1-2 75 .النسب الوزنية المستعملة في عملية التحضير بطريقة المحلول 1-3 حرارة درجة عندت النانوية للحبيبا وحساباتهانتائج حيود األشعة السينية 1-4

. (oC 400) أرضية 93

94 .(oC 400)نانوية عند درجة حرارة أرضية ال (ZnO) لحبيبات(EDS)مخطط 2-4 عند درجة حرارة أرضية(ZnO)نتائج حيود األشعة السينية وحساباتها لـ 3-4

(450 oC). 104

عند درجة حرارة النانوية(ZnO)نتائج حيود األشعة السينية وحساباتها لقضبان 4-4 108 .(oC 500) أرضية

عند درجة النانوية(ZnO)نتائج حيود األشعة السينية وحساباتها لقضبان 5-4 113 .(oC 550) حرارة أرضية

115 .حرارة مختلفة النانوية عند درجات(ZnO) لتراكيب (XRD)نتائج وحسابات 6-4 123 .(%4)نسبة التشويب النانوية عند(ZnO:Fe) لزهور(XRD)نتائج وحسابات 7-4 127 .(%10) النانوية عند نسبة التشويب (ZnO:Fe) لزهور(XRD)نتائج وحسابات 8-4 131 .(%20) عند نسبة التشويب(ZnO:Fe)لمركب ل(XRD)نتائج وحسابات 9-4 133 .(%30) عند النسبة(ZnO:Fe) للمركب(XRD)نتائج وحسابات 10-4 139 . النانوية(ZnO/Si) لبلورات (XRD)نتائج وحسابات 11-4 140 . النانوية(ZnO)بعضاً من نتائج الدراسات العالمية فيما يخص تصنيع تراكيب 12-4 152 . المشوبة ولعدة نسب(ZnO) غشيةألقيم فجوة الطاقة لالنتقال المباشر المسموح 13-4 156 . المشوبة ولعدة نسب(ZnO) غشيةأل نوعمم الطاقة لالنتقال المباشر القيم فجوة 14-4 بثبوت الطول الموجي وعند نسب (ZnO:Fe)بعض قيم معامل االنكسار ألغشية 15-4

.تشويب مختلفة157

غير المشوبة عند درجات حرارة (ZnO)نتائج القياسات الكهربائية ألغشية 16-4 163 .أرضية مختلفة

163 .عند نسب تشويب مختلفة(ZnO:Fe)شية نتائج القياسات الكهربائية ألغ 17-4

XIII

المعنى الوصف المصطلحAPCVD Atmospheric Pressure Chemical

Vapor Deposition الترسيب البخاري الكيميائي عند

الضغط الجوي االعتياديAFM Atomic Force Microscope مجهر القوة الذرية. CNTs Carbon Nanotubes أنابيب الكاربون النانوية. CVD Chemical Vapor Deposition ترسيب البخار الكيميائي. EDS Energy Dispersive Spectroscopy طيف تشتت الطاقة FTIR Fourier Transform Infrared تحويالت فورير لألشعة تحت

.الحمراءFWHM Full Width at Half Maximum أقصى عرض لمنتصف القمة. MWNT Multi Wall Nanotubes درانأنابيب نانوية متعددة الج.

NCs Nanocrystals بلورات نانوية. NPs Nanoparticles بلورات نانوية. NFs Nanoflowers زهور نانوية. NRs Nanorods قضبان نانوية. OM Optical Microscope مجهر بصري. PL photoluminescence الضيائية.

PLD Plus Laser Deposition رتقنية الترسيب بالليز. PVD Physical Vapor Deposition ترسيب البخار الفيزيائي. PZD Particle Size Distribution مقياس القطر الحبيبي. RMS Root Mean Square معدل الخشونة. SEM Scanning Electron Microscope المجهر االلكتروني الماسح. SPM Scanning Probe Microscope مجهر المجس الماسح. STM Scanning Tunneling Microscope المجهر النفقي الماسح. TEM Transmission Electron

Microscope .المجهر االلكتروني النافذ

WDXRF Wavelength Dispersive X-Ray Fluorescence تشتت الطول الموجي لفلورة األشعة

.السينيةXRD X-Ray Diffraction حيود األشعة السينية. XRF X-Ray Fluorescence فلورة األشعة السينية.

XIV

المعنى الرمز معامل االمتصاص. ao ثابت شبيكة. A االمتصاصية. B المجال المغناطيسي. co ثابت شبيكة. c سرعة الضوء. d سمك المـادة.

derror نسبة الخطأ المئوية لالنحراف. dhkl المسافة بين المستويات البلورية. ∆EA طاقة تأين القابــالت. ∆ED طاقة تأين المانحـات. ثابت العزل الكهربائي. o سماحية الفراغ. r ثابت عزل البلورة.

EC طاقة مستوي التوصيل. Eg فجوة الطاقـة. EH مجال هول. EF مستوي فيرمي. Ep طاقة الفونون. EV طاقة مستـوي التكافؤ. FL قوة لورنتز. h بالنـكثابـت . Ix الشدة النافذة. IO الشدة الساقطة. J كثافة التيار.

Ko معامل الخمـود. K خط انبعاث طاقة. k المتجه الموجي.

XV

المعنى الرمزkB ثابت بولتزمان. الطول الموجي. L خط انبعاث طاقة. L المسافة بين األقطاب. m كتلة مادة الغشاء.

mn .لإللكترونالكتلة الفعالة *

mp*

.الكتلة الفعالـة للفجـوة no الجزء الحقيقي من معامل االنكسار. N معامل االنكسـار المعقـد. زاوية سقوط األشعة السينية. q شحنة االلكترون. كثافة مادة الغشاء. tot. الكثافة الكلية. RH معامل هول. R االنعكاسية. التوصيلية الكهربائية. متوسط زمن المسار الحر. H تحركية هول. n تحركية اإللكترونات. p تحركية الفجــوات. S مساحة الغشاء. t سمك الغشاء. T النفـاذيـة.

TC عامل التشكيل. Tsub. درجة حرارة القاعدة.

v سرعة الضوء خالل المادة. VH فولتية هـول.

الفصل األول

مقدمة عامة

1

Introduction مقدمـة )1-1(

في طليعة المجاالت األكثر أهمية وإثارة في )Nanotechnology(أصبحت تقنية النانو ، فقد أعطت أمال كبيرا لثورات علمية في المستقبل ىجال علوم الفيزياء والعلوم األخرم

ا خامسجيالًبوصفها ، وهي تُصنف اليوم وجهة التقنية في العديد من التطبيقاتالقريب ستغير يمكن إرجاع تقنية النانو الى عملية التحكم والتالعب بالمادة على مستوى و. التقنيللتطور

وان عملية التصنيع ،األبعاد الذرية وعملية التحكم هذه مماثلة للهندسة في مستوى النانويعتمد مفهوم تقنية النانو .[1,2] ترتبط بشكل تام بهذه الهندسة(Nanofabrication)النانوي

على أن المادة التي تتركب من جسيمات نانوية ستُبدي خصائص وسلوكيات جديدة مما يقود التركيب كل مننأفقد لوحظ كمثال لذلك، ،لوك جديد يعتمد على حجم هذه الجسيماتالى س

والخصائص الميكانيكية للمادة تتغير ،درجة االنصهارو ،اعليةالتفو ،التوصيلية و،االلكترونيكلما اقترب حجم المادة من انه إذ، كلها عندما يقل حجم الجسيمات عن قيمة حرجة من الحجم

إن و ،ال من قوانين الفيزياء التقليديةاألبعاد الذرية خضعت المادة لقوانين ميكانيكا الكم بدوبناء عليه فقد استنتج يمكننا من التحكم بهندسة خواصها،اعتماد سلوك المادة على حجمها

وبشكل عام ، تشمل مجاالت تقنية واسعة ومتنوعةةالباحثون أن لهذا المفهوم اثأرا تقنية عظيم وان عالم هي تلك التي تتعامل مع تراكيب متعددة من المواد ذات أبعاد من رتبة النانومتر

.[3] الذرات والجزيئات وبين عالم المايكروالنانو يعد الحد الفاصل بين عالم حقبة وهذا العلم يفتح ،)Nanometer(يشتق مصطلح التقنية النانوية من مقياس النانومتر

فالمنتجات المهمة ،)Nanoscale(عند المقياس النانوي يالبحث جديدة من التكامل األساسي وان األولوية أكثر كفاءة نبائط جارية لتصنيع ث والبح ، إذ إنتُصنع ضمن هذا المقياس

،تحويل الطاقةو المجال الطبي كل منللسنيين الخمسة القادمة في الوقت الراهن ستركز علىوعلى ،[4]الصيدالنية والمستحضرات ،العوامل المحفزةو ،الكترونيات النانوو ،الزراعةو

(Nanostructure Shapes) نانوية التركيبضوء ذلك فقد تمكن العلماء من تصنيع أشكال ومثال غير موجودة أوتُرى بالعين المجردة تشابه في حقيقتها أشكاال موجودة في الطبيعة ال

، (Nanowires)النانوية األسالكو، (Nanorods) النانوية على ذلك تصنيع القضبانئعة رااألشكال والكثير من (Nanofibers)النانويةلياف األو (Nanotubes)األنابيب النانويةو

الخاليا الشمسية،و مثل الترانزستورات، المعروفةالنبائط االلكترونية تصنيعوكذلك التكوين، بدايةوعملية التصنيع هذه ترتبط بصورة مباشرة ،[5]غيرهاوالمتحسسات و الدايودات،و

. [6]المعروفة (Thin Films)األغشية الرقيقة تقنية مختلفة من أهمها بتقنيات تحضير

2

Semiconductor Nanostructures أشباه الموصالت النانویة )1-2(

الموصالت ذات التراكيب النانوية مع باقي العلوم الفيزيائية ارتباطا وثيقا من أشباهترتبط لركائز المهمة في مجال تصنيع النبائط ذات اإحدىحيث التصنيع أو التفسير، فهي اليوم

او اقل (1nm) وينتهي الى (1m)من عالم النانو يبدأ فيها من اقلإن إذ التراكيب النانوية،تُنجز عن ت صارمة، وان اغلب عمليات تصنيع نبائطها ومبدئيا هذه الحدود ليسمن ذلك

اً توضيحياً يبين مخطط)11-(شكل وال ،[1,7] المعروفة الرقيقةاألغشيةعملية ترسيب طريقتم التي ) field-effect transistors :FET (تأثير المجالفترانزستورات ،لهذا االرتباطمعدنيين تقوم قطبين مفردة بينشبه موصلة نانوية قضبانأو أنابيبتستعمل صنعها حديثا

هذه القناةبر عيمكن التحكم في تدفق التيار إذ ،[8,9] مقام قناة تتدفق خاللها اإللكترونات )1-2(الشكل و ، ثالث قريب منهما قطبعلىفولتيات ، وذلك بتطبيق )بالسماح أو اإليقاف(

تمتاز و .اتلترانزستور التراكيب النانوية في تصنيع اتعمالالس نيي توضيحينيبين مخططكهربائية مماثلة النبائط المبنية على األنابيب النانوية في درجة حرارة الغرفة بمميزات

يستطيع أنGate) (Electrodeالبوابة قطب فمثال أعلىلنظائرها في السليكون وبجودة بالترانزستوراتيغير موصلية قناة األنبوب النانوي بمعامل يبلغ مليونًا أو أكثر، مقارنة

األنابيب المصنوع من (FET)ونظرا لحجمه بالغ الصغر، فإن ترانزستور ،سليكونيةال طاقة أقل بكثير من الطاقة مستعمال،فيها ـثوقً مو(Switch) مفتاحاًأن يشكل يمكنهالنانوية

ويتنبأ النظريون بأن قاطعة نانوية المقياس تستطيع أن تعمل ،السليكون نبائط التي تستهلكها مرة أسرع من المعاِلجات )1000( أي ، أكثر او(Terahertz)رتزـدر بالتيراهـبسرعات تق .[1,10]حالياًالموجودة

. [1]مخطط توضيحي يبين االرتباط بين أشباه الموصالت النانوية والعلوم األخرى): 1-1(شكل

3

النانوية من أشباه الموصالت المعروفة، فمثال التراكيب تُصنع اغلب في الوقت الحاضر ن أغشية كل منم الصناعية في الصناعات الطبية و حديثاةستعملالم النانويةاألليافتُصنع

) TiO2, SiO2, ZnO, ZrO2, TiN( [5,11]، وكذلك تُصنع نبائط الخاليا الشمسية منهايبين ) 1-3 ( والشكل،[12] نانويةأسالك أووخصوصا التراكيب التي تكون على هيأة قضبان

رتبة على م(CdS) نانوية من مادة أسالك يدخل في تركيبها لخلية شمسية اً توضيحياًمخطط، [13] (PDMS) ومرسبة على مواد بوليميرية Nanopillar (NPL)شكل أعمدة نانوية

الموصالت النانوية ثالثية أشباه تراكيب أهم من (Quantum Dots)تُعد اليوم النقاط الكمية و فجواتالتوصيل وحزمة قوم النقطة الكمية الواحدة بتقييد الكترونات ت إذ (10nm-2) األبعاد .[3] االكسيتونات وتبدي في نفس الوقت طيفا طاقيا مكمماأوالتكافؤ ة حزم

.[8,9]مخطط يبين نوعين من الترانزستورات ذات التراكيب النانوية):1-2( شكلال

.[13] النانويالتركيب حديثة التصنيع ذات خلية شمسية لمخطط ):13-( شكلال

4

لتراكیب النانویةتصنیع ا تقنیات )3 -1(Techniques of Fabrication of Nanostructures

عملية الحصول على أي نوع من التراكيب النانوية المعروفة تمر في بادئ األمر إن تحضير خالفاً لما يحدث عندف ،بعمليات تحضير مختلفة اعتمادا على الشكل النهائي المطلوب

فية ستعمل، فإن الخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة الخام الم)الحجمية(المواد المحسوسة صنع أن بعض المركبات عندما تُف ، لذلك[12]اً للغايةمهمدوراَ تؤدي تحضير المواد النانوية

ى فعل سبأحجام نانوية فإنها تكتسب خواص فريدة ال تتوافر لها عندما تكون في الحجم المحسوالرغم من تطابق التكوين الكيميائي في الحالتين إال أن المادة النانوية المتناهية في الصغر

وضوئية ومغناطيسية استثنائية نتيجة للترتيب الجديد الذي تأخذه بائيةتكتسب خواص كهرؤه من وان ما يتم بنا، مواد نادرة من مواد أخرى تصنيع هذا المفهوم يمكنى وبناء عل ،الذرات

أجسام ذات أحجام بمستوى نانو واحد الى عدة مئات من النانو سوف تكتسب خصائص جديدة وأكثر من ذلك، ويصبح باالمكان تصنيع أجهزة اصغر وأسرع واقل كلفة واحتياجا للطاقة من

وغيرها من التطبيقات التي تعد بمثابة انقالب جذري في العالقة بين أي شئ آخر حولنا اآلن . [3,13,14]مجمل نظام التبادل االقتصادي العالميمع والمواد األولية بل الصناعة

التراكيب وتصنيعتُعد اليوم تقنيات األغشية الرقيقة المعروفة من أهم التقنيات في تحضير االهتمام نإإذ ،بخارالخاصة التي تعتمد في عملها على مبدأ نقل بالنانوية بأشكالها المختلفة و

شية رقيقة ذات خصائص نوعية متميزة قد ازداد بصورة هائلة نتيجة النمو السريع بتطوير أغ .[17]لها اً توضيحياًيبين مخطط) 14-(والشكل ،[15,16]للتطبيقات االلكترونية المختلفة

من بدأي أحدهما:إلى قسمين رئيسيين عديدة لتصنيع المواد النانوية تم تقسيمهاتقنياتهناك شيئاً فشيئاً ) الكبيرة(يتم تكسير المادة األصلية فيها التي و ،(Top-Down)دنى األإلى األعلى

الضوئيمنها الحفر مختلفة عن طريق عملياتهذا يتم و،النانويحتى الوصول إلى الحجم إلكترونية نانوية ذات تطبيقاتمركبات الحصول على وبذلك أمكن وغيرها،الطحنوالقطع، و

األولى تقنية بعكس الأي (Bottom-Up) لألعلى األسفل تبدأ منفهيثانية التقنية أما ال،مهمة حتى نصل إلى الشكل بشكل مرتب وجزيئاتالذرات وال انطالقاً من فيها المادة النانويةتُبنىإذ

بصغر حجم كيميائية، وتتميزتقنيات غالباً ما تكون تقنية وهذه ال، المطلوبالنانويوالحجم .[1,5,7] والحصول على روابط قوية المواد الناتجة،

5

.[17] الرقيقةاألغشية ترسيب ياتتقنمخطط توضيحي ل): 1-4(شكلال

على الشكل النانوي المطلوب اعتمادا على آلية التحضير ترتبط بشكل عملية الحصول إن إجراءاتيتالءم مع تم تطوير بعضها لأنمباشر بتقنيات ترسيب األغشية الرقيقة أعاله بعد

:[1,2,12]بصورة عامة يمكن إيجازها على النحو اآلتيالتحضير و

.Arc-Discharge Technique .غــوس التفريـ قتقنية -1 Technique Molecular Precursor . .اليل الجزيئيةـالمح تقنية -2

Technique Laser Ablation . .االستئصال الليزري تقنية -3 Vapor Transport Technique .. تقنية نقل البـخار-4 Molecular Beam Epitaxy (MBE) . . تقنية الترسيب بالحزمة الجزيئية-5

6

Vapor Transport Techniques نقل البـخارياتتقن )-31 -1(

التراكيب النانوية اغلب لتصنيع المناسبةتقنيات من أفضل ال اليوم نقل البخارتقنية تُعد تقنيةهذه الأنواع نوع من لى ولكون دراستنا الحالية تعتمد ع،[12,16]اوغيرهية ألوكسيدا

:يلي نوجز عنها ما Thermal Evaporation Technique التبخير الحراري تقنية -1

والسيما المواد النانويةأكاسيد التقنيات المهمة للحصول على إحدى هذه التقنية من دتُع عن طريق عملية التحكم بتبخير المادة األساس داخل وذلكالمختلفة (ZnO) تراكيب

التبخير الحراري في الفراغ، ومن تقنية من حيث المبدأ الفيزيائي تقنيةالمنظومة، وتشبه هذه ال مختلفة منها أنواع ون كلفة ممكنة فقد طور الباحثوبأقلاجل الحصول على أفضل النتائج

، أي Vapor-Solid (VS)عمل وفق مبدأ يبين إحدى المنظومات التي ت) 1-5(فالشكل ومن torr) (2x10-3 الصلب، فبداية يتم تفريغ المنظومة الى قيمة نالحصول على بخار المعد

تتبخر المادة الموضوعة في وسط المنظومة وبوجود الغاز أنرفع درجة الحرارة الى ثم أفقيد موضوعة بشكل الحامل الذي يتم إدخاله من الخارج ستتم عملية الترسيب على قواع

نوع القاعدةوهذه المنظومة يمكن التحكم بظروف الترسيب داخلها كدرجة الحرارة، و دخول الغازات الحاملة ونوعية المصدر سرعةمعدلو ،)الضغط الجوي أو نقصانه(الضغط و .[5] )مسحوق، صلب(

نقل بخار وفق مبدأعلى ل منظومة تبخير حراري تعملمخطط يوضح ):1-5(شكلال

.(VS) [5] المعدن الصلب

7

VLS Vapor-liquid-solid Technique تقنية - 2

نقل البخار الكيميائي وتحويله من الطور الغازي الى الطور ياتتقن إحدى تقنية تُعد هذه ال تعطي المعتادة VS (Vapor Solid) تقنيةطور السائل، فمن المعروف أن الصلب مرورا بال

ن أتراكيب نانوية جيدة ومختلفة األشكال، لكن هذه التراكيب تكون قليلة االنتظام الهندسي ك في مبدأ عملها (VLS) تقنية تعتمد إذ.تصطف بشكل أعمدة متجاورة أو تتخذ مواقع محددة

بشكل (Catalyst Assisted) بعملية ترسيب العامل المساعد على خطوات متسلسلة تبدأ أوالعلى (Au, Cu, Co, Sn, Fe) غشاء رقيق جدا يتكون من حبيبات نانوية لمعادن معينة مثل

ثم ،تحتاج الى تسخين القاعدة الترسيب التي الياتتقنإحدى لوباستعماقواعد مهيأة للترسيب الوصول وأخيرا وجود الغاز الحامل،مع مثال وكسيدهأيمرر بخار العنصر المراد ترسيب

،[16] للشكل المراد الحصول عليه(Nucleation and Growth) عملية التنوي والنموالىأسالك نانوية وذلك عن طريق ترسيب حبيبات بشكل (ZnO) نمو مراحليبين) 16-(الشكل و

تسخين القاعدة الى درجة حرارة على قاعدة من الزجاج ثم (30nm)غشاء الذهب أوال بقطر بخار الخارصين فتتكون عندئذ بما يسمى بقطرة السبيكة إمرار يرافق ذلك (oC 700) ترسيب

نصل الى األوكسجين غاز وبإمرارالمنصهرة عند كل موضع حبيبة، أي مرحلة الطور السائل العالي للقطرة السائلة لإلشباع وهي مرحلة التنوي والنمو والتي تحصل نتيجة األخيرةالمرحلة . [4,16,18] باتجاه معين من نقطة االلتقاء (ZnO)كون نمو سلك توبذلك ي

.VLS [16] تقنية نانوية بكأسالك (ZnO) أغشيةمخطط توضيحي لعملية نمو):1-6(شكلال

Nanowire growth ZnO Precipitation upon supersatuaration

Alloy with Zinc Catalyst nanoparticle

Zn Vapor

8

الترسيب البخاري الكيميائي تقنية -3 (CVD) Chemical Vapor Deposition Technique

للحصول على أغشية المعادن وأشباه الموصالت لعدة عقود من الزمن تقنية هذه الأستُعملت من مادة معينة،(Volatile Compound) والعوازل وذلك من خالل تبخر مركب متطاير

واتج تفاعل لدينا ن ينتج ىمع غازات أو أبخرة أخر تفاعلهتحلل بخار هذه المادة حرارياً أو وبعلى القاعدة، مكونة غشاءاً ) ذرة بعد ذرة( تترسب تدريجياً (Nonvolatile)غير متطايرة

وبصورة ، للحصول على التراكيب النانويةياتتقن الوأسهل أفضل إحدى وهي اليوم تُعد رقيقاً، في الطور ترسيب كيميائي تُشكل تفاعالًهو عملية عامة فان الترسيب البخاري الكيميائي

بعدة تقنية وتمتاز هذه ال.[19,20]اً مترسباً الساخنة لتكون صلب الترسيبالغازي قرب قاعدة :[20,21]اآلتي على النحو إيجازهامميزات يمكن

المختلفةاألشكالتصنيع التراكيب النانوية ذات إمكانية .

راريـر الحـالتبخي ةـتقنية من ـاديـر اقتصــأكث. أو قبله الترسيبأثناء مادة بأيةاء ـم الغشـتطعيإمكانية .

أجهزة(CVD)الى عمليات تفريغ عاليةتحتاج في معظم األحيان ال .

اتهاـ منظومرات العملية في تركيبيالكثير من التغي راءـإج إمكانية. التحضير ظروفمن خالل السيطرة علىنواتج الترسيب يمكن السيطرة على . ادـإن األغشية الناتجة بأنواعها تمتلك قوة رص عالية مع ترتيب ثالثي األبع.

ا ـ يبينهالترسيب البخاري الكيميائي بعدة مراحل عملية متسلسلةعملية بصورة عامة تمر [21,22]:اآلتي على النحو إيضاحها يمكن والتي) 1-7( ذي الشكلطالمخط

.بـة للمواد المتبخرة من مدخل المفاعل الى منطقة الترسيـيانتقال الكتلة الغاز -1 .التفاعالت الكيميائية في الطور الغازي تؤدي الى ظهور جسيمات متفاعلة جديدة -2 .ل والكتلة الى سطح قاعدة الترسيبـج التفاعـال نواتـانتق -3 .دةـاعـح القـات على سطـذه الجسيمـزاز لهـمتإيحدث -4 .لجسيمات الممتزة الى نمو مركزي لار السطحييؤدي االنتش -5 . تنمو التفاعالت السطحية عند المركز-6 .لـيلفظ غير المترسب داخل المفاع -7 .ل المفاعلـة مع األبخرة غير المتفاعلة داخـالتقاء النواتج غير المترسب -8 .خروج النواتج غير المرغوب فيها خارجاً -9

9

وتطبيق المادة لقد تنوعت التقنيات المرتبطة بالترسيب البخاري الكيميائي اعتمادا على نوع

السابق فان كل نوع من هذه التقنيات له خصائصه ) 1-4(لمرسبة، فكما هو مبين في الشكل ا التراكيب بأغشية خاصة فيما يتعلقبما هو مطلوب، والتي تميزه عن غيره وبما يتالءم مع

:أهمهامن و النانوية

الضغط الجوي االعتياديعند الترسيب البخاري الكيميائي تقنية -1

Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition Technique (APCVD)

وأشباه (Si) مثل السليكوناألحادية البلورات أغشيةلتحضير عملت هذه التقنية استُ وكذلك ،GaAs, InP, HgCdTe) ( [17] مثلت المهمةالمركبة ذات التطبيقاالموصالت

على شكل Transparent Conducting Oxides (TCOs) التوصيل الشفافةأكاسيد صنيعت .[22,23,24] (SnO2:F)على شكل طالءات مثل و (In2O3)و (ZnO)مثل تراكيب نانوية

وانية الشكل ذات طول وقطر اسط المنظومة بشكل عام لهذه التقنية تتكون من أنبوبةإن وهي في الغالب تُصنع من (Reactor)تحددهما نوعية الدراسة المطلوبة تسمى المفاعل

النوع األول يدعى بذات :، وتكون على نوعينزجاج الكوارتز المقاوم لدرجات الحرارة العالية مسخن ساطة، إذ يسخن جدار االسطوانة الخارجي بالكامل بو(Hot Wall)الجدار الساخن

والنوع الثاني يدعى ، (Tube Furnace) او ما يسمى بـحراري معد لهذا الغرض

مخطط يبين الخطوات األساسية لعملية الترسيب البخاري): 1-7(الشكل .(CVD) [21] الكيميائي

10

النماذج داخل المفاعل وعلى توضعوفي كال النوعين ،(Cold Wall)بذات الجدار البارد توضع داخل المفاعل أن فأما بالنسبة لمادة التبخير أماقاعدة ساخنة ذات شكل هندسي محدد،

عملية تبخر المادة ويرافق، [25] مادة صلبة او محلوالًبوصفها أو أن توضع خارجانفسهوجميع هذه ، للمواد المترسبة او المتفاعلة معها (Carriers Gases)دخول الغازات الحاملة

اًمخطط) 18-(الشكل يبين، و[21,22,25]العمليات تحدث عند الضغط الجوي االعتيادي األسالك كل منللحصول على استعملت يوالت ، ذات الجدار الساخن(APCVD)لمنظومة إذ تتكون من أنبوبة كوارتز ،(ZnO) لـ والصفائح النانوية،القضبان النانويةو النانوية،

لدخول الغاز الحامل مثال أحداهماموضوعة داخل فرن مهيأ لهذا الغرض وان هناك فتحتين (O2,Ar,N2)ويتبين أيضا أن النماذج قد اتج غير المرغوب فيها، واألخرى لخروج النو

بشكلقد وِضعت وضعت بشكل مائل داخل وحدة الترسيب وان المادة المراد ترسيبها .[18]اخل بودقة التبخير د(Powder)مسحوق

،US-APCVD(Ultrasonic Spray APCVD(مخططاً لمنظومة )1-9(الشكلويبين

عملها يتضمن تطاير رذاذ محلول احد أمالح المعادن نتيجة وجود جهاز األمواج إذ إن مبدأالجدار الساخن ذات دخل الى أنبوبة الكوارتزيهذا الرذاذ و، خارج المفاعلفوق الصوتية

(Hot Wall) الحصولوبالتالي ،عند الضغط الجوي االعتيادي الغاز الحاملاعدة ـبمس وقد ، وعلى قواعد مائلة بزاوية معينةالاألشك النانوية مختلفة غشاء المكون للتراكيبالعلى النانوية الخارصين أوكسيدتراكيب تصنيع خاصة عند ب نتائج متميزة هذه المنظومةأعطت

وباستعمال خالت الخارصين (oC 900-750) على شكل قضبان نانوية عند درجة حرارةAcetate) (Zinc [26].

تعمل على وفق مبدأ نقل (APCVD) يوضح مخططاً لمنظومة ): 1-8(الشكل .[18] (VS)بخار المعدن الصلب

11

درجة :نوعية التراكيب النانوية في مثل هذه التقنية هي العوامل المؤثرة على أهم إن الضغط و، سرعة الغاز الحاملو، (Boundary Layer)الطبقة الحدوديةوحرارة الترسيب،

فعملية ، الى نوعية مواد التبخير ومكانهاباإلضافةالداخلي والشكل الهندسي لمكونات المفاعل على التراكيب ليست باألمر السهل، بل هي معقدة نسبيا وتخضع لما يعرف الحصول

أنابيب يكون المائع في هذه الحالة عبارة عن اتحاد غازات وقوى خالل إذبديناميكية المائع، المفاعل وتزداد تبدأ عند دخول عند ثبوت سرعة الغازمثال ، فالطبقة الحدوديةوصمامات

سمك الترسيب سيقل بزيادة أن وهذا يعني الى مرحلة الثبوتحتى تصل في السمك تدريجياعمليا يجب تغيير زاوية حامل النماذج بما ولتقليل هذه الطبقة ،المسافة نحو نهاية المفاعل

انسياب على القاعدة لتأثيراًمخططيبينان (1-11)،)110-( الشكالنو يتالءم وحركة الجريان في درجة الحرارة قليلانحداريرافق دخول الغاز كذلك ، (d)الغاز وتكون الطبقة الحدودية

.[21,22]باتجاه نهايتي المفاعل يجب أخذه بنظر االعتبار

.[26] (US) تعمل على وفق مبدأ (APCVD)يوضح مخطط لمنظومة ):1-9(الشكل

نيتكو لى الهندسي للقاعدة عل الشك لتأثيراًمخططيوضح ): 1-10 (الشكل .[25] (APCVD)منظومات من نوع فيالحدودية الطبقة

12

خاصةبتقنية قد أثبتت نجاحها وهذه ال عملية تصنيع التراكيب بأنواعها ضمن إن صور يبين (1-12)فالشكل ت التطبيقات الواسعة،يتعلق باكاسيد أشباه الموصالت ذا فيما ألوكسيد Scanning Electron Microscope (SEM) الماسح يهر االلكترونـالمج

،(APCVD) تقنيات بإحدى والمحضر Si (111)االنديوم المرسب على السليكون تركيبها المكعب بNanocrystals (NCs)إذ يظهر من الشكل تكون البلورات النانوية

(Cubic)[23] المعتاد.

ألوكسيد االنديوم المرسب (NCs) للبلورات النانوية SEM) (صوريظهر ): 1-12(شكلال .APCVD [23]المحضرة بتقنية و (100nm)و m) (5 بمقياسعلى السليكون

ذات(APCVD)آللية انسياب الغاز في منظومة اً مخططيوضح): 1-11 (الشكل .[25]الجدار الساخن

13

Zinc Oxide (ZnO)أوكسيد الخارصين 4)-1(

مسحوق ابيض عديم بشكلعضوية، يظهر عادة غير ال أوكسيد الخارصين احد المركبات المواد كثير االستعمال في المنتجات الصناعية التي تتضمن تصنيعووهالذوبان في الماء،

،البطارياتو ،الفريتاتو األصباغ،والمراهم الطبية، و الزجاج،و ،يةالسيراميكو البالستيكية،اليوم وبذلك فهو يعد االلكترونية، لنبائطيع اu\ تصنمجال الى تطبيقاته المتعددة في باإلضافة

.[5,18] التصنيع الصناعية ت في عمليااًمفتاح

Physical Propertiesالخواص الفیزیائیة (1-4-1)

أشباه الموصالت التي تنتمـي الـى بوصفه احد في علم المواد يصنف أوكسيد الخارصين فجوة طاقة مباشـرة كبيـرة نـسبيا يمتاز ب إذ المجموعة الثانية والسادسة في الجدول الدوري،

مقارنـة مـع شـبه (60meV)وطاقة ربط اكسيتون عالية تصل الى ) 3.37eV(تصل الى هـذه يبـين بعـض )1-1( والجـدول ،(25meV) طاقة ربط الذي يمتلك (GaN)الموصل

كما في المعروفة (TCO) أكاسيد التوصيل الشفافة مجموعة ضمن يصنف كذلك ،الخصائصفـي جيـدة تمتلك نفاذية عالية في المنطقة المرئية وانعكاسـية التي و ،)1-13( الشكل مخطط

كل ،في اغلب األحيان ) n-type(السالب توصيلية من النوع مع المنطقة تحت الحمراء القريبة شاشـات العـرض : التطبيقات المتنوعة مثل مكنت من استعماله في الخصائص وغيرها هذه

نوافذ مانعة الحرارة باإلضافة الى التطبيقـات االلكترونيـة وة، توفير الطاق و، )LCD(السائلة .[27,28,29]المعروفة ) LED(خاليا شمسية ودايودات وكترانزستورات،

.[30] أكاسيد التوصيل الشفافة منوعةمتوضيحي لمجالمخطط يبين ال): 1-13(شكل ال

14

Crystal Structure التركیب البلوري2-4)-1(

ثة يتبلور أوكسيد الخارصين في ثال : هي معروفةأنواع

Wurtzite السداسي من النوع -1 Zinc blende المكعب من النوع -2 Rock Salt صخريالملح ال-3

النوع األول أكثر األنواع استقرارا ووجودا في الطبيعة من غيره وكما مبين في يعدحسب ) Å=c 5.206(و ) Å 3.249=a( يمتلك ثوابت شبيكة ذات القيم فهو (1-14)الشكل

قريبة جدا من القيمة المثالية للخلية (c/a) وان قيمة النسبة مابين ، العالمية(JCPDS)بطاقات تركيبته هذه جعلت منه ذات أهمية في النبائط بذلك فان ، و (Å 1.633)السداسية والتي تساوي

.[28] والفوتوضوئية المختلفة) Piezoelectric(الكهرواجهادية

Property Value Density Melting point Thermal conductivity Static dielectric constant Refractive index Energy gap Exciton binding energy Electron effective mass Electron Hall mobility at 330K Hole effective mass Hole Hall mobility at 300K

5.6803 g/cm3

1975oC 100 mW/cm.K at 300K 8.656 2.008 3.4 eV, direct 60 meV 0.24mo 200 cm2/Vs 0.59mo 5-50 cm2/Vs

ZnO [31] . لـ (Wurtzite)التركيب السداسي يوضح ):1-14(الشكل

.[32] ألوكسيد الخارصينبعض الخصائص الفيزيائيةيوضح ): 1-1(جدول ال

15

Nanostructure التركیب النانوي3-4)-1(

اهتمام الباحثين في السنوات األخيرة نتيجة التركيب النانوي ألوكسيد الخارصيناسترعى خصائصه المتميزة في التطبيقات المختلفة، وكذلك إمكانية تصنيعه بأشكال عديدة وبالتالي

منذ اكتشاف األشرطة النانوية، ف[31] الفيزيائية نتيجة تغير الحجم تغيير خصائصه(Nanobelts) تقنية بصنعة الم)2001( عام (CVD)بالتحكم بظروف بدأ االهتمام واسعا

معدل الترسيب والضغط وبعض و فيما يتعلق بدرجة حرارة القاعدة،بخاصةالترسيب وتم الحصول وقدتصنيع تراكيب نانوية جديدة وغير مألوفة سابقا، ألجل ىالمتغيرات األخر

،(Nanopropellers) مراوح النانويةالو األسالك النانوية،: منها له متنوعةأشكالعلى الحلقات النانوية و ،(Nanobows) النانوية األقواسو ،(Nanocombs) األمشاط النانويةو

(Nanorings)النانوية ب واللوال (Nanohelixes) ضمن مقياس والقضبان النانوية وغيرها .يبين بعضا منها) 1-15( والشكل ،[5,11] (Nanoscale)النانو

ذاتحديثا ألوكسيد الخارصين المصنعةبعض األشكال يظهر ):1-15(شكلال .[5] النانوية التراكيب

16

بعض االستعماالت النانویة4-4)-1(

: الخارصين في تطبيقات متعددة نذكر منهاألوكسيداستعملت التراكيب النانوية المختلفة [33]ات الصناعية المضادة للميكروباتـ المنسوجفي تصنيع النانوية هاتـ حبيبتعملاست . أشعة عن للكشفبوصفها مجساً ية النانوهقضباناستعملت(UV) [34] ونظارات واقية. [35]ال أسالكه النانوية كمادة فعالة في منظومات الليزر ذات الكفاءة الجيدةـاستعم . [32] ال أنابيبه وقضبانه النانويةـورات مختلفة األنواع باستعمـع ترانزستـتصني. [2]لبلوريةتصنيع خاليا شمسية حساسة جدا للضوء وذلك باستعمال أسالكه النانوية ا. ر القوة الذريةـد أجزاء مجهـتصنيع اح(AFM) ي العتلةـوه (Cantilever) نـم

).1-16(لـكما في الشك وأغشيته النانوية ذات الخاصية الكهرواجهاديةطبقات ترسيب تصنيع خاليا شمسية حساسة للضوء وذلك باستعمال أسالكه وقضبانه النانوية البلورية،

.)1-17(ي الشكل وكما ف [2,11] يةوكذلك زهوره النانو

.AFM [36]في مجهر المستعملة النانوية للعتلة مقطع عرضييوضح ):1-16(شكلال

(ZnO)يوضح مخططا للخلية الشمسية المصنعة حديثا من قضبان):1-17(شكلال .[37] النانوية التراكيب

17

Properties of Iron (Fe) خصائص الحديد 5)-1( وغالباً ما يتواجد في الطبيعة يعد عنصر الحديد احد العناصر االنتقالية المهمة في الطبيعة،

يطلق على مركبات الحديد ثنائية التكافؤ إذ ، Fe+3) (أو (Fe+2)ؤ تكاف ذات أكاسيدفي صورة )حديديك(، وعلى مركبات الحديد ثالثية التكافؤ )FeO(كسيد الحديدوز ومثل أ) حديدوز(

من التسخين الشديدأيضاالذي يمكن الحصول عليه ) Fe2O3(كسيد الحديديك ومثل أوهو مركب مستقر عندما يكون ،)Fe(NO3)3.9H2O(أو من المركب لكبريتات الحديدوز

في المنطقة لإلشعاعمرشحا جيدا ويعد ،اإلضاءةبتماس مع المحاليل االلكتروليتية تحت . يبين تركيبه البلوري السداسي) 1-18(والشكل ، [38,39] ةالمرئية وتحت الحمراء القريب

وذلك عن طريق ترسيب ذراته راكيب النانوية،يدخل عنصر الحديد اليوم مجال تصنيع التو في اغلب التراكيب التي تحتاج هذه الطريقة مثل أنابيب الكاربون (Catalyst)بوصفها محفزا

التـ الموصأشباهضمن الحديديكأوكسيد كذلك يصنف، [16,40]وغيرها )CNTs(النانوية وبفجوة (1D-Semiconductors Nanostructures)د واحـد ـوببع ذات التركيب النانوي

بأشكال تم تصنيعه إذ ،(n-type) توصيلية من النوع السالب مع (2.1eV)طاقة تقدر بـ، وهذه أنابيب نانويةو نانوية أسالك،و، نانوية قضبانو، نانوية كحبيبات: نانوية مختلفة مثال

شكل ذرات شائبة كما ب أوبشكلها الجديد في تصنيع النبائط االلكترونية المختلفة بدورها دخلت .[41,42]والكواشف الضوئيةفي المتحسسات الغازية

.[43]لحديديك االتركيب البلوري ألوكسيد يوضح ):1-18(شكلال

18

الدراسات السابقة) 6-1(

باستعمال (Si) على قواعد من السليكون(ZnO) أغشية )(M.Ren et al. 2000 حضر بغاز ةءوومملدراسة تأثير التلدين في حجرة مفرغة من الهواء إذ تم أوال ،(PLD)تقنية

. نصف ساعةمدةل (600oC) ودرجة حرارة (torr 300) تحت ضغط يصل الى األوكسجين ذات نهاا) الملدنة وغير الملدنة (لألغشية (XRD) السينيةباألشعة التحليل بينت نتائجوقد

نتائج أما ،(JCPDS) ومتطابقة مع بطاقات (002) عندسائدالتبلور مع اتجاه تركيب متعدد غير لألغشية أن الحجم الحبيبي أظهرتفقد ) (SEM االلكتروني الماسحرتحليل المجه

.[44] منها بقليل اكبرالملدنة األغشية حجم حبيباتوان) nm60(الملدنة يصل الى

التحلل الكيميائي الحـراري للحـصول تقنية )(M.Olvera et al. 2001 الباحثاستعمل تركيـز المحاليـل تغيـر تأثير أوال درس إذ، فلور الخارصين المشوبة بال أوكسيد أغشيةعلى

للمقاوميـة الكهربائيـة أقـل قيمـة فكانـت األولية علـى الخـواص الفيزيائيـة لألغـشية )5.510-2.cm ( عنــد تركيــز(0.2M) ولــسمك غــشاء (325nm)وتــنخفض إلــى )6.710-3.cm( السمك عند (140nm) حركية بحـدود مع ت(7cm2/v.s)، نتـائج أمـا

ووجـد ،(002) سـائد اتجاه متعددة التبلور مع األغشية أن فقد أظهرت التركيبية اتالفحوص .]45[ أيضاً أن حجم الحبيبة يزداد عند تناقص تركيز المادة األولية

للحصول على باستعمال تقنية البوليمر المعقد(Yong Jae Kwon et al.2002) قام بعدة تمريرـعمليات التحض أنبينت الدراسة إذ ،(ZnO)ت النانوية لـ وق الحبيباـمسح

نتائج و.ى لألسفلـمراحل متسلسلة من المعالجة الحرارية للمادة األساس تبدأ من األعل أن هناك زيادة في حجم الحبيبات منأظهرت للمعالجة الحرارية(XRD)فحوصات

(37-71nm) عند زيادة درجة حرارة من (700-400oC) لمسحوق (ZnO)، وكذلك عائدة الى جزيئة(3400cm-1) أن حزم االمتصاص ذات القيم (FTIR)أظهرت نتائج

(O-H)و (2900cm-1) الى جزيئة (C-H) وان حزمة امتصاص (Zn-O)تقع مابين (473-532cm-1) أما فحوصات (SEM),(TEM)أظهرت تجانس وانتظام جميع فقد

.[46]باتالحبي

على أسالك نانوية التركيب ألوكسيد الخارصين (Chia Ying Lee et al. 2003)حصل ب ـرجة حرارة ترسيد وعند (VLS) باستعمال تقنيةSi(100)ون ـالمرسب على السليك

(850-950 oC) ، ا مساعدبوصفها عامال إذ تم أوال ترسيب ذرات الذهب(Catalyst) على للحصول على حبيبات نصف ساعةلمدة قنية الترذيذ ومن ثم تلدينها السليكون باستعمال ت

19

،(APCVD) داخل منظومة (ZnO)وأخير إجراء عملية تبخير مسحوق الذهب النانوية قيمتها كانت والتي(Au/Si) تم حساب قطر حبيبات سبيكة (AFM)وباستعمال مجهر

مقدار ان هذه األسالك و بوضوح نمواألخرى هي (SEM) صوربينتو .(25nm)التقريبية فقد (EDS)أما تحليالت ،(m 3-1) مع طول يصل الى(100nm-60)قطرها التقريبي

ذات القيمة مع قيم طاقات طيفها (Zn, Au, O, Si)اآلتية أعطت دليل على وجود المواد (536.61eV)، (1026 eV) لكل من O(1S) و Zn(2P3) [47]التتالي على.

على قواعد من (ZnO:Al) و(ZnO)أغشية (P. SAGAR et al. 2005 ) حضر درست الخواص التركيبية إذ،(Sol-Gel)باستعمال تقنية (7059)الزجاج ذي النوع

بينت نتائج و. (%3-0) لتركيز نسب التشويب من بوصفها دالةوالبصرية والكهربائية ذات شده تزداد عما (002) هيةالقياسات التركيبية أن جميع األغشية متعددة التبلور مع اتجا

ل ـعامقيـم ، وان د ذلكـ ثم تنخفض بع(%0.8)دم التشويب الى حد ـهي عليه في حالة ع الى القيمة وصوالزداد بزيادة نسب التشويبت Texture Coefficient (TC)التشكيل

. (19nm) ثم ينقص الى قيمة (25nm-13)كذلك كان حجم الحبيبات يزداد من ،(0.8%) Root Mean Square (RMS) أظهرت شكل السطح ومعدل خشونته (AFM)سات قيا

(%0.8) عند نسبة التشويب (4.3nm) لغير المشوبة وتنخفض الى (22nm)والتي كانت نتائج القياسات الكهربائية بينت الى و .(86nm) وهي (%3)بينما تكون في أعلى قيمتها عند

للتوصيلية الكهربائية والتحركية وهيبة محسو الحصول على أعلى قيمة (%0.8)حد (18.86(Ω.cm)-1)،(52.8 cm2/V·s) [48] التتالي على.

درجة الحرارة التوصيلية الكهربائية على اعتماد(E.Vitoratos et al. 2005) درس والمرسبة (500nm) ذات السمك (ZnO:Al) ألغشية (360K-80)ضمن المدى الحراري

أن التوصيلية عند درجة حرارة أظهرت النتائجو. تقنية الطالء بالغمستعمالاس بالزجاجعلى درجة الحرارة لكل النماذج، زيادة وبزيادة خطية مع (1-(Ω.cm) 2.7-0.1)الغرفة تتغير من

وبوجود مجال (R.T) عند(Van der Pauw)تقنية باستعمال وان قياسات تأثير هول تركيز الحامالت،وتحركية هول، و لكل من التوصيلية، كانتقد (T 1.2)مغناطيسي قيمته

(1019cm-3×1.18) و (cm2/V.s 1.40) و)) ((1-(Ω.cm) 2.46معامل هول هيو .[49] التتالي على (0.53cm3/C )و

20

قطر ب (ZnO)قضبان نانوية التركيب من مادة )(Jae-Hwan et al. 2005 صنع )30-300nm (ال طريقةباستعم )PLD(، ضمن النوع ذي الجدار الساخن وعند درجة حرارة

تم في البداية الحصول على الغشاء الرقيق عند المدى الحراري إذ، )800oC (أعلى مناصطفت القضبان عموديا والتي تم (800oC) وفوق درجة حرارةoC) (500-800من

وعند أي عامل مساعد، وجود من السليكون والياقوت األزرق دون دعلى قواع إنماؤها أطول أصبح قبل الترسيب فان مدى القضبان النانوية ا مساعد عامال بوصفهاستعمال الذهب

القضبان أن (PL),(SEM),(TEM),(XRD) كل منبينت قياسات قد و ،وذات قطر اقصر (Wurtzite)المصنعة هي عبارة عن بلورات أحادية ذات تركيب سداسي ومن النوع

عنصري كل من قد أظهرت وجود (EDS)مع تبلورية جيدة ودون عيوب، وان قياسات (Zn) و (O)[50] بوضوح.

تراكيب نانوية ألغشية (APCVD)تقنيةباستعمال (S. Larcheri et al. 2006) ىـنم (ZnO) وذلك عن طريق وضع مسحوق ،(ZnO) مفتوحة في مركز أنبوبة الكوارتز

درجة الجوي االعتيادي والموضوعة داخل فرن بشكل أفقي عند الطرفين عند الضغط عملية نمو التراكيب على السليكون تعتمد على موقع أنبينت الدراسة و. oC) (1150حرارة

إذ إن سمك األغشية كان ودرجة حرارة األرضية التي تنحدر قليال نحو األطراف،األنموذج كذلك أظهرت فحوصات و ، (1m)يعا اقل من وقيمتها جمعند األطراف اقل منه عند الوسط

(XRD) أما فحوصات ،(002) أن جميع األغشية ذات تركيب متعدد التبلور مع اتجاهية(PL) فقد بينت أن أغشية المادة النانوية هي ذات فجوة مطابقة ألوكسيد الخارصين وقيمتها

.[51] (eV 3.2)المحسوبة كانت

بدراسة تأثير تغير السمك على الخواص البصرية (P. P. Sahay et al.. 2007) قام المرسبة على الزجاج باستعمال تقنية التحلل الكيميائي الحراري (ZnO)والكهربائية ألغشية

(CSP).بينت الدراسة أن جميع األغشية ذات انتقاالت الكترونية مباشرة وان زيادة سمكها و(500-1100nm) مع نقصان واضح في(2.98-3.09) أدى الى نقصان فجوة الطاقة من

عند الطول ( 2.64-2.49)كذلك أظهرت زيادة واضحة في معامل االنكسار من و قيم النفاذية، قيمة المقاومة السطحيةأننتائج القياسات الكهربائية أظهرت و .(480nm)الموجي نهما تنقص مع عند درجة حرارة الغرفة مع وجود طاقتي تنشيط كل م(M) تقدر بـ

.[52] زيادة السمك

21

ذات الجدار الساخن وتحت (USCVD) تقنية (Hiroyuki et al. 2007) استعمل قضبان نانوية التركيب وبوجود طبقة رقيقة جدا لتصنيعالضغط الجوي االعتيادي

ثم حضر المحلول المائي ، أوالامساعدبوصفها عامال من جسيمات الذهب ) غشاء رقيق(إذ إن ليوضع في جهاز األمواج فوق الصوتية،(0.1M) لخالت الخارصين وبتركيز مقداره

الرذاذ المتطاير سيدخل وحدة الترسيب الساخنة بوجود الغاز الحامل وهو األوكسجين، وبذلك نانوية بحدود قُدر قطر القضبان ال وقد.VLS) ( يعد من النوعتقنيةفان الترسيب بهذه ال

(20-60nm) مجهر باستعمال(SEM) مجهر قطر جسيمات الذهب فقُدر باستعمالأما (AFM)والتي كانت بحدود (40-20nm) مابين درجة حرارة قاعدةعند (950-750 oC)،

عند درجات حرارة مختلفة تبين أن هذه القضبان تمتلك أعلى قمة (PL) ومن قياسات طيف .(ZnO) [53] وهذا بدوره يقابل فجوة طاقة شبه الموصل (eV 3.29)عند

من على قواعد مختلفة(ZnO)أغشية بترسيب (Ruiqun Chen et al. 2007) قام (NiO, SiO2, Si, glass) التردد الراديوي تقنية باستعمال (RF)مادة استعمال وب(ZnO)

ناعمة نسبيا ) SiO2( على الزجاج و أن األغشية المرسبة (SEM) بينت نتائجو ،بوصفها هدفا) Si(وتتكثف بشكل جيد لتشكل الغشاء وتمتلك اقل إجهاد داخلي ضاغط بينما المرسبة على

أظهرت أن جميع (XRD)نتائجو. المسامية مع زيادة السمكهذهكانت مسامية وتزداد ت أن توصيلية بين(Hall)قياسات وان c-axis) (األغشية المرسبة ذات اتجاهية عالية ضمن

تزداد مع زيادة السمك لجميع األنواع بينما التغير في تركيز الحامالت والتحركية مع األغشية على(Zn, O)بينت أن نسبة فقد(XPS) ، أما نتائج قياسات السمك يختلف باختالف القواعد

) (Si أعلى من مثيالتها المرسبة على (SiO2)[54] والزجاج.

(-Fe2O3) الخواص البصرية والكهربائية ألغشية ) (Raid A. Ismail, 2008 درس المائي لنترات الحديدالمحلولالمحضرة بتقنية الترسيب الكيميائي الحراري وباستعمال

على الزجاج وبدرجة حرارةاألغشية رسبت جميع إذ ،[(Fe(NO3)3.9H2O)]المائية (300-450oC). ج بينت نتائو(XRD) ذات تركيب عشوائي عند درجة حرارة األغشية أن

(400oC) ذات تركيب متعدد التبلور عند وإنها (450oC) ووجد انها (110) مع اتجاهية ، ذات معامل وإنها (1.9eV) وغير مباشرة قيمتها(2.6eV) قيمتها تمتلك فجوة طاقة مباشرة

من األغشية أنياسات الكهربائية نتائج القأظهرتوكذلك ،(104cm-1) من أعلىامتصاص .[55] وان التوصيلية الكهربائية تزداد مع زيادة درجة حرارة القاعدة النوع السالب

22

على أسالك وأشرطة نانوية من ترسيب أغشية (Supakorn et al. 2008) حصل (ZnO) ، منظومة تبخير حراري للتبخير داخل بوصفه مصدرا الخارصين وباستعمال عنصر

قُدر قطر األسالك النانوية . (oC 1050)عند الضغط الجوي االعتيادي وبدرجة حرارة أما عرضها فكان يتغير من (100nm-50)، إذ كانت تتغير من (SEM) مجهرباستعمال

(500-1500nm)أظهرت تحليالت و (WDXRF) أما بوضوح وجود عنصر الخارصين لعنصر األوكسجين K) (لم يظهر ضمن المحلل وذلك لكون طيفبالنسبة الى األوكسجين ف

.[56] يقع خارج حدود كشف المحلل

(CBM)تقنية الترسيب بالحمام الكيميائي باستعمال (Jihui Lang et al.2008)مقا إذ تم أوال تحضير المحلول من نترات ،(ZnO)للحصول على قضبان نانوية التركيب من

إضافة الماء البارد لخليط ومن ثم، عند درجة حرارة الغرفة(0.1M)تركيزالزنك المائية وبأظهرت و. ترسيبها على السليكون ودون وجود أي عامل مساعد للنموالمحلول وأخيرا

،أما (002)سائدة المادة ذات تركيب سداسي متعدد التبلور مع اتجاهية أن (XRD)قياسات للحالة (240nm)د بينت أن معدل قطر القضيب فق (1-19) كما في الشكل(SEM)قياسات

.[57] عند إضافة الماء البارد(120nm)األولى ثم ينخفض الى

.R.Tعند b - بإضافة الماء البارد ZnO. –a[57] لقضبان(SEM)صور:(1-19)شكل ال

د نانوية التركيب موا لتصنيع االلكتروكيميائيةتقنية ال(Gao-Ren Li et al. 2008) استعمل الى قضبان نانوية(Nanotubes) وتغيير شكلها من أنابيب نانوية(ZnO) مادة من

(Nanorods)بإضافة ) (Ce+4 الى (ZnO)سبب أنبينت النتائج و . وعلى قواعد من النحاس

a b

23

عندما تكون بشكل أنابيب وفي (1010)ذلك يعود الى نمو البلورة سداسية التركيب مرة باتجاه هذه األشكال بوضوح وكانت (SEM)أظهرت نتائج . عندما تصبح قضبان(0001)تجاه اال

فقد أظهرت وجود (EDS) ،أما تحليالت (1m) وبطول (100nm)أقطار األنابيب حوالي لم تظهر عناصر XRD) ( وبالنسبة الى قياسات،(Zn, O, Ce, Cu)عناصر كال من الـ (Ce, CeO ,Ce2O3) في القمم باتجاه الزوايا األقل وهذا يعود الى اًزحف ولكن تبين أن هناك

.[58] ] (1-20)، وكما في الشكل اكبر من ايون الخارصين (Ce)كون ايون

.ZnOأنابيب ZnO. -bقضبان a– :[58] لكل من(SEM)صور :(1-20)شكل ال

التوصيلية العالية ألغشية على الشفافية العالية و (R. Sharma et al. 2009) حصل )ZnO:Sc( المرسبة على الزجاج بتقنية )sol-gel(دراسة تأثير التشويب بالنسب ت، إذ تم

التركيبية ص على الخصائ(500oC-300) حرارة وتأثير التلدين بدرجة(% 0-1.5)ء للسطح أوضحت أوال أن مادة الغشا(AFM) و(SEM)فحوصات و .والبصرية والكهربائية

معدل النفاذية بينت نتائج الفحوصات البصرية أنو. قد نمت بشكل قضبان نانوية التركيب وان هناك زيادة بفجوة الطاقة مع زيادة كل من التلدين في المنطقة المرئية)%89 (أعلى من أن مادة الغشاء ذات تركيب متعدد التبلور من (XRD)كذلك أظهرت فحوصات و ،والتشويب

وان حجم الحبيبة يزداد بزيادة نسب التشويب مع نقصان في قيمة شدة ذروة النوع السداسيعند (Sc) مع عدم وجود طور في نفس الوقت(FWHM) واتساع عرضها(002)االتجاهية

قد بين زيادة في تبلورية (%0.5) ة النسب القليلة، وان تأثير زيادة التلدين عند ثبوت النسب التحركية، قيمةأن أظهرتالقياسات الكهربائية و .(002)خاصة عند االتجاهية بالمادة و

) 1-(Ω.cm) 4-10×3.52( و(cm2/V·s 35.3) تركيز الحامالت هيو، التوصيلية الكهربائيةو .[59]) % 0.5 ( وتشويب )400OC (عند درجة حرارة التتاليعلى )cm–3 1020×3.27 (و

a b

24

لى مواد نانوية التركيب وبما يشبه من الحصول ع( Ning Zhang et al.2009) تمكن إذ ،SiC) ( البسيطة وعلى قواعد من)CVD( تقنيةباستعمال (Nanoflowers)الزهور

وخالل ،(002) عند سائدذات تركيب سداسي مع اتجاه المادة أن(XRD)بينت قياسات ذه جميع التراكيب تتكون من صفائح نانوية متعددة الطبقات وهتبين أن (SEM)فحوصات

قُدر عرض هذه و .m) (1-2في الطبيعة وبحجمالزهور الطبقات تلتف لتشكل ما يشبه نسبة أنفقد بينت EDS) ( قياساتأما (60nm-50) مع سمك (600nm-500)الصفائح بـ ووجد أن األوكسجين بوجود الضغط الجوي (1.2:1) هي O) ( الى(Zn)عنصر الـ

( Si)وكذلك أظهرت التحليالت وجود عنصر كال،االعتيادي ضروري جدا لتكوين هذه األش .[60] (ZnO) لتركيب ا جديدا ابتكاراألشكالويعد هذا النوع من ،الناتج من تأثير القاعدة

ذات األلياف النانوية(ZnO) بتحضير أغشية (M. R. Islam et al. 2009) قام (Nanofibers)على قواعد ساخنة من الزجاج عند درجة حرارة oC) (200 بطريقة التحلل

الكيميائي الحراري عند الضغط الجوي االعتيادي وباستعمال مادة خالت الخارصينقصان ن هناك أنإذ تبين ،ىدرس تغير السمك بثبوت المتغيرات األخرو .بوصفها محلوال مائيا

مع نقصان في فجوة واضح في قيم النفاذية يرافقه زيادة في قيم االمتصاصية عند زيادة السمك (EDX)وأظهرت قياسات ،)700nmبثبوت الطول الموجي ( الطاقة ومعامل االنكسار

وانZn (O, Si, ( بـ النسبة المئوية لألوزان الذرية للعناصر المكونة للغشاء والمتمثلة أن المادة تتكون على شكل عناقيد ثم أشكال شبيه بالكرة وعند ت بين قد(SEM) فحوصات

يبين) 1-21(والشكل ،(500nm)ذات أقطار تقدر بـ نها ألياف نانويةاكبير العالي تبين الت .[61] النتائج هذهبعضا من

EDX.[61] النانوية مع تحليل(ZnO) أللياف (SEM)صور : (1-21)شكل ال

25

على الخواص (400oC-100) تأثير درجة حرارة القاعدة (Shinho Cho,2009) درس المرسبة على الزجاج باستعمال تقنية(ZnO)التركيبية والبصرية والكهربائية ألغشية

ود هيـحيلل متميزةمـات التركيبية أوال وجود أربع قيـالفحوصقد بينت و. الترذيذ

وهذه الشدة تزداد مع زيادة درجة ،(002) كانتأعالها شدة ،[(101),(110),(002),(100)] قيم حجم الحبيبات في كذلك كان هناك زيادة،(FWHM)ارة مع نقصان تدريجي في الحر

بينت و. (40nm-15) من (Scherrer relation)والتي قدرت باستعمال عالقة شيرر درجة كثافة حبيبات السطح ذات الشكل السداسي تقريبا تقل مع زيادةأن (SEM)فحوصات

أي اكبر بمقدار سبع مرات (300nm-48)ـ والتي قدر حجمها ب(TS) حرارة االرضية-3.09) أيضا من (TS)تقريبا عن مثيالتها أعاله، أما قيم فجوة الطاقة فكانت تنقص مع زيادة

2.69eV). أظهرت نتائج القياسات الكهربائية باستعمال تقنية (Van Der Pauw) 100)عند

oC)،ة قيمها تحركية هول والتوصيلية الكهربائي أن تركيز الحامالت(7.1 x1019 cm-1) .[62]التتالي على (1-(Ω.cm)0.8)و(cm2/V·s 0.07) و

من تصنيع شكلين من التراكيب (Debabrata Pradhan et al. 2009)تمكن والثاني ما يشبه (Nanospikes)المدببة المسامير احدهما ما يشبه (ZnO)لـ النانوية باستعمال تقنية الترسيب الكهربائي بعد ترسيبها على قواعد من (Nanopillars) األعمدة دور كبير في نمو [(Zn(NO3)2.2H2O)] كان لدور تركيز مادة الترسيب إذ ،(ITO)زجاج

ألوكسيد (JCPDS) بطاقة تطابقها مع بياناتأوال (XRD)بينت تحليالت و .األشكالهذه القضبان مدببة الشكل يتراوح نأ أظهرت فقد(SEM)صور المجهر اما .الخارصين

أوضحت وكذلك (1-22)الشكل وكما في،(120nm-100) وقطر (600nm)طولها الشكلين للتكوين ولكالاألساسية الطبيعة البلورية أيضا ذات البعدين (HRTEM)صور

.[63] [0001]خاصة ضمن االتجاهية بو

.ZnO أعمدة b- . المدببةZnOقضبان a– [63] (SEM)صور :(1-22)شكل ال

a b

26

أسالك نانوية التركيب تشكل بارتباطها مع بعضها بنجاح) (L. Feng et al. 2010 صنع رقيقة على السليكونبوصفها أغشيةالبعض ما يشبه الزهور متعددة األجزاء بعد ترسيبها

Si(111)باستعمال تقنية (PLD) .فحوصات أظهرت (XRD) تعددة التبلور التراكيب مأن مما يدل على التبلور (JCPDS) بطاقةذات تركيب سداسي مع اتجاهية متطابقة مع بيانات

لتوزيع األسالك (Panoramic) شامالا فقد أوضحت منظر(SEM) صور أماالعالي للمادة،النانوية بشكل عشوائي على القاعدة فمنها ما هو متعدد األفرع ومنها وما هو ثالثي

(Tetrapod) وان شكل السلك الواحد بهيأته العامة يشكل ما يشابه قلم الرصاص المستقيم وباتصال هذه األسالك بقاعدة واحدة يتكون ما يشبه ،(Nanoneedle)الذي ينتهي بإبرة نانوية

يتراوح (Tip) ذات نهاية (400nm-200)معدل قطر األسالك كان يتراوح بين .الزهرة حزم أن بينت (FTIR)تحليالت و . مايكروناتةى بضع مع طول يصل ال(40nm)قطرها

(cm-1 548.46) والقيمة(440.13cm-1)تقع عند ) آصرة المط(طيف االمتصاص لألسالك فهي تعود الى (cm-1 1633.6) و(1384.67cm-1)، أما الحزم (ZnO)مسحوق عائدة الى

.[64] عند أطياف امتصاص الطاقة االهتزازية(Zn-O) آصرة

على الخواص (Fe)تأثير نسب التشويب بالحديد (Linhua Xu et al. 2010) درس المرسبة على الزجاج والسليكون باستعمال(ZnO)التركيبية والبصرية ألغشية

نالخارصي الحصول على محلول الترسيب من إذابة خالت أوال تم إذ ، (Sol-Gel)تقنية(Zn(CH3COO)2.H2O) نترات الحديد المائيةمع نسب وزنية من(Fe(NO3)3.9H2O)

سائدبينت نتائج الفحوصات التركيبية أن جميع األغشية ذات تركيب متعدد التبلور مع اتجاه و مثل ولم يظهر أي طور من أطوار الحديد المعروفة(%5at-0) لجميع نسب التشويب(002)

(FeO) و (Fe2O3) و (Fe3O4)ن ضمن هذه النسب، كذلك أظهرت نقصا(FWHM) عند .(%5at) ثم زيادتها ونقصان شدتها تدريجا الى حد (002) لالتجاهية (%1at)النسبة

أخيراو .(2x2m) أوضحت انتظام حبيبات الغشاء بكثافة عند المقياس (AFM)قياسات و زيادة نسب التشويب لم تؤثر كثيرا على قيمة النفاذية في أن بينت نتائج الخواص البصرية

ولكن هناك زيادة طفيفة في فجوة (%82) والتي قدرت قيمتها بـف المرئي منطقة الطي .[65]الطاقة البصرية

مصطفة (ZnO)لـ نانوية التركيب أسالك على(Lihong Gong et al. 2011) حصل حوالي أقطارهامعدل أن (SEM)إذ بينت صور ،بشكل عمودي على قواعد من السليكون

(100-200nm)ذات حافات مستدقة ومتماثلة وإنهامايكرونات، ةصل الى بضع مع طول ي

27

لور ومن النوع فقد بينت أن هذه التراكيب متعددة التب(XRD)على األغلب، اما فحوصات كذلك أظهرت و وإنها تتحسن بوجود التلدين الحراري، (101)عند سائدة السداسي مع اتجاهية

سجين بوضوح، ومن دراسة صور وجود عنصري الخارصين واألوك(EDS)تحليالت (HRTEM) مع نتائج السائد اتضح تطابق معامالت ميلر التجاه المستوي (XRD)وان شكل

.[66]أحادية التبلورالسلك يشبه في تركيبته بلورة

لغرض الحصول (PLD)تقنية الترسيب بالليزر ( S. Karamat et al. 2011) استعمل والمرسبة على قواعد ساخنة من (N)ايونات النيتروجين المشوبة ب(ZnO)على أغشية

، إذ اشتملت هذه الدراسة على تغيير ضغط األوكسجين داخل المنظومة (Sapphire)الياقوت وتغيير (oC 400) بثبوت درجة حرارة القاعدة عند (mbar 1 ,0.8 ,0.4 ,0.1)ضمن القيم

جميع األغشية ذات تركيب متعدد أن (XRD)تحليالت بينت نتائج ونسب التشويب أيضا، وان زيادة ضغط األوكسجين قد (002)عند سائدة التبلور ومن النوع السداسي مع اتجاهية

، اما (FWHM) قيم في مع نقصان(nm 15.29-10.67) أدى الى زيادة حجم الحبيبة مندة في يرافقه زيا(nm 10.13-14.25) منعند التشويب فكان هناك نقصان في حجم الحبيبة

أي نقصان األقل وجود ازاحة نحو قيم الطاقة (PL)، وكذلك تبين من قياسات (FWHM)قيم .[67]في فجوة الطاقة عند زيادة ضغط األوكسجين

من من الحصول على قضبان نانوية التركيب ( SUN Ying-Lan et al. 2011) تمكن ميائي، إذ رسبت المادة المكونة للقضبان باستعمال تقنية الترسيب البخاري الكي (ZnO) أغشية

بينت قد و. وبهيأة أغشية ذات اسماك معلومة(100)على قواعد من السليكون ذي االتجاهية (125nm ,90 ,70) أن معدل أقطار هذه القضبان تراوح مابين (SEM)نتائج فحوصات

يع التراكيب فقد أظهرت أن جم(XRD)، اما تحليالت (1900nm-390)وأطوالها تقدر بـ أقطار تغير أن أيضا، وتبين من الدراسة (002)عند سائدة متعددة التبلور مع اتجاهية

كل من تركيز المحلول المستعمل وعلى زمن ودرجة حرارة قاعدة القضبان يعتمد على واقل ذروة (125nm) فقد أوضحت أن أعلى شدة هي للذروة (PL)الترسيب، اما قياسات

.[68] (377nm)ذه الذروات جميعا تقع ضمن طيف مقداره وان ه(70nm)عند

28

الھدف من الدراسة) 7-1(

للتطور العلمي الحديث في مجال تصنيع التراكيب النانوية وتطبيقاتها المختلفة في نظرا ا ة ضمن هذيد هدفت دراستنا الحالق وقلة الدراسات البحثية داخل القطر ف كافة العلميةالمجاالت :متسلسلة الى ما يليالعلمية اللخطوات اوفق على المجال و

أفضل التراكيب البلورية المكونة لألغشية علىتغيير ظروف الترسيب المختلفة للحصول في الوقت وبالتالي امكانية الحصول على بعض التراكيب النانوية المختلفة او ما تسمى

.)تصنيع التراكيب النانوية( بعملية الحاضر

تحسين أداء منظومة(APCVD)تصميم المصنعة محليا الى أقصى حد ممكن من خالل (ZnO)وكسيد الخارصين ها للحصول على أفضل أغشية مترسبة ألئإضافة بعض أجزاو

.غير المشوب والمشوب بالحديد وبما يتالءم مع احدث التقنيات المستعملة في هذا المجال

نمو التراكيب النانوية الممكن الحصول عمليةاعدة على درجة حرارة الق تغيردراسة تأثير . ألغشية أوكسيد الخارصين غير المشوبةعلى الخواص البصرية والكهربائية، وعليها

وعلى التراكيب النانوية نموعملية على بالحديد بعض نسب التشويب تغيردراسة تأثير عند أفضل درجة حرارة ممكنةبثبوت درجة حرارة القاعدةالخواص البصرية والكهربائية

.ممكنة الحدوث عند نسب التشويب العاليةمعرفة نوعية األطوار و

بثبوت درجة حرارتهاالتراكيب النانوية عملية نمو علىدراسة تأثير نوعية القاعدة.

الفصل الثاني

اجلزء النظري

29

مقدمـة )2-1( الجانب النظري لموضوع البحث، إذ إن المفاهيم النظرية الواردة الى هذا الفصلطرقيت

كانت بشكل عالقات رياضية أم إيضاحات علمية قد اعتمدت بشكل مباشر أو غير أفيه سواء .مباشر في توضيح الجانب العملي من البحث

المواد النانویةأشكال )2-2(

Nanoparticles النانويةتحبيباال- 1 ادهدالنانوية على انها عبارة عن تجمع ذري او جزيئي يتراوح عالحبيبات يمكن تعريف

الى مليون ذرة مرتبطة ببعضها بشكل كروي تقريبا وبنصف قطر اقل ) جزيئة(من بضع ذرات ذرة اغلبها (25) فمثال جسيم نصف قطره نانومتر واحد سوف يحتوي على ،(100nm)من

من الذرات وبذلك فان هذا االذي قد يتضمن عدد على سطح الجسم، وهذا يختلف عن الجزئ ،تسمح لحدوث ظواهر فيزيائية كالتوصيلية الكهربائية مثال حرجة الأبعاد االجسيم سيكون ذ

حيث إن التغير في الشكل النانويةأهمية في المواد ) ثالثيةوروية كو سداسية (الحبيباتشكل ول .[2,3]يؤدي إلى تغير خصائص المادة

الى مقياس النانو في بعد واحد تسمى هاعندما يصل حجم إن الحبيبات بصورة عامة السلك الكميبكون في بعدين فتسمى ت اما عندما (Quantum well) بالبئر الكمي

(Quantum wire) فانها تعرف بالنقاط الكمية أبعاد وعندما تكون بثالثة (Quantum dots) ضمن هذه التركيبات الثالثة سوف يؤثر على الخصائص االلكترونية األبعادي هذه فوالتغير

ومن الخصائص المهمة وغير ،لها مما يؤدي الى حدوث تغيير كبير في الخصائص الضوئيةتتغلب على الخصائص الحجمية لها الخصائص السطحية أنالنانوية هو للحبيبات عة المتوق

الخصائص الفيزيائية للمادة الحجمية ثابتة بغض النظر إن إذوهذا مخالف لما متعارف عليه، النسبة المئوية إن وكذلك ،النانوية شبه الموصلةالحبيبات عن حجمها مثل التقييد الكمي في

بالغة عندما يقترب حجم المادة من المقياس النانوي أهمية للمادة تصبح ذات للذرات السطحيةسطح ستكون صغيرة جدا العند لذراتها ان النسبة المئوية و تكون المادة الحجمية كبيرة ابينم

ومن خصائصها المهمة تعلقها داخل سائل او محلول ،بالنسبة للعدد الكلي للذرات في المادة والسائل يكون قويا حيث الحبيبات غمر وذلك الن التفاعل بين سطح تطفو او تنأندون

ال عن طفو او غمر المادة ؤو في العادة مس هويتغلب على فرق الكثافة بينهما والذي يكون يبين بعض الصور المجهرية لحبيبات (2-1)، والشكل[2,3,69,70]الحجمية في السائل

(ZnO) [71]النانوية .

30

.(AFM)صورة - b . (SEM)صورة - a [71] النانوية ZnO يباتحب يظهر:(2-1) شكلال

الموصالت والتركيبات وأشباهنانوية من الفلزات والعوازل حبيبات حديثا تصنيع أمكنلقد نانوية ذات طبيعة شبه موصلة وهي الليبوزومات ومثال على حبيبات المهجنة وكذلك تصنيع

عالية وغير الصالبة ال ذات (50nm)تي يصل حجمها الى اقل من النحاس الحبيبات ذلك في ودخلت حبيبات أوكسيد الخارصين ،قابلة للطرق او السحب عكس حقيقتها المعروفةال

(SEM) يبين صورة (2-2)، فالشكل[3,9,29]لتصنيعياالوقت الحاضر ضمن هذا المجال .[72] داخل المنسوجات المضادة للبكتريا(ZnO)لحبيبات

.[72] المضادة للبكتريا الحية(ZnO) لحبيبات (SEM)صورة يظهر :(2-2)شكل ال

Nanotubes النانويةاألنابيب- 2

الفلزات كاوكسيد بعضأكاسيد من مواد غير عضوية مثل أحيانا النانوية األنابيبتصنع بأنابيب المنغنيز واوكسيد الخارصين وغيرها وهي شبيه من ناحية تركيبها أوكسيدو الفناديوم،

الكاربون التي أنابيب اليوم وتعد، منها وليست بنفس القوةأثقلالكاربون النانوية ولكنها ثل نظرا لتركيبها المتماأهمية أكثر من مخلفات الكاربون )1991(اكتشفت بالصدفة عام

يمكن وصفها على انها عبارة عن شرائح من الجرافيت يمكن طيها والتيوخصائصها المثيرة االسطواني حيث ترتبط ذرة نهايتي الشريحة مع بعضها لشكل التأخذحول محورها

مغلقة على شكل نصفواألخرى مفتوحة األنبوب نهايتي إحدى وتكون األنبوبلتغلق

a b

31

حينها بوحيدة الجداراألنابيب فردي الذرات فتسمى األنبوبيكون جدار قدكرة كما Single wall nanotubes (SWNT)متعددة الجدار باألنابيب فتسمى أكثرثنائي او او Multi wall nanotubes (MWNT) فقد تكون مستقيمة، أشكال النانوية عدة ولألنابيب

ولها خصائص غير اعتيادية من حيث القوة والصالبة متعرجة او مخروطيةولولبية، و وتتمتع بنسبة وزن الى لها (2-3)، وكما في الشكل التوضيحي والتوصيلية الكهربائية وغيرها

فهي اصلب من الفوالذ خفيفة،أوزانمتانة عالية وهي مفيدة للتطبيقات التي تحتاج صالبة مع البخار الكيميائي والقوس بوساطةالترسيب إنتاجها طرق أهممن و ، مرة(100) من بأكثر

مصنعة (ZnO) أشكال أنابيب نانوية لـ (2-4)، ويبين الشكل [3,73]الكهربائي والليزر .[16] (VS)بتقنية

.[16] النانبيب النانويةألشكال اتوضيحي الرسم ال يظهر: (2-3) الشكل

.[16] (VS)المصنعة بتقنية النانوية (ZnO) ألنابيب (SEM) صورة يظهر:(2-4)شكل

Nanoballsالكرات النانوية 3-

لكنها (C60) كرات الكاربون النانوية التي تنتمي صنف الفولورينات من مادة أهمهامن ها متعددة القشرة وال يوجد على سطحها فجوات كما في تختلف عنها قليال بالتركيب حيث ان

وقد (Bucky) تركيبها يشبه البصل فقد سماها العلماء بالبصل أن النانوية وبسبب األنابيب يبين التركيب الجديد لكرات (2-5)، والشكل [2,3]أكثر او (500nm)يصل قطرها الى

(ZnO) [74] النانوية وبأقطار مختلفة.

SWNT MWNT

32

.[74] التركيب النانوية(ZnO) لكرات (SEM) صور يظهر:(2-5) لالشك

Nanowires النانويةاألسالك4-

)1000( نسبة طولها الى عرضها تزيد عن أن قليلة جدا حيث أقطار ذات أسالكهي التقليديةاألسالكلبعد الواحد وهي تتفوق على مرة، لذا فهي تصنف ضمن المواد ذات ا

محصورة كميا باتجاه جانبي واحد مما فيها االلكترونات تكونأنوذلك بسبب ) األبعادثالثية (يجعلها تحتل مستويات طاقة محددة تختلف عن تلك المستويات العريضة الموجودة في المواد

لها توصيلية كهربائية فان ني على ميكانيك الكم الحجمية وبسبب خضوعها للحصر الكمي المب توجد في الطبيعة بل تصنع في المختبر حيث منها الفلزي محددة، وهي الذات قيم

) االنديوموفوسفاتنترات الكاليوم كالسليكون و(وشبه الموصل ) والبالتينيوم الفضةو النيكلك( (Spiral) فقد تكون حلزونية أشكال على أيضاهيو) كالسليكات واوكسيد التيتانيوم( والعازل

قذف سلك كبير او متماثلة خماسية الشكل وتصنع في الغالب عن طريق قشط سلك كبير او في تعماالتها اسأهممن و .ىأخر جسيمات ذات طاقة عالية باالضافة الى طرق بوساطة

(p-n) او عمل وصالت المستقبل القريب ربط مكونات الكترونية دقيقة داخل دائرة صغيرة تركيب بعض (2-6) ويبين الشكل ،[3,12]الرقمي الحاسوب في وكذلك بناء الدوائر المنطقية

.[12] النانوية(ZnO) أسالك

.[12] النانوية المرسبة على السليكون(ZnO) ألسالك (SEM)صور يظهر : (2-6) الشكل

33

Quantum Dots النقاط الكمية5- (10nm-2)بين ما أبعادهتراوحت األبعاد ثالثي موصلالعبارة عن تركيب نانوي شبه هي

ذرة في )100000( الى )100(تقريبا ذرة في القطر الواحد او(50) الى (10)وهذا يقابل دة بتقييد الكترونات حزمة التوصيل تقوم النقطة الكمية الواح .حجم النقطة الكمية الواحدة

يبين (2a-7)، والشكل[3] حزمة التكافؤ او االكسيتونات كما تبدي طيفا طاقيا مكممافجواتو األحجام دعنأسيا كثافة الحاالت تتغير أن نالحظ إذ الكبيرة والصغيرة، لألبعادتكميم الطاقة

عند تدرجرة وهذا يقود الى حدوثت في األحجام الصغي هناك انقطاعاأنالكبيرة بينما نجد الحاالت ثنائية االتجاه وشذوذ في أحادية االتجاه وخطوط متقطعة ضمن النقاط الكمية التي

، وبذلك نصل الى حقيقة أن الخواص )مقيد الحركة(ال يمكن لاللكترون التحرك بحرية خاللهايمكن تحقيق و. معهود مسبقاضوء تتغير وبشكل غير الانبعاث البصرية بما فيها االمتصاص و

تواجه الحاالت االلكترونية داخل النقطة انقطاعا عند حافة المادة نقطة كمية مثالية عندما اليوجد انقطاع غير قابل للتجاوز وعندما ابسبب ذلك فان االلكترون داخل النقطة يكون حاجزو

مكن تقليص عند السطح فان الذرات السطحية ستمتلك تكافؤات غير محددة ولكي يأخرى في شبه حد ممكن فان هذا يرافقه وجود مستويات طاقة أقصىطاقة السطح الى

الخواص البصرية والكهربائية مع زيادة في فجوة الطاقة في قيمالموصل وبالتالي اختالف(Energy Gap) تغير القطر من أنفمثال وجد (11.5nm) الى (1.2nm)ة لماد(CdSe)

باتجاه األطوال ضوء ال في انبعاث حصول مع(eV 3-1.8)يرافقه زيادة في فجوة الطاقة من المقاس بتقنية (ZnO)طيف انبعاث (2b-7)، ويبين الشكل )األزرق(الموجية القصيرة

Photoluminescence (PL) [1,2,3] لنقطة كمية قطرها(4nm).

دالة للطاقة في اشباه الموصالت بوصفها لحاالتكثافة ايظهر :(2a-7)شكل ال .[2] التركيب الكبيرة والنانوية

34

تصنيعه عند (PL) المقاس بتقنية (ZnO)طيف انبعاث :(2b-7) الشكل .[31] وغيرهابشكل نقاط كمية

Nanocomposite كبات النانويةارتالم 6-، ونتيجة لذلك فان المواد ها جسيمات نانوية خالل تصنيعإليهاهي عبارة عن مواد يضاف

الكاربون النانوية تتغير أنابيبالنانوية تبدي تحسنا كبيرا في خصائصها فمثال وجد انه باضافة بيباتح من الىأخر أنواع إضافةخصائص التوصيلية الكهربائية والحرارية للمادة وقد يؤدي

(NPs) الى تحسين الخصائص الضوئية وخصائص العزل الكهربائي وكذلك الخصائص جديدة ذات خصائص نانوية مركباتالميكانيكية، وتجري البحوث حاليا للحصول على

هي اآلنكبات النانوية المعروفة ارت ومن الماألصليةومميزات تختلف عن المركبات وحبيبات (ZnO)، فقد وجد أن مزج كل من حبيبات [2,3,29]النانويةكبات البوليميرية ارتالم

(MgO) سنان وبشكل فعاليؤدي الى تقوية الحشوة الدائمية لأل النانوية وبنسب وزنية محددة ، .[75] سويةالمركبين ين لهذ(SEM) يبين صور (2-8)والشكل

.[75] (ZnO/MgO)لمركبين النانويين ل(SEM)صورة :(2-8) الشكل

35

Nanorodsالقضبان النانوية7-بين النانومتر بأبعاد نانوية الطول تتراوح ماأقطارذات يمكن تعريفها على انها تراكيب

وبتقنيات معقدة ادن وتصنع في الغالب من اشباه الموصالت والمع[2]الواحد حتى المايكرون تعمل على والتي(Catalysts) المرتبطة بما يعرف بالمحفزات (VLS)نسبيا منها تقنية

خالل الحد والتقليل من الطاقة الفعالة، وال تتغير هذه المادة منزيادة معدل التفاعل الكيميائي الفرصة لمزيد حةإتا خالل من على توفير سطح مالئم للتفاعلبالتالي تكون قادرةبالتفاعل و

مشابهة أشكاال النانوية بنيتها وتتخذ القضبان في،من الجسيمات لالصطدام مع بعضها البعضوفي بعض األحيان تكون بالتقائها بقاعدة ،لشبكتها األولية ولكن بأبعاد هندسية اكبر امتدادا

المتعددة لذات األشكاالقضبان تمتاز و. (Nanotripods)واحدة ما يعرف بثالثي القوائم بخواص ميكانيكية بصرية فريدة باالضافة الى خواصها الكهربائية التي أهلتها لالستعمال في

،خاصة فيما يتعلق بتصنيع الترانزستورات والخاليا الشمسيةب والتطبيقات الصناعية المختلفة رارةوفي كل األحوال ترتبط عملية إنتاجها بظروف التحضير المختلفة ومن أهمها درجة الح

تغير بعض ظروف الترسيب يبين دور (2-9)، فالشكل [10,12,16] ونوعية المواد المتفاعلة والبحوث الحديثة اليوم تؤكد أن القضيب الواحد ،النانوية التركيب (ZnO)في بناء قضبان

.[76]بحد ذاته عبارة عن بلورة أحادية واحدة

مخطط مع(ZnO) بانقض ل(TEM)صوريظهر (a-d) :(2-9)الشكل .[76] ةألشكالها السداسية المستنبط

36

Nanocrystals البلورات النانوية 8-

ها المسافة متساوية بين فيتكون والتي النانو، ضمن مقياسبلورات عناصر ومركباتهي تظهر سمات تختلف عما يقابلها من مواد بحجوم كبيرةو، خرآو او جزئ وأخرىكل ذرة

ويمكن أن تكون البنية البلورية لها مختلفة او متماثلة عما يكافئها في الحجوم )بلورات( تطبيقاتاشباه الموصالت للبلورات النانوية المصنعة من المعادن او إن.[2]الكبيرة

لبصرية حيث لها القدرة على تغيير الطول الموجي للضوء اااللكترونيات منها مهمةكثيرة ووكذلك في تصنيع الضوء،انبعاث دايودات و في الخاليا الشمسيةىأخرولها تطبيقات

لصناعية بلورات اشباه الموصالت في التطبيقات اأكثر دخلت ، وقدالمتحسسات سداسية الشكل (ZnO)ون بلورات تكو .[77] وغيرها (CdSe, In2O3, ZnTe, ZnO) مثل

لهذه البلورات المجهرية صورال يبين (2-10)في معظم األحيان، فالشكل وذات أبعاد منتظمة . وبقدرتي تكبير مختلفة

.[78] التركيب النانوية(ZnO) لبلورات (HRTEM) صور يظهر :(2-10) الشكل

للمواد بلوریةال البنیة (3-2)

بشكل منسق حيث تظهر المادة وكأنها مشيدة من في معظم المواد الصلبةالذرات تنتظم وحدات بناء متشابهة ذات أشكال هندسية منتظمة، وفي مثل هذا الترتيب المنتظم من الممكن أن تُبنى بلورة كاملة برص متكرر للوحدة البنائية وتُعرف هذه الوحدة بالخلية البدائية

)Primitive Cell(دات تتضمن جميع المعلومات المطلوبة إلعادة بناء مواقع ، وهذه الوحالذرات في البلورة، ولكن غالباً ما تتخذ هذه الخاليا أشكاالً هندسية تختلف من مادة إلى أخرى في حين تحافظ على نفس تماثل وحدة الخلية للمادة الواحدة، وبتكرارها في االتجاهات

، وعلى غرار األشكال المحتملة لوحدة [79]من المادة الصلبة كبيرة الثالثة ينتج عنها بلورةالخلية وعناصر تماثلها التي تحقق شروط الشبيكة البلورية صنفتْ البلورات إلى أربع عشرة

إن اتجاه المستويات داخل البلورة يمكن ].80[ موزعة على سبعة أنظمة بلورية برافيزيةشبيكة ) Miller Indices( معامالت ميلرتعمالالخلية وباسيعبر عنها بداللة ترتيب وحدة أن

37

أوكسيد في تكوين قضبانلمستويات المهمةامعامالت ميلر لبعض (2-11) ويبين الشكل (EDS)مساعد مع شكل القضبان وتحليل كعامل المنماة باستعمال ذرات الذهب الخارصين .[81] المرافق لها

(ZnO) لـ ميلر لبعض المستويات المهمةمعامالتيظهر : (2-11) الشكل

.[81] (EDS)مع تحليل ذي القضبان النانوية

: التركيب البلوري للمواد الصلبة يمكن تصنيف المواد إلى صنفين أساسيينوعلى أساس

Crystalline Materials المواد البلورية ) 2-3-1( ينتظم ترتيب الذرات في الفراغ حيث تُـشكل نمطـاً هندسـياً المواد في هذا النوع من

دورياً، وعندما ينتشر هذا النمط؛ ليشغل كل أجزاء المادة فأن هذا يعني أن لدينا بلورة وحيـدة )Single Crystal( لذا فإن هذه المواد تمتلك نظام المدى البعيـد ،)Long-Range Order (

، وتُعد أشباه الموصالت التي من هـذا ]79[حرة لمنظومة الذرات الذي يحقق أقل طاقة داخلية ال يمتد فيها الـنمط ىأخر النوع ذات أهمية كبيرة في صناعة النبائط اإللكترونية، وهناك مواد

الهندسي ليشغل كل أجزاء المادة بل يتوقف عند حدود داخل البلورة تـدعى حـدود الحبيبـات )Grain-Boundaries ( مى مواد متعددة التبلـور هذه المواد تس)Polycrystalline ( وهـي

وكل حبيبـة تتكـون مـن ) Grains(تتكون من العديد من البلورات الصغيرة تدعى الحبيبات وضمن الحبيبة الواحدة تمتلك وحدة الخلية االتجـاه ) Units Cells(آالف من وحدات الخاليا ترتيب المدى الطويـل، فـي حـين ، وكل حبيبة ستمتلك ]7,29,79[نفسه مثل أي خلية أخرى

ستمتلك الحبيبات البلورية ككل نظام المدى القصير، وتُعد أكثر أشباه الموصالت مواد متعـددة ,SnO2) (CdO, ZnO, In2O3مثـل وال سيما مجموعة أكاسيد التوصـيل الـشفافة التبلور

الطبيعية، أمـا وبصورة عامة فإن معظم المواد الصلبة تكون متبلورة في حالتها ، [1] وغيرها .]79,80[من الناحية العملية فال يمكن الحصول على مادة تامة التبلور

38

Non-Crystalline Materials المواد غير البلورية ) 2-3-2(

، إذ )Short-Range Order(وهي المواد التي يغلب على ذراتها ترتيب المدى القـصير ، والترتيب الذري في أي مقطع معين منهـا يبـدو )Random(عشوائي تترتب ذراتها بشكل

مختلفاً عن الترتيب الذري في مقطع آخر، وبذلك ال يمكن اعتبار ترتيبها يمثل تكراراً لوحـدة الخلية، وهذا الترتيب ال يعزى إلى وجود تكسر في األواصر الداخلية بل هو خاص بتركيـب

إن الحد الفاصل بـين وشوائية حالة غير مستقرة ثرموديناميكياً، ذرات المادة، إذ تُعد الحالة الع المقاسـة ) Energy Barrier(المواد العشوائية والبلورية هي النقطة الحرجة لحاجز الطاقـة

بالمقياس الذري أو المجهري، فعند تسليط كمية من الطاقة كافية لتغيير حاجز الطاقـة تتحـول ، وتُوصف المواد غيـر البلوريـة بأنهـا زجاجيـة ]15,79[ةالمادة من العشوائية إلى البلوري

)Vitreous, Glassy( تاح لـذرات المـادة ترتيـبوقد تتكون في أكثر األحيان عندما ال ي ،نفسها كما ينبغي مثال ذلك؛ الكاربون الزجاجي الناتج من عمليات التحلل عند درجات حـرارة

.]79[منخفضة وبعض البوليمرات

Structure Properties التركیبیة الخواص(4-2)

(2-4-1) حيود األشعة السينية

عد تقنية حيود األشعة السينية مصدراً أساسياً للمعلومات الدقيقة عن البنيـة البلوريـة، إذ تُ موجة عنـد ة التداخل التي تحدث عندما تتشتت حركة أي يعتمد المبدأ العام للحيود على ظاهرة

أو تـداخالً ) Constructive Interference(عدد من المراكز ونتيجة ذلك أما تداخالً بنـاءاً لقد تمكن العالم اإلنكليزي براك من فرض أنمـوذج .)Destructive Interference(اتالفياً

اتجاه حيود األشعة السينية مـن البلـورة بعـد بسيط للتركيب البلوري يمكن بوساطته معرفة سقوطها عليها، وينص هذا األنموذج على أن المستويات المختلفـة التـي تتكـون مـن ذرات

]:79,80,81[ البلورة يمكن أن تعكس األشعة السينية

ndhkl sin(1-2) :إذ إن n :عدد صحـيح. :زاوية سقوط األشعـة السـينية.

:جيالطول المو . dhkl :المسافة البينية للمستويات )hkl.(

39

فـي المعادلـة ) (يمكن أن يحدث فقط عندما يكون الطول المـوجي ) براك(إن انعكاس أصـغر أو )hkl(ميلـر معامالت للحصول على انعكاس من مستوي ما له ستعملالم) 2-1(

) بـراك (بين مستويين متعاقبين في البلورة، أي أن شرط ) dhkl(مساوياً لضعف المسافة البينية ]:82,83[ الالزم لالنعكاس هو

2)-(2dhkl ...................................... 2 ألنه عند تمثل ضعف الزاوية في قانون براك، على شكل مخطط الحيود الزوايا المسجلة نإ

على شـرط أن تكـون األشـعة )2(يكون الكاشف قد دار بزاوية ) (دوران العينة بزاوية ) 1-2(مـن معادلـة ) dhkl(السينية أحادية الطول الموجي، وبـذلك يمكـن حـساب قيمـة

).(و ) (إذا عِلمت

Structure Parameters التركيبية لمات المع(1-1-4-2)

مادة والتي تعتمد على طيف حيود األشعة السينية ةالعوامل التركيبية الخاصة بأيمعرفة إن سداسيفي حالة التركيب ال، فيعد أمرا مهما في تفسير الكثير من الخصائص الفيزيائية للمادة

(Hexagonal) لتراكيب النمط السائدوالذي يمثل (ZnO)نإ، ف(a,b,c) ،تمثل أبعاد الشبيكة حساب ثوابت الشبيكة يمكنوبذلك ، السابق (1-14)موضح في الشكلالو (a=b)إذ إن

)ao (و)co (طيف ستعمالبا(XRD) [84,85]اآلتية باستعمال الصيغة:

(3-2)

:[86] من عالقة شيرر(Grain size) حساب معدل الحجم الحبيبييمكنوكذلك

cos9.0

BDav …….….. (4-2)

:إذ إن

λ : في جهاز األشعة السينيةلـستعمالطول الموجي الم . B : قيمة (FWHM) بالزاوية نصف قطريةةمحسوبال .

40

:(87) (d) للثابتحساب نسبة الخطأ المئوية من خاللها أمكن اآلتيةوالعالقة

…............. (5-2) :إذ إنZH : قيمة(d)السينيةاألشعة طيف المحسوبة من .

Z :قيمة (d) ضمن بطاقة ) JCPDS (العالمية. التبلور متعددةالتراكيب البلورة في معين داخل ىيمكن وصف التوجيه التفضيلي لمستوو

وا الواحد ه األعلى منت قيمإن إذ Texture Coefficient (TC) عامل التشكيلببما يسمى تكون ضمن هذا االتجاه، اما ) غلباأل( تؤكد أن اتجاه النمو البلوري للمستويات المفضلة أكثر

، وبالتالي فان تحسن النمو األقل من الواحد فهي متعددة التبلور ولكن باتجاهات غير موحدة، وقد تم وصف هذا العامل اعتمادا على [82,88]البلوري للمادة مرتبط بقيمة هذا العامل

: اآلتية[89] (Barret and Massalski)العالمين كل من عالقة

...... (6-2)

. عمليا الشدة المقاسة: Ihkl :إنإذ

IO(hkl) :ودة في بطاقة ـة الموجـ القياسيالشدة(JCPDS).

N : مخطط الحيودفي الذروات الواضحة تمثل عدد.

في وصف التغير الطفيف في التراكيب البلورية أيضا ومن المعامالت ذات األهمية (Residual Stress) كل من االجهاد المتخلفهي التحضير وظروفها تقنياتمع تغير

(d) تعني أن تغير المسافة بين السطوح الذريةأن ه من المعروف انإذ، (Strain)والمطاوعة وية في كل نقطة من نقاط البلورة وبالتالي حصول اتساع او انضغاط ال تكون متسا

(Compression) الشبيكة مجهدة وكما أن داخل الشبيكة البلورية، فحصول االنضغاط يعني ، اما المطاوعة فهي مقياس لمقدار وغير االجهاد الذي يمثل حالتي االجهاد (2-12)في الشكل

وتسبب انحراف ثابت داد بزيادة االجهاد وتنقص بنقصانهفهي تز ،تشوه المادة نتيجة االجهاد

41

قيمة، ويتم حساب[36,84,90] (JCPDS) الشبيكة للتركيب السداسي عن قيمته في بطاقة :[90,91,92]اآلتية العالقة باستعمالاالجهاد

...... (7-2) :إن إذco: الشبيكة حسب بطاقة ثابت (JCPDS). c :ب عملياثابت الشبيكة المحسو.

: األتي بعد تعويض هذه القيم بالشكلأعالهعالقة لوبذلك يمكن كتابة ا

...... (8-2)

:[84,90,92]اآلتية من العالقة أيضا حساب قيمة المطاوعة ويمكن

.... (9-2)

الجهاد المتكون داخلا لنوعا توضيحيامخطط يوضح ):-212 (الشكل .]90[ رية شبيكة بلو

42

العوامل المؤثرة على حيود األشعة السينية (2-1-4-2)

ر ـ حصول تغياليـ تعمل على تغيير الخصائص التركيبية للمواد وبالتعديدةهناك عوامل :هذه العوامل ومن لها األشعة السينيةمالحظ في طيف حيود

قاعدة حرارة ال درجةتأثير -1

، متعددة التبلور تحديد التركيب البلوري للموادعامال مهما في درجة حرارة القاعدة يعد تأثير في اغلب خالل زيادة حجم الحبيبات ونقصان الحدود الحبيبيةمن سيما التراكيب النانوية وال

الطاقة الكافية إلعادة ومنح ذرات المادة األحيان وبالتالي زيادة تبلور المادة وقلة العيوب داخلهاإن تبلور المادة يعني بطبيعة الحال زيادة واضحة في شدة . ترتيب نفسها داخل الشبيكة البلورية

لحسابات أن هذه للمستويات، وقد وجد خالل البرامجيات الحديثة المستعملة لالذروات العائدة أناألقل مما يؤكد (2) قيم مع انحراف نحو (FWHM)الزيادة يرافقها نقصان في قيم

الن العالقة بين كل من(d) المسافة بين المستويات البلورية زيادة في ا دوردرجة الحرارةل(d)و (Sin)درجة حرارة تأثير يبين (2-13)، والشكل[62,67] عالقة عكسية حسب قانون براك

.[93] النانوي(ZnO)مسحوق القاعدة على نمو

.[93] النانوي(ZnO)تأثير درجة حرارة القاعدة على نمو مسحوق يوضح :)-213 (كلالش

تأثير التشويب -2حيود األشعة السينية أكثر من تأثير غيره من طيف تأثير التشويب في من المعروف أن ل

ا العوامل، ألنه يمكن أن يؤثر في حجم الشبيكة وبالتالي المسافة بين السطوح البلورية، مم إلى قيم أكبر أو أقل اعتمادا على (2θ)يتسبب في إزاحة مواقع القمم في محور زاوية الحيود

43

األيوني القطر أن ، فمثالحجم أيون المادة الشائبة عند مقارنتها مع حجم أيون المادة المضيفة فعندما يكون حجم أيون الشائبة صغيراً كما هو الحال في (74pm) هو(Zn+2)للخارصين

أيون (Substituted) فإن ذلك يؤدي إلى إحالل (53pm) األلمنيوم والذي يساوي أيون المشوبة باأللمنيوم مما يؤدي إلى تناقص (ZnO) في بلورة الخارصيناأللمنيوم محل أيون

لكن عندما يكون حجم ، )a2-14(كما يبين ذلك الشكل (2θ) وبالتالي زيادة الحبيبةحجم (+Ag) أيون المادة المضيفة كما هو الحال في أيون الفضة أيون الشائبة أكبر من حجم

شائبة يؤدي إلى أن يحل محل أيونبوصفه فإن وجوده (122pm)والذي يساوي (2θ) وبالتالي تناقص الحبيبةمما يؤدي إلى زيادة حجم (ZnO) في بلورةالخارصين

.)2b-14(كما يبين ذلك الشكلو [48,94]

لكل من (XRD) تأثير التشويب وظهور ازاحة طيف :)-214 (الشكل

-a ZnO:Al .-b ZnO:Ag [94,95]. النانويةبتأثير التراكي-3 في شكل طيف الحيـود ا واضحا هناك اختالفأن (XRD) لقد بينت الدراسات الحديثة لنتائج

نـصل الـى قـيم خاصة عندما ب و (Bulk)للتراكيب النانوية عما هي عليه في المواد الكبيرة طيـف ولكن على عكس ذلك فان ،[95] (20nm) من بأقل والتي تقدر صغيرة جدا للحبيبات

(XRD) مـن التراكيـب وغيرهـا األسالكو األنابيبو التراكيب النانوية مثل القضبان كثر أل يبـين (2-15)، فالشكل (Bulk) عما هو في الـ ا لم يتغير كثير ضمن مقياس النانو المصنعة

.[37] تقنيةمصنعة بأكثر منال النانوية واألنابيب لعدد من القضبان(XRD)ف مخطط طي

a b

44

مصنعةنانوية وأنابيب لقضبان XRD طيفيوضح :)-215 (الشكل .[12,37]بتقنيات مختلفة

للتراكيب النانوية يتأثر بمقدار(XRD) أيضا أن طيف الحديثةكذلك بينت الدراسات

، ، تركيز المحاليل المسلطكل من؛ نوعية القاعدة المستعملة للترسيب، الضغطبسيط بتغير تبين من خالل فقد جداوبالنسبة للحبيبات النانوية الصغيرة ،[44,45,54,66] التلدينو

ها وهذا سببه قلة طانه عندما يتناقص حجمها فأن هناك توسعا في ذرى مخط الدراسات الحديثة األشعة انحراف قمم حيود (2-16) انعكاس براك، إذ يوضح الشكلالمستويات الكافية لحدوث

نحو الزوايا األكبر ) nm 4.5 ,3.5 ,2.5 (األحجام النانوية ذات (InP) لوراتـالسينية لب . [2]مع تناقص في شدتها وزيادة في عرض منتصف القمة

.-b-3.5, c-4.5 nm [2] (a ,2.5 ( النانوية(InP)يبين انحراف حبيبات :)-216(شكل ال

45

، إذ (20nm)ار المقاربة الى النانوية ذات األقط(ZnO) حبيبات (2-17)ويبين الشكل .[96] نالحظ االتساع الواضح للذروات

. [96] التركيب النانوية(ZnO) لحبيبات (XRD)طيف يوضح :)-217 (الشكل

X-ray Fluorescence(XRF) (2-4-2) األشعة السينيةفلورة

أن تكون أشعة سينية او أشعة كاما على مواد معينة فان هذه عند تسليط طاقة عالية نسبيا ك (K,L)الطاقة ستصل الى المدارات الداخلية للذرة والقريبة من النواة عادة مثل المدارين

وبالتالي فان الكترونات هذه المدارات ستكون قادرة على امتصاص مثل هذه الطاقات واالنتقال حالة االستقرار ستبعث األشعة الفائضة على شكل الى مستويات أعلى، وعند رجوعها الى

فان الخط (K L)فوتونات أشعة سينية وبحسب المدار العائدة اليه، فمثال عند الرجوع من (M L) وكذلك أن االنتقال من (K) سيكون (M K) ومن (K)الطيفي الناتج هو

انبعاث هذه الخطوط ن فاوبذلك، (L) سيكون (N L) ومن (L)سيصاحبه الخط الطيفي ختلف من مادة الى أخرى وهو ما يسمى بفلورة األشعة السينية التي عن طريقها يتم تحديد يس

لعملية الفلورة بشكل عام، ا مخطط(2-18)، ويبين الشكل [97]نوعية العناصر المكونة للمادةان ج قيد الدراسة و عموما للنماذوتعد تقنيات الفحص التي تعتمد على هذا المبدأ غير اتالفية

طيف االنبعاث الذي يتم الحصول عليه باستعمال أجهزة ذات قدرة تحليل عالية نسبيامخطط المعلوماتقاعدةمخطط مع هذا الخالل مقارنة وذلك من تشخيص المادة مهما ألجل ديع

.[98]المحدثة مع الجهاز

46

.[98]ة لعملية الفلورا توضيحيامخططيوضح :)-218 (الشكل

نانوية التركيب المرسبة على (ZnO) طيف الفلورة ألسالك (2-19)وكذلك يبين الشكل

المرافقة النبعاث (KeV) تبوحدا يظهر بوضوح قيم الطاقات إذقواعد من االلومينا، .[99] السينيةاألشعةفوتونات

.[99]ية التركيب نانو(ZnO) ألسالك (XRF)طيف يوضح : )-219 (الشكل

47

المركبات شبه الموصلة (5-2)

بدأت دراسة المواد شبه الموصلة في أوائل القرن التاسع عشر وذلك للتعرف على خواصها الفيزيائية والكيميائية ومدى االستفادة منها في التطبيقات العملية، وكما هو معروف أن أشباه

على شكل مركبات متكونة من عنصرين أو أكثر الموصالت أما أن تكون مفردة أو أن تكونواعتماداً على عملية التأين الحراري يمكن تقسيم مجاميع ) المركبات شبه الموصلة(تسمى

والمركبات غير المتكافئة ) Stoichiometric(أشباه الموصالت إلى المركبات المتكافئة )Non-Stoichiometric] (100,101,102[، أساسيا بوصفها مكونا لوكذلك هي اليوم تدخ

يبين بعض ) 1-2( والجدول، المختلفة ذات التطبيقات الحديثةبأشكالهالتصنيع التراكيب النانوية . بعضها نانوي التركيبالمؤلفة من عناصر مركبةوالمواد شبه الموصلة

].2,101,103[ والنانويةالمركبة لعناصرلأشباه الموصالت بعض يبين ):1-2(جدولال

في المواد البلوریةالعیوب (6-2)

في البلورة المثالية الخالية من العيوب في كل االتجاهـات دون ظهـور تنتظم ذرات المادة أي خلل في تسلسلها، إال أنه ال توجد في الحقيقة بلورة خالية مـن العيـوب، لـذلك يعـد أي

المثالي عيباً أو خلـالً انحراف أو اختالل في بلورة ما عن شبيكتها الدورية المثالية أو تركيبها )Defect or Imperfection ( لتلـك البلـورة أو بمعنـى عـدم االسـتمرار أو االنقطـاع)Discontinuity ( في تشكيلة ذرات أو أيونات البلورة، ولذلك تدل كلمة عيب أو خلـل فـي

].104,105[ في التركيب البلوري) Irregularity(بلورة ما على كسر أو عدم انتظام

Element III-V II-VI Ternary Semiconductor Nanostructures

Si Ge Sn Pb

AlP GaN

AlAs GaP AlSb GaAs AlSb GaSb InAs InSb

ZnS ZnO CdO ZnSe CdS ZnTe CdSe HgS

CdTe HgSe HgTe

Al x

Ga 1

-x A

s

ZnO BaTiO3

SiO2 CdO CdS TiO2 SnO2 Cu2O MgO Fe2O3 Si3N4

48

ة تقريباً غير تامة أي أنها ذات عيوب وهذه العيوب تتكون في ي جميع البلورات الحقيقوتكون، غير أمرا صعباويعد تخليص البلورات كلياً من الشوائب والعيوب أثناء عملية النمو البلوري،

أن تقليص عيوبها أصبح ممكناً باستعمال طرائق فعالة في التنقية ونماء البلورات غير (ZnO) يبين مخطط للعيوب الذاتية لشبه الموصل (2-20)والشكل ،]105,106,107[

يكن األمر فإن عيوب البلورة في بعض الحاالت يكون مرغوباً فيه جداً ، ومهما[5]المشوب تكون تلك الذرات الغريبة مانحة، أو تكون دفق، بذرات غريبةكما هو الحال عند التطعيم

تُعدان ضروريتين بالنسبة لعمل بعض العناصر اإللكترونية وكلتا الحالتين متقبلة إللكترون .]80,108,109[ وغير ذلكات والترانزستوراتكالدايود

.[5,110] غير المشوب(ZnO) لشبه الموصل ا للعيوب الذاتيةمخطط بيني: (2-20) الشكل

.نيةذرات األوكسجين البي :Oi .فراغات ذرات الخارصين: vzn :إذ تمثل vo: األوكسجينفراغات ذرات. Zni : ذرات الخارصين البينية.

الخواص البصریة (7-2)

تُعد دراسة الخواص البصرية ألشباه الموصالت ذات أهمية كبيرة لكونها تزودنا بالكثير قيمة فجوة الطاقة من المعلومات عن نوعية االنتقاالت اإللكترونية التي تحدث في المادة وعن

بسمة مميزة وهي ته الموصالاشب اتشترك جميع إذ، ىالبصرية وقيم الثوابت البصرية األخر االمتصاص عندما تصبح طاقة اإلشعاع الممتص مساوية تقريباً الى فجوة فيالزيادة السريعة

ألساسية الطاقة التي تفصل حزمة التكافؤ عن حزمة التوصيل، والتي تدعى بحافة االمتصاص ا)Fundamental absorption edge ([105,108]سقوط شعاع من ضوء أحادي عند، ف

اللون عمودياً على مقطع من سطح شبه موصل فأن جزءاً من هذا الشعاع سينعكس وينفذ

49

حيث يبقى المجموع الجبري لهذه ب أيضا وهذا النافذ قد يواجه عملية امتصاص الجزء المتبقي، : اآلتيةوحسب العالقة،[109]ة الواحداألجزاء مساويا لقيم

R+T+A=1……....................( 10 -2) .االمتصاصية :A .النفاذية :T .االنعكاسية: R :إذ إن

معين، عند طول موجي تناسب طردياً مع شدة الضوء الساقط تإن نسبة امتصاص الضوءدة الضوء أسياً عند شمحالل في هذه الظاهرة الفيزيائية شائعة الحدوث وتؤدي إلى اضو

:[102,103]مروره خالل شبه الموصل، ويعبر عنها رياضياً على النحو اآلتي

Ix=Io e-d……………………(11-2) .هي دالة للطول الموجي وتعرف بمعامل االمتصاص) ( :إذ إن

في )d( سمك المادة تتناسب عكسياً مع) Ix/Io(إن النسبة بين الشدة النافذة إلى الشدة الساقطة ،[5] ومن المعروف أن نفاذية اغلب أكاسيد التوصيل الشفافة عالية نسبيا،أعالهالمعادلة

.(ZnO:Fe)العالية ألغشية نفاذية ال (2-21)ويبين الشكل

دالة للطول الموجي بوصفها النفاذية البصريةيوضح:(2-21)الشكل

.[65] (ZnO:Fe)ألغشية

الطاقة وفجوة افة االمتصاص األساسيةح (1-7-2)

الزيادة السريعة الحاصلة في االمتصاص عندما تكون طاقة اإلشعاع الممتص مساوية إن تقريباً للفجوة المحظورة تسمى بحافة االمتصاص األساسية وهي سمة مشتركة لجميع المواد

بالطاقة بين أعلى نقطة في شبه الموصلة، ففي المواد البلورية تمثل حافة االمتصاص أقل فرقفي أشباه الموصالت ) Sharp(حزمة التكافؤ وأوطأ نقطة في حزمة التوصيل، إذ تكون حادة

50

، وفي بعض ]111[أحادية التبلور في حين تكون أقل حدة في أشباه الموصالت متعددة التبلور من اناك نوعوة الطاقة، وبهذا سيكون هنالمواد قد ال تظهر حافة االمتصاص عند قيمة فج

االنتقاالت بين حزم الطاقة في أشباه الموصالت، وإن احتمالية حدوث أحد هذه االنتقاالت يعتمد على وجود حاالت كمية مشغولة إلكترونياً في قمة حزمة التكافؤ ووجود حاالت كمية

:، وعلى النحو اآلتي]80[فارغة مسموحة في قعر حزمة التوصيل

Direct Transitions ة المباشرة االنتقاالت اإللكتروني. 1في أشباه الموصالت ذات الفجوة المباشرة هناك نوعان من االنتقاالت اإللكترونية )Direct-Band Gap( فعندما ينتقل اإللكترون من قمة حزمة التكافؤ إلى قعر حزمة ،

سيصاحب هذا ) k=0( ضمن الشرط k-Space) (التوصيل عند النقطة نفسها في فضاء التكافؤ فقط حيث يكون كل من الزخم حزمةاالنتقال تفاعل بين الفوتون الساقط وإلكترون

:، وكما في الصيغة آالتية]105,107[والطاقة محفوظين

Ef –Ei =hv ..............................(12-2)

kf – ki =q ...............................(13 -2) :إذ إن

h :طاقة الفوتون الممتص. Ef , Ei :الطاقة االبتدائية والنهائية لإللكترون في كل من حزمة التكافؤ والتوصيل. kf, ki :متجه الموجة االبتدائي والنهائي لإللكترون في كل من حزمتي التكافؤ والتوصيل.

q :متجه الموجة للفوتون الممتص.

ة للفوتون الممتص صغيراً جداً مقارنة مع متجه اإللكترون فإنه يهمل ولكون متجه الموج :وبذلك تصبح العالقة أعاله على النحو اآلتي

k f= ki………………………(14-2)

،(Allowed Direct Transition)هذا النوع من االنتقال يسمى االنتقال المباشر المسموح قال اإللكترون من المناطق المجاورة وعندما يكون انت،)a2-23( في الشكل حوكما موض

عندها ) k(لمناطق االنتقال المباشر المسموح مع بقاء شرط عدم تغير قيمة متجه الموجة ، وفي هذا ) Forbidden Direct Transition(يسمى هذا االنتقال باالنتقال المباشر الممنوع

]:102,108,109[يةالنوع من أشباه الموصالت تعطى معادلة االمتصاص بالعالقة اآلت

h=A(h-Eg)r …………(15-2)

.معامل يعتمد على نوع االنتقال: r.فجوة الطاقة الممنوعة: Eg. ثابت: A : إذ إن

51

نوعية االنتقال في أشباه الموصالت ذات الفجوة المباشرة، هذه المعادلة يمكن تحديدومن يكون االنتقال انتقاالً مباشراً مسموحاً، وعندما تكون )2/1( مساوية إلى (r)فعندما تكون قيمة

امتالك شبه الموصل (2-22)يبين الشكل وكذلك ].105[يكون االنتقال مباشراً ممنوعاً) 2/3((ZnO) ىأخر حزم فرعية الى ثالث فيهوان حزمة التكافؤ تنفصل فجوة طاقة مباشرة.

.[83]فجوة المباشرةالذو (ZnO)ة لشبه الموصل مخطط حزم الطاقيوضح : (2-22) الشكل

Indirect Transitions االنتقاالت اإللكترونية غير المباشرة . 2

يحصل االنتقال غير المباشر لإللكترونات عند عدم تطابق طاقتي قمة حزمة التكافؤ وقعر ث يكون االنتقال بين نقطة في حزمة التكافؤ بحي) k(حزمة التوصيل في فضاء متجه الموجة

وأية نقطة في حزمة التوصيل وبصورة غير عمودية وبذلك ستكون قيمة متجه الموجة )0k.( ،إن هذا االنتقال يصاحبه تغير في زخم البلورة بسبب تغير زخم اإللكترون المنتقل

قبل الشبيكة أما عن طريق امتصاص فونون أو وهذا التغير في زخم البلورة يعوض من وكما هو ]105,108,112[ وهذا بدوره يعد ضرورياً لتحقيق قانون حفظ الزخم،انبعاث فونون

.(2b-23)واضح في المخطط ذي الشكل

.[105] المباشراالنتقال غير- b .االنتقال المباشر- aاالنتقاالت االلكترونية : (2-23) الشكل

52

فجوة الطاقة للتراكيب النانوية(2-7-2)

أمـرا المتعـددة يعـد بأشكالها تحديد نوع وحساب فجوة الطاقة بالنسبة للتراكيب النانوية إن أنمهما لكونه يزودنا بنوعية المادة وصغر التركيب النانوي، فقد بينـت الدراسـات الحديثـة

كثيرا في القيمة عما هـي ف تختل ال لتراكيب النانوية ضمن مقياس النانو ألغلب ا فجوة الطاقة لكـل (PL) يبين فجوة الطاقة المقاسة بتقنيـة (2-24) فالشكل [53]األعلىعليه في المقاييس

عنـد (3.14eV) والتي بلغت قيمتها تقريبـا (ZnO)لتراكيب من القضبان واألنابيب النانوية .[58] (395nm)الطول الموجي

.[58] النانوية التركيب(ZnO)طاقة لتراكيب جوة ال ف يوضح:(2-24) الشكل

أن حافة نطـاق بينت نتائج الدراسات الحديثة فقد اما بالنسبة للحبيبات النانوية الصغيرة جدا حجم وهـذه الحالـة يمكـن ال نتيجة لتناقص )األزرق(الطاقات العالية االمتصاص تنزاح نحو

وهذا االنزيـاح يعنـي (2-25)كما في الشكل و(CdS)من النوع حبيبات رؤيتها واضحة في للحالة االعتيادية هذه الفجوة ذات األبعاد النانوية وان قيمة الحبيبات زيادة فجوة الطاقة لجميع

وعلى ضوء هذه الزيادة فقد طورت نمـاذج متعـددة وأعلى للحبيبات األقل، )2.42eV(هي صندوقي، وبذلك فـان نموذجأعلى شكل اعتبار الجسيم ها تفسير هذه الحالة ومن ابسط جلأل

:[2]اآلتية مستويات الطاقة إللكترون مقيد في صندوق ثالثي األبعاد سيعطى بالعالقة

.... (16-2 ) :إذ إن

L = Lx=Ly=Lz طول الصندوق في األبعاد الثالثة. nz nx, ny, و أعداد كمية me االلكترون كتلة.

53

اجل نقطة كمية شبه موصلة وكروية يمكن اشتقاق تعبير الطاقة باستعمال هاملتون ومن :[2] يلي لنحصل على ما(Wannier)التهيج المقيد لـ

....……… (17-2 )

:إن إذ Eg : فجوة الطاقة لشبه الموصل في الحالة االعتياديةn:عدد كمي. me,mhرون والفجوة الكتلة الفعالة لإللكت. R :نصف قطر النقاط الكمية.

:ثابت العزل لشبه الموصل.

على ) n=1 ( فانهذا ومن اجل االنتقال االلكتروني من حزمة التكافؤ الى حزمة التوصيل : نحصل على اآلتيا واحدإلكترونااعتبار أن لدينا

……… (18-2 ) :اآلتيالث، وبذلك فان الزيادة في فجوة الطاقة ستكون على النحو وهنا تم حذف الحد الث

.. (19-2 )

.وفجوة الطاقة (R2/1) بين ماا ترابطأن هناكوكما هو مبين من هذه المعادلة

نحو الطاقات النانوية(CdS) لحبيبات ازاحة حافة االمتصاصيوضح :)-225 (الشكل

.b-30, c-37,d-<42 nm (a- [2] ,25 (جم الحبيبيالعالية بنقصان الح

54

الثوابت البصرية (3-7-2)

Absorption Coefficient معامل االمتصاص (1-3-7-2)

بأنه قياس لنسبة الخسارة في الضوء من الحزمة الساقطة ()يعرف معامل االمتصاص بعد إجراء ) 11-2( العالقة ستعمال، ويمكن إيجاده با]113[مباشرة خالل سمك معين

:التبسيطات الرياضية عليها وعلى النحو اآلتي 2)-(202.303log( ........................... )

X

o

IId

يمثل امتصاصية مادة الغشاء، لذلك يمكن حساب قيمة معامل ] [log (Io/Ix )وبما أن المقدار ]:52,114[يلي ما وك) d( سمك ياالمتصاص بداللة غشاء واحد ذ

= 2.303 A/d ………………… (21-2)

= -ln (T)/d ……………… … (22-2)

ساعد على معرفة طبيعة االنتقاالت االلكترونية فاذا كانت تإن معرفة قيمة معامل االمتصاص احتمالية حدوث انتقال الكتروني مباشرأن، فذلك يعني (α >104 cm-1)بمقدار عالية تهقيم

على احتمالية حدوث انتقال الكتروني (α<104 cm-1) القليلةهتيم في حين تدل ق،كبيرة جدا، وكذلك فان قيمة معامل االمتصاص تدل على قابلية مادة الغشاء [115,116]غير مباشر

معامل تأثير تغير الموالرية على(2-26) ويبين الشكل .المتصاص طاقة االشعاع الساقطة .(ZnO) ألغشيةمتصاص اال.

ألغشية للطول الموجيبوصفه دالةتغير معامل االمتصاص يوضح : )-226(الشكل(ZnO)[117] الموالرية مع تغير تركيز.

55

Extinction Coefficient (Ko) معامل الخمود (2-3-7-2)

أي الخمود الحاصل للموجة ، المادةلممتصة فييمثل معامل الخمود كمية الطاقة ا الكهرومغناطيسية داخلها بمعنى كمية ما تمتصه الكترونات المادة من طاقة الفوتونات

) (Complex Refractiveكما يمثل الجزء الخيالي من معامل االنكسار المعقد و ،الساقطة :]112,113[اآلتية بموجب العالقة

2)-.(23....................ikncN oo v :إذ إن

c :سرعـة الضـوء فـي الفـراغ. v :سرعـة الضـوء خـالل الغشاء. no :الجزء الحقيقي من معامل االنكسار.

، [61,118] بموجب العالقة اآلتيةأيضا () ويرتبط معامل الخمود بمعامل االمتصاص

:يليوالتي من خاللها تم حساب معامل الخمود لجميع األغشية المحضرة وكما

)24.........(..............................K o 24

(ZnO)أللياف تغير معامل الخمود بتغير السمك نتائج دراسة يبين (2-27)والشكل .[61] نانوية التركيب

.[61] النانوية(ZnO) لتراكيبتغير معامل الخمود بتغير السمكيوضح :)-227(الشكل

56

Refractive Index (no ) معامل االنكسار (3-3-7-2)

يعرف معامل االنكسار أنه النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعته داخل ويعتمد معامل االنكسار على عدة عوامل منها نوع المادة والتركيب البلوري لها ،]110[المادة

ويرتبط [119]اً لتغير الحجم الحبيبي حتى لو كان التركيب البلوري نفسه للمادة يتغير تبعإذ ]:61,118[ اآلتية لعالقةعلى وفق امعامل االنكسار مع انعكاسية الغشاء

2)-..(25 ...R .................... K1)(nK1)(n

2o

2o

2o

2o

:ومن هذه المعادلة يمكن حساب معامل االنكسار على وفق الصيغة اآلتية

2)-(26no ...........R1R11)(K

R1R1

1/22o

2

مع تغير السمك ألغشية بوصفه دالة لطاقة الفوتونتغير معامل االنكسار يبين(2-28)والشكل(ZnO) [52].

.[52] (ZnO) لطاقة الفوتون ألغشية بوصفه دالة معامل االنكسار يوضح:(2-28)الشكل

Dielectric Constant ثابت العزل الكهربائي (4-3-7-2) التفاعل بين الضوء وشحنات الوسط يحدث بسبب عملية امتصاص الطاقة في المادة، إن

أي حدوث فقدان في الطاقة لشحنات ذلك الوسط،) polarization(وبالتالي حصول استقطاب ية يمثل من الناح وهو )(الذي يوصف عادة بثابت العزل المعقد للوسط و لهذا التفاعلنتيجة

57

توصفه العالقةاكم والفيزيائية استجابة الكترونات المادة للمجال الكهرومغناطيسي الساقط .[53,117,118]ية اآلت

= 1 -i2 …………………(27-2) :إذ إن

1 :الجزء الحقيقي لثابت العزل الكهربائي. 2 :الجزء الخيالي لثابت العزل الكهربائي،

ئي مع معامل االنكسار المعقد ضمن العالقة كما ويرتبط ثابت العزل الكهربا :113,118][اآلتية

N = 1/2…………………....(28-2) :نحصل على) 23-2( العالقة عمالوباست

1- i2 =(no – iko)2………..(29-2)

:ومن هذه العالقة أمكن حساب الجزء الحقيقي والخيالي لثابت العزل الكهربائي وكما يأتي

1 = no2 – ko

2…………….…..(30-2)

2=2 no ko …………..….. (31-2)

تغير الجزء الحقيقي والخيالي لثابت العزل الكهربائي وبأسماك مختلفة (2-29)ويبين الشكل .[61] (ZnO)مصنعة من أغشية الولتراكيب نانوية

لتراكيب الجزء الحقيقي والخيالي لثابت العزل الكهربائيتغير يوضح:(2-29)الشكل (ZnO) [61] النانوية.

58

Infrared Radiation األشعة تحت الحمراء (4-7-2)عد الموجات تحت الحمراء موجـات كهرومغناطيـسية حراريـة تتولـد مـن األجـسام تُ

جسام تظهـر والجزيئات الساخنة وان طاقة الموجات تحت الحمراء عند امتصاصها من قبل األ شكل حرارة الن هذه الطاقة تهيج ذرات المادة حيث تعمل على زيادة الحركة االهتزازية على

تأتي األشعة تحت الحمراء بعد األشـعة المرئيـة وقبـل و ،ومن ثم إلى ارتفاع درجة الحرارة ـ م ي التي و (Microwave)منطقة الموجات الدقيقة ة كنها التأثير في مستويات الطاقة االهتزازي

:[12,121]ثالث مناطق رئيسةالى والدورانية للجزيئات معا وتنقسم cm-1 4000 -12000) . ( وتتراوح بين ( Near-IR)األشعة تحت الحمراء القريبة -1

( cm-1 200 - 4000). وتتراوح بين( Mid-IR) تحت الحمراء الوسطىاألشعة -2 ( cm-1 10- 200). وتتراوح بين( Far-IR)ة عيدـ تحت الحمراء الباألشعة – 3

االهتزازية لدراسة تغيرات الطاقة الدورانية والطاقة جيدة وسيلة تُعدتقنية هذه الإن االمتصاص واالنبعاث الناتج عن الحركات نأ ، فمن المعروفالدورانية–والطاقة االهتزازية

في منطقة األشعة تحت الحمراء للجزيئات الصغيرة كون يواالهتزازية للجزيئات الدورانية يمكنها أن تبعث أو تمتص الضوء ذا التردد الذي يقل عنحيثالتي تمتلك عزما كهربائيا

) (250 cm-1 الجزيئات التي تمتص كما واحدا من الطاقة نأ بسبب حركتها الدورانية إال عمال تحليالتاستإن . [120] ( cm-1 200 – 3500)االهتزازية تظهر حزما في المنطقة

لم يقتصر على Fourier Transform Infrared (FTIR) لألشعة تحت الحمراءوريهف الجزيئات العضوية بل اشتملت على دراسة حزم امتصاص اشباه الموصالت أطيافدراسة

. [46,64]خاصة فيما يتعلق بالتراكيب النانويةبوتوصف اهتزاز الجزيئات بداللة العدد الموجي تعطى التي اسية األستالمعادالإن إحدى

:[120] اآلتيةبالعالقة

(32-2) ................. M

Kc2

1 ύ =

.العدد الموجي: ύ. تابت قوة اآلصرة: K .الكتلة المختزلة: M :إذ إن ولتأثير درجة حرارة القاعدة (ZnO) من غشاء لكل(FTIR)طيف (2-30)يبين الشكل و طيف حزم فيظهر(2-31)، اما الشكل[122] منه لى نمو الحبيبات النانوية المصنعةع

.[123] النانوية المرسبة على السليكون(ZnO)امتصاص قضبان

59

.[122] النانوية(ZnO) القاعدة على حبيبات الحرارة لتأثير(FTIR)طيف : (2-30) الشكل

.[123] النانوية المرسبة على السليكون(ZnO) لقضبان (FTIR) طيف :(2-31)شكل ال

الخواص الكھربائیة ألشباه الموصالت (8-2)

الخواص الكهربائية في أشباه الموصالت متعددة التبلور على العديد من العوامل، مثل تعتمد فة الذرات الشائبة في المادة، وان دراسة هذه وكثا المجال المغناطيسيوالضوء والحرارة

.زهاي ونوعية حامالت الشحنة وتركيالخواص تعد مهمة لمعرفة ميكانيكية التوصيل الكهربائ D.C Conductivityالتوصیلیة المستمرة ) 2-8-1(

ة تماما ون حزمة التكافؤ فيها مملوءت عند درجة الصفر المطلق بكتتصرف اشباه الموصال فان الى قيمة معينةبينما تكون حزمة التوصيل فارغة، ولكن عند رفع درجة الحرارة

موجودة في قمة حزمة التكافؤ سوف تثار حراريا وتنتقل الى حزمة التوصيل لااللكترونات اصيل جزئيا بااللكترونات يتسبب في سريان تيار إن امتالء حزمة التوو .ها فجوةءمخلفة ورا

60

كهربائي عند تسليط مجال كهربائي، كذلك فان الفجوات المتكونة في حزمة التكافؤ تساهم في التوصيلية الكهربائية، إذ إن انتقال االلكترونات اليها سيكون ممكنا عند تسليط المجال وبهذا

هذه العملية نوعان من حامالت الشحنة يسمى بسرعة االنسياق، أي سيتكون في تكتسب ماهما االلكترونات والفجوات، وبذلك سيكون التيار الكلي الناتج مساويا الى مجموع كثافة تياري

:[101,102] وكما يليااللكترونات والفجوات

J = Jn + Jp = (neq μe + npq μp) E ....(33-2)

. تروناتكثافة التيار للفجوات وااللك , Jp Jn :إذ تمثل ne , np : اتــونرـوات وااللكتـ الفجكثافة. q : رونـلكتاالشحنة.

E :شدة المجال الكهربائي. μp μn , :تحركية كل من الفجوات وااللكترونات.

:من هذه المعادلة يمكن أن نجد التوصيلية الكهربائية الكلية لشبه موصل وكما يليو

………………(34-2) = ne q μe + np q μp σ :فان افي حال كون شبه الموصل نقيو

ni = ne = np :] [100,102وبذلك نحصل على ما يلي

…………………(35-2) σ = qni ( μe + μp ) بوجود الحدود الفاصلة بين بلور الموصالت متعددة التألشباه الصفات العامة تتأثروكذلك

الحبيبات البلورية لما لهذه الحبيبات من تأثير على انتقال حامالت الشحنة، فهي تُشكل عيوباً على جانبي حدود الحبيبات يعمل على إعاقة سريان بلورية تؤدي إلى تكوين حاجز جهد

ة تقع ضمن فجوة حامالت الشحنة، كما تُسبب هذه العيوب استحداث مستويات طاقة مسموحومن ،]Recombination Centers](116( إلعادة االتحاد مراكزك تعمل الممنوعة الطاقة

إلى ] Mankarious, 1964](124(خالل اعتماد فكرة الحبيبات والحدود الحبيبية توصل :حساب التوصيلية الكهربائية وكما توضحه المعادلة اآلتية

2)-(36Tk

E

B

ao ........................... exp

:إذ تمثلo :ثابت .Ea : طاقة التنشيط)Activation Energy.(

61

المشوبةتأثیر درجة الحرارة على توصیلیة أشباه الموصالت )2-8-2(

تكون التوصيلية الكهربائية ناتجة من وجود كال النوعين من المشوبة في أشباه الموصالت ك يمكن كتابة معادلة التوصيلية الكلية ، وبذل)اإللكترونات والفجوات(حامالت الشحنة

:]101,102[يأتي كما 2)....(37..........).........μnμ(nqσ ppne

اعتماد التوصيلية على عاملين أساسيين هما كثافـة حـامالت الـشحنة تظهر المعادلة وهذه وتحركيتها وهذان العامالن يعتمدان في تغيرهما على درجة الحرارة ونسبة التطعيم، فالـشكل

)32-2a ( تغير كثافة اإللكترونات مع زيادة درجة الحرارة لعينة سليكونية مطعمة بمقدار يبين)ND=1015/cm3.( إذ إن زيادة درجة الحرارة فوق الصفر المطلق تؤدي إلى تـأين بعـض

تبقى التوصـيلية ذرات الشوائب إلى أن تصل إلى حالة التأين التام ومع ارتفاع درجة الحرارة يـتم فيـه )Exhaustion( ى من درجات الحرارة يعرف بمـدى االسـتنزاف ثابتة خالل مد

استنزاف إلكترونات التوصيل الموجودة في المستويات المانحة، وأخيـراً مرحلـة التوصـيل حزمة التكافؤ في التوصيلية وذلك بانتقالهـا إلـى الذاتي وفيه تساهم اإللكترونات الموجودة في

رة، ويظهر شبه الموصل المطعم هنا وكأنه نقي، وتمتـاز حزمة التوصيل عبر الفجوة المحظو [91] نتائج الدراسـة (2b-32)ويبين الشكل .]78,100,106[هذه المنطقة بزيادة في التوصيلية

.(ZnO:Al) زيادة التوصيلية بزيادة درجة الحرارة لـ أظهرتالتي

.[101]لسليكون المطعمل اإللكترونات لتركـيز دالة بوصفهارجة الحرارةدa- :(2-32)الشكلb - تغير توصيلية أغشية (ZnO) [91] بتغير درجة الحرارة والتشويب.

b a

62

]:101[آلتيةا بالعالقة ىالنسبة لتحركية الحامالت فهي تعطأما ب

)238........(..............................* nm

e

بعالقـة )(إذ نالحظ من هذه المعادلة أن التحركية ترتبط بمتوسط زمن المـسار الحـر طردية وترتبط بعالقة عكسية مع الكتلة الفعالة لإللكترون أو الفجوة، ولكون معـدل المـسار الحر له عالقة كبيرة بدرجة الحرارة، فقد وجد أنه بزيادة درجة الحرارة في أشباه الموصـالت

ة فـأن أما في أشباه الموصالت المطعم،) T -3/2( على وفق العالقةالذاتية تقل التحركية تلعب دوراً كبيراً في زيادة أو نقصان التحركية فزيادة الشوائب تؤدي إلـى نقـصان الشوائب

، ]103,104[ عند ثبـوت درجـة الحـرارة ) T -3/2 (لعالقةا وفق على التحركية أيضاًيبين نقصان قيمة التحركية للسليكون بزيادة نسب التطعيم عند درجة حرارة )2a-33( والشكل

دالـة بوصفها (ZnO)تغير تحركية و [126] دراسة الباحثين يبين (2b-33)، والشكل فةالغر .باأللمنيوملتغير نسب التشويب

.[126] درجة الحرارةلتركيز الشوائب عند ثبوتدالة كالتحركية - a:(2-33) الشكلb - تغير تحركية(ZnO) [125] يوم لتغير نسب التشويب باأللمنبوصفها دالة.

a b

[Al3+ ]

63

Hall Effect تأثیر ھول(9-2)

يمكن تعريف تأثير هول بأنه اختالف توزيع التيار في شريحة موصلة أو شبه موصلة بفعل مودي على تيار باتجاه ع) Bz ( وليكن، فعند تسليط مجال مغناطيسي]104[المجال المغناطيسي

) 36-2(الشكل والموضح بمخطط موصل المار باالتجاه السيني خالل شبه ) Ix(كهربائي نحو الجانب األيسر وبذلك يكون هذا الجانب تنحرف فأن اإللكترونات التي تحمل التيار

سالباً بالنسبة للجانب األيمن فيظهر فرق جهد بينهما يعرف بفرق جهد هول Hall Voltage(VH) موصل من النوع السالب في حين ال، إن هذا يحصل بالنسبة لشبه

السبب في حصول هذا االنحراف إلى نشوء يمكن تفسيريحصل العكس في النوع الموجب، و قوة عمودية على كل من اتجاه التيار والمجال المغناطيسي تدعى بقوة لورنز

)FL( Lorentz Forceقاعدة اليد اليمنى، وباستمرار عمال والتي يمكن تحديد اتجاهها باست إلى حالة التوازن التي يتم الوصول تراكم الشحنات السالبة أو الموجبة على أحد الجانبين

عندها يتالشى التيار نهائياً بسبب وجود قوة معاكسة لقوة لورنز ناتجة من نشوء مجال والذي]EH( Hall Electric Field ]79,108( بمجال هول كهربائي بين الجانبين يدعى

ويعود الفضل في اكتشاف هذه . )34-2(الشكل ضمن ) Y(يكون اتجاهه باتجاه المحور تطبيقات كثيرة وأهمها بالنسبة ألشباه تمتاز بو) 1879(عام ) Hall(ل االظاهرة إلى العالم ه

ن أو موجباً وإيجاد قيم الخواص الكهربائية الموصالت هو تعيين نوعية شبه الموصل سالباً كا ].126[ تركيز الحامالت والتوصيليةوكالتحركية

:وكما يلي [103,115] بعض العالقات الفيزيائيةعمالباستتم الحصول عليها اآلتية المعادلة

2)-(39 ............................ 1zxH BJ

neE

ب مع كثافة التيار وشدة موصل من النوع السالب يتناس التبين أن مجال هول في شبه والتي والـذي RH (Hall Coefficient(المجال المغناطيسي، ويدعى ثابت التناسب بمعامل هـول

:103,115][ يمكن كتابته عند أخذ أبعاد الشريحة بالحسبان كما يلي

2)-(40 ........................ .

.)1(

zx

HH BI

tVne

R

:إذ تمثلt :سمك شريحة شبه الموصل.Bz :المسلطالمجال المغناطيسي .

هذه العالقة برغم بساطتها إال أنها عظيمة األهمية عند دراسة التوصيل الكهربائي في المواد وإشارته يمكن تعيين كثافة ونوع الشحنة المساهمة ) RH(، إذ بمعرفة كل من قيمة ]64[الصلبة

64

وموجبـة للنـوع ) n-type(في التوصيل، فهي سالبة فـي أشـباه الموصـالت ذات النـوع )p-type( ،لذلك إذا اقترنتْ هذه القياسات بقياسات التوصيلية الكهربائية باالضافة ) ( أمكـن

]:4,105[تعيين قيمة تحركية الشحنة الغالبة من العالقة اآلتية

-2)... (..............................RHH 41

].127[هرة هول في أشباه الموصالتلظا ا مخططيوضح : (2-34) الشكل

(Van Der Pauw)ية تقن(1-9-2)

لهذه على المبدأ العام باستعمال برامجيات خاصة المطورة(Van Der Pauw)تعتمد تقنية الظاهرة ولكن بقياس أكثر دقة من الطريقة التقليدية، ففيها يتم ربط الدائرة اعتمادا على آلية

من ثرألكولكن ،األنموذج على أطرافو (Four Point Probe)ربط المجسات األربعة .(2-35)وكما في الشكل [27,128] وبالتالي اخذ أكثر من قيمة للتيار والفولتيةمكان

.[129] في القياس (Van Der Pauw) لطريقة ا مخططيوضح: (2-35) الشكل

65

:[128]اآلتية تحقق العالقة الرياضية أن شرط صحة النتائج المقاسة بهذه الطريقة يجب إن

(42-2) .........

:إذ إن

: تحسب باستعمال العالقة(Resistivity)وبصورة عامة فان قيمة المقاومية (43-2) .. .......

: اآلتية تكون المعادلة أعاله بالصيغة للقياسأنموذجينوعند اخذ

(44-2) .......

:[129] وكما يلي(f)وهذه بدورها تخضع لعملية التصحيح للعامل

(45-2) .....

على واحد يتموألنموذج (2-35)وبالتالي فان اجراء جميع القياسات الموضحة في الشكل : اآلتيةوفق الحسابات الرياضية

(46-2) .....

ن هاتين العالقتين أعاله يمكن الحصول على القيمة النهائية وبدقة عالية للمقاومية وم :الحجمية وكما يلي

(47-2) .....

األنموذج وعند األخذ باالعتبار قيم التيار المار في عموم ىوكذلك باستعمال عالقات أخر [101,128,129]لحصول على تحركية الحامالت ومن ثم ا(RH)يتم حساب قيم معامل هول

:أنعتبار على ا(48-2) .....

الفصل الثالث

اجلزء العملي

66

مقدمـة ) 3-1(الجوي عند الضغط البخاري الكيميائيمنظومة الترسيب ل ا عامايتضمن هذا الفصل وصف

التي تم المهمةاألجزاء أهممع في جامعة الموصل والمصنعة محليا)APCVD(االعتيادي المواد عملية تحضير أيضايتضمن و في دراستنا الحالية، أدائهالغرض تحسين تصميمها

عامفضالً عن وصف ،مادة صلبةأم بشكل محلول كانتأ سواءاألغشيةسية لجميع االسا .جميع القياساتة في عملألجهزة المستل

Deposition System منظومة الترسيب ) 2-3(يتم االستفادة ل رتبتخمس وحدات رئيسة من البخاري الكيميائيتتألف منظومة الترسيب

يبين مخطط المنظومة مع أجزائها، وهي ) 3-1(منها في تحضير األغشية المطلوبة، والشكـل :على النحو اآلتي

Unit Carrier Gas وحدة الغازات الحاملة -1 والمتفاعل معها لمواد المترسبة لبخار ا (Carrier Gas) الحصول على الغاز الحاملألجل

(Uma Air Compressor, Bm 0.11/7) نوع ذات كفاءة عالية ضاغطة هواءعملتستُأ متصل بمقياس أولي داخل المنظومة عبر صمام إلىتعمل على ضغط الهواء المستعمل والتي

خلة إلى الغرض األساسي منه التحكم بكمية الغاز الداFlow Meter) (التحكم بتدفق الغاز . (L/min 1) معدل التدفق المناسبة لقيمةال، وفي هذه الدراسة كانت حجرة الترسيب

Evaporation Unit وحدة التبخير -2محكمة على شكل اسطوانة (pyrix) زجاجية من بودقة الخارجيةتتألف وحدة التبخير

تم تصنيعها في وحدة (3.5cm) داخليال هاوقطر (11cm) ارتفاعها (Quick fit)اء الغطتوضع بداخلها المواد الكيميائية سواء بحالتها الصلبة إذ ة الموصل،ـجامع- ينفخ الزجاجال

لدخول الغاز األولى فتحتين علىؤهاغطايحتوي و ،محلوال مائياكبحالتها الجديدة أم المعتادة والتي تكون على نوعين؛ منها الغازات المتبخرة لتخرجإلى أسفل البودقة نية تمتدوالثا الحامل بخار الماء الناتج في بداية األحيان غير مرغوب فيه والذي يكون في اغلب األولالنوع

يطرح عبر صمام مزدوج االستعمالإذ الحالة السائلةأم تسخين المادة سواء في حالتها الصلبة (Reversible Valve) الى وحدة معالجة الغازات ومنها إلى الخارج، والنوع الثاني مرغوب

فيه يتم إدخاله عبر نفس الصمام ولكن بتغيير اتجاهه نحو حجرة الترسيب ويشمل أبخرة مواد فان االتجاه اآلخر ، وبذلك فان هذا الصمام عندما يتم فتحه باتجاه معين األساسيةالترسيب

67

متغير الحرارة حلزوني الشكل(Heater)ن البودقة باستعمال مسخنيتم تسخيو .ايكون مغلق بحيث تصل درجة حرارته إلى درجة غليان المادة مسيطر عليه باستعمال مجزئ جهد

مزدوج حراري نوعستعملأُُ المطلوبةرارة الحدرجة إلىللوصول و ، بقليلأعلى أو)Copper Constantan(.

الترسيب البخاري الكيميائي عند الضغطة مخطط توضيحي لمنظوم:)3-1(شكل ال .(APCVD) الجوي االعتيادي

Unit Deposition الترسيبوحدة -3تسمى ماأو حجرة الترسيب ةبخاص وتُعد وحدة الترسيب الجزء الفعال في المنظومة

جميعنها المكان األساسي لنمولكو(Hot Wall) ذات الجدار الساخن (Reactor)بالمفاعل الداخليا الطرفين قطرهة من الكوارتز مفتوحة مصنوعةأنبوب تتكون منإذ، األغشية

)5.5cm (اوطوله) 60cm(، تتخلل السداد سداد مطاطي حيث اوِضع في كل من نهايتيه والسداد الثاني تتخلله الواصلة من وحدة التبخيراألبخرة زجاجية رفيعة لدخول أنبوبة األول

والتي بدورها تُمرر بدورق زجاجي أنبوبتان أحداهما لخروج الغازات المتبقية بعد الترسيبوالتي رسيباألخرى تمتد إلى مسافة داخل حجرة التواألنبوبة ،خارجاطرح ثم تُمملوء بالماء

متصل وال K-type-Chromel Alumel)( نوع الحـراري منالمزدوج اليستقر بداخلها

68

مغلقة وذلك للحفاظ الترسيبوتكون نهايتها داخل حجرة ) SG-642(بمسيطر حراري نوع على درجات الحرارة المطلوبة للترسيب يتم الحصول ، وألجلعلى رأس المزدوج من التلف

الكوارتز بشكل ةأنبوب حول ملفوفالمار عبر سلك حراري مقاوم ئي رباالتحكم بالتيار الكه عمالحجرة الترسيب بأكملها معزولة حراريا باستإن . أعاله خالل المسيطر منتظمحلزوني

غطاء من الثرمستون صمم لهذا الغرض ليقلل من انتقال الحرارة إلى المحيط الخارجي بعضإجراء على أيضاتملت الدراسة الحاليةاش و،وبالتالي ثبات درجة حرارة الترسيب

معتاد في اعتمادا على ما هو )المفاعل ( داخل حجرة الترسيبكإضافات وتصنيعهاالتصاميم : والمتمثلة باآلتي[15,18,26]البحوث العالمية

على من سبيكة معدنية ذات درجة انصهار عالية و) Susceptor(تصنيع حامل حديدي -أ معينة باالمكان تغيرها حسب يرتفع بزاوية (cm 25) لزاوية ذي طولشكل مثلث قائم ا

نماذج ةثمانيوضعت إذ ،(o10)األفضل في دراستنا هي الزاوية نوعية الدراسة وكانت جميعا أدخلتومن ثم الحامل في كل مرة الجزء األملس من الواحدة بجانب األخرى على

الغاية األساسية من هذا الحامل هي إن.)3a-2(كما في الشكل المفاعل داخل إلى وصول أبخرة المواد بشكل أكثر خاللمن الحصول على نتائج ذات مواصفات جيدة

.وكذلك التوزيع الحراري المنتظمانتظاما إلى جميع النماذج

)Horizontal( ولكن بشكل أفقياألول،تصنيع حامل حديدي بنفس مواصفات الشكل -ب جميعا أدخلتثمانية الواحدة بجانب األخرى على الحامل ومن ثم النماذج الوضعتحيث

نتائج ذات بالحصول على الغاية األساسية من هذا الشكل تتمثل و،إلى داخل المفاعل وبالتالي مدى الحصول على األبخرةدراسة آلية توزيع من خالل مواصفات جيدة

كما و حراريا لجميع النماذج باإلضافة إلى إن الحامل يوفر انتظاما المطلوبة األسماك ).b 3-2(مبين في الشكل

خمس قطع مع وجود أفقي وبشكل أعالهتصنيع حامل حديدي بنفس المواصفات المعدنية -ج تبعد الواحدة (o45) مثبتة بشكل مائل وبزاوية مقدارها (3x2.5 cm2) مساحتها معدنية

كما و هذه القطع إحدىعلى نموذج أحيث وضع كل ،(cm 2.5)عن األخرى بمسافة الشكل الهندسي تأثير لهذا الحامل هي دراسة األساسيةالغاية و،)3c-2(مبين في الشكل

الى آللية دخول األبخرةمقترحا مخططا (3-3)ويبين الشكل ، المرسبةاألغشيةعلى نمو .داخل مفاعل المنظومة

69

. في الدراسة الحاليةحوامل النماذج المصنعة ألشكال ا توضيحيامخططيوضح :(3-2)شكل ال

. آللية دخول األبخرة المقترحةا توضيحيا مخطط يوضح :(3-3)شكل ال

a

b

c

70

Gas Treatment Unit وحدة معالجة الغازات -4

بالمرغوغير أم لية الترسيبتمت عملية التخلص من جميع الغازات سواء الناتجة بعد عم عبر دورق زجاجي مملوء بالماء له فتحتان األولى يتخللها مِررت إذفيها عبر هذه الوحدة

إلىالمعالجة أنبوب مغمور بالماء والثانية جانبية يتصل بها أنبوب مطاطي لطرح الغازات أجزاءحتوي داخل الحجرة التي تأتربة غازات او ة من أيأيضا التخلص وألجلالجو،

ةمنظوميوضح (3-4) شكلوال ،لذلك) Hood( استعمال مفرغة هواءتم األساسيةالمنظومة .بهيأتها االعتياديةالجوي االعتيادي الترسيب البخاري الكيميائي عند الضغط

الترسيب البخاري الكيميائي عند الضغطةمنظوم يوضح :(3-4)شكلال .(APCVD)ي الجوي االعتياد

71

الرقيقةتحضير األغشية (3-3) (APCVD)ضمن تقنية ذات مواصفات جيدة رقيقة أغشيةتتضمن عملية الحصول على

:كاآلتيوهي بعضها البعض مترابطة مع عدة مراحل

القواعدهيأة ت(1-3-3)

(pyrix) قواعد زجاجية مصنوعة من زجاج البوروسليكاتعمالتم في هذا البحث است مواد عالقة فيها وذلك ة، إذ نُظفت هذه القواعد بشكل جيد للتخلص من أيوزجاج الكوارتز

عشر دقائقلمدة Tri-Chloro Ethylene (TCE) اثيلين محلول تراي كلوروببغسلها أوالً وجميع ، ر غسالً جيداًبالماء المقط وأخيرا غسلها المدةوالميثانول لنفس االسيتونيثم محلول

تعمالبعدها جِففَت باس) Ultrasonic Cleaner(تم ضمن جهاز األمواج فوق الصوتية ذلك ووجدنا من المناسب أال تتجاوز مساحة الشريحة الزجاجية ، والهواء الحارورق ترشيح

األحادي Silicon) (Wafers تم استعمال رقائق السليكون وكذلك،)2x2.5 cm2(الواحدة المعتادة من األنواع يبين (3-5)، والشكل(111) ذي االتجاهية (p-type)البلورة من النوع

رقائق السليكون والتي على ضوئها تم اختيار النوع المطلوب ومن ثم تقطيعه إلى قطع ُأجريت عملية تنظيف وجهي بعدها باستعمال مقص ماسي و(1x 2 cm2)صغيرة بأبعاد

اإلزالة التامة ألي أوكسيد على سطح ولضمان عملية خطوات التنظيف أعاله،سبنفالسليكون (10:1) المخفف بالماء وبنسبة (HF)السليكون تم وضع العينات في حامض الهيدروفلوريك

وقبل وضع هذه ، وتجفيفها بالهواء الحار المقطرغسلها بالماءمن ثم نصف دقيقة ولمدة ميزان عمال باستة بعنايتم وزنهافي مكانها المخصص داخل حجرة الترسيب جميعاالقواعد

وأخيرا، )4g-10(ذي حساسية ) Sartorius BL 210S(إلكتروني حساس من نوع وعلى الحامل الحديدي (APCVD)وضعها في المكان المخصص لها ضمن منظومة

نوعية الدراسة حددته الكوارتزأنبوبةطرف هذا الحامل والمسافة التي يبعد بها عنالمقترح،هذه المرحلة وإحكام غلق جانبي حجرة الترسيب تم البدء بتسخين اكتمالعدوب ،المطلوبة

درجة الحرارة إلىوحدة الترسيب عن طريق الدائرة الكهربائية الخاصة بالمسخن وصوال .المطلوبة في الدراسة

72

بعد مرحلة تصنيعهن الرئيسة للسليكواألشكاليوضح : (3-5)شكلال .[101] عالمياولين بشكليه المتدا

المشوبة وغیر المشوبة(ZnO) أغشيةتحضير (2-3-3) في دراستنا الحاليةالمشوبة وغير المشوبة (ZnO) أغشيةعملية تحضير تضمنت

عملية ال في المستعملةالمادة وشكل منهما يعتمد على نوع كل التحضيرأنواععلى شكلين من :يـا كاآلتـوهم

ةـواد الصلبـمطريقة ال -1

اعتمادا على مادة غير المشوبة الخارصينأوكسيد أغشيةتحضير لهذه الطريقة استُِعملت كيميائية ، وهي مادة (ZnCl2) خارصينكلوريد ال مادة استعمالأوالم ـ إذ تاألساسية،التبخير

ها مقدارذات نقاوة و ،(g/mol 136.28)وزنها الجزيئي مسحوق أبيض اللون على هيأة وصوال إلى درجة وعند البدء بتسخينها ،المنظومة في وحدة تبخيروذلك بوضعها (99.92%)

إلى مادة بيضاء متحجرة تبخر جزء قليل منها ثم تحولت( oC 238) بلغتانصهارها والتي أستُبِدلت هذه المادة بخالتقد و . هذا النوع من الدراساتغير فعالة في انها وبذلك فقد تبين

من شركة والمجهزة (%99.96) ذات النقاوة[2.2H2O(ZnCH3COO)]ين المائية الخارص(B.D.H. Laboratory chemicals group, Poole England) ، ذات لون وهي مادة

ودرجة انصهارها تبلغ (g/mol 219.50) تذوب في الماء وزنها الجزيئي ابيض ناصع(237oC) [38,130]بوزنوخير في بودقة التبأوال وِضعتإذ (2.195 g) في كل عملية

73

المدة وخالل هذه وصوال إلى درجة حرارة االنصهار تدريجيااتسخينهب البدءومن ثمترسيب لطرد بخار الماء وغيره تح الصمام المزدوج إلى وحدة معالجة الغازاتفُ) قبل االنصهار(

ثابت بمعدل تدفق) ألوكسجينا( منذ البداية إمرار الغاز الحامل هايرافقهذه العملية و خارجا،(1 L/min) غاز حامل لنقل البخار إلى حجرة الترسيب ومتفاعال في عملية األكسدة داخلهاك

األبخرةللسيطرة على عملية دخول ناه مناسبا د وجإننا منها؛ أسبابوقد ُأختير هذا المعدل لعدة الداخلية للحجرة وبالتالي الى عملية تكثف على الجوانب تؤدي عدم برودتها الن برودتها سو

والذي بداية االنصهارإلىعند الوصول و. سقوط بعض القطرات الصغيرة على الغشاء وتلفه جهة حجرة الترسيببسرعة إلىتح الصمام المزدوج فُييمكن مالحظته بالعين المجردة

الغازي درجة الحرارة نصل إلى الدرجة التي تتحول فيها المادة إلى الطور رفع باستمرار و الزمنية التي تستمر فيها المدة إن.(oC 380-340) بحدود كانتتماما وهذه الدرجة

حجرة الترسيب تسمى زمن الترسيب وفي دراستنا الحالية كانتإلىدخول األبخرة (25 min) اره من غيةمء مالأكثروجدناها أن، وظروف الترسيب هذه تم اختيارها بعد

، وبعد انتهاء زمن الترسيب أغُلق الصمام المزدوج باتجاه للحصول على أغشية متجانسة وألجل ضمان نمو وأكسدة أفضل للمواد ،حجرة الترسيب وفُِتح باتجاه وحدة معالجة الغازات

وبذلك او أكثر قليال،(15min) لمدةالمترسبة تم اإلبقاء على درجة الحرارة عما هي عليه من حجرة إخراجهاوبالنسبة الى النماذج يتم ، بصورتها النهائيةة الترسيب قد تمت تكون عملي

والمعادلة اآلتية بينت ، تُترك الى اليوم الثانياألحيان تبرد تماما وفي اغلب أنالترسيب بعد : اعتمادا على طريقة المواد الصلبة(ZnO) مركب أغشيةكيفية تكون

….(1-3)

لمحاليل المائيةاطريقة -2

ضمن دراستنا الحاليةهذا النوع من المنظوماتمثل مرة في ألول هذه الطريقةاستُِعملت

جل فأل ،نسبالولجميع (ZnO:Fe) بالحديد غير المشوبة والمشوبة (ZnO)أغشية لتحضير خالت ادة ـماستعمال تم غير المشوبة األغشية ألساسية في تحضيراالمادة الحصول على

مسبقاً ذات المواصفات الكيميائية المذكورة [2.2H2O(ZnCH3COO)] المائية لخارصينا وبالتالي الحصول (20ml)بمقدار اليهاثم إضافة الماء المقطر صلبة الشكلبوصفها مادة

. لذلك يبين النسب الوزنية المستعملة(3-1)والجدول ،(M 0.5) تركيز يذعلى محلول مائي

74

في كون أن أكثر األمالح تذوب أوالتكمنمذيبا اسية من استعمال الماء ية األسغا الإن وبالتالي يكون قادرا (84)ـ وان الماء يمتلك ثابت عزل كهربائي عال يقدر ببسهولة في الماء

أن المحلول المائي يغلي بدرجة حرارة وثانيا على عزل االيونات الموجودة في المحلول،(100 oC)بعد ، وحالة التشويبفي وال سيماا مهمأمراذا وجدناه وهيل أو أعلى بفارق قل

أو أية رواسب وجود دم ع منللتأكدزمنية مناسبة لمدة ك ِر تُإعداد المحلول بصورة جيدةيصل المحلول وعندما ، )APCVD( منظومة ضمنالتبخير بودقة عوالق ومن ثم وِضع في

ث يطرح خارجاً عبر الصمام المزدوج، وقبل إلى مرحلة الغليان يبدأ بخار الماء بالتصاعد حي . قليل نفتح الصمام المزدوج بسرعة إلى جهة حجرة الترسيبئبش أن ينتهي بخار الماء

البحوثأكثرهي طريقة متداولة في ) Liquid( سائالبوصفها إن وجود مادة التبخير لحصول علىا وألجل ،[6,7,26] المواد النانوية التركيبصنيع فيما يتعلق بتبخاصةو العالمية

المجهزة [Fe(NO3)3·9H2O] مادة نترات الحديد المائيةاستعمال تم المشوبةاألغشية جميعزن وال ذات (B.D.H. Laboratory chemicals group, Poole England) من شركة

سريعة لون برتقالي فاتح ذات ،وهي مادة صلبة 404.02g/mol ([38,130](ئي يالجز نسب وزنيةوحسب المائيةخالت الخارصين مادة إلى إضافتها تم إذبالماء،الذوبان ،بعد إذابتهما في الماء المقطر) M 0.5(مقدارها موالرية ، ليشكل االثنان لطرفينمعلومة ل

وِضع المحلول في بودقة التبخير لتبدأ عملية التسخين وأخيراذلك، يبين ) 3-1(والجدول التبخر رافقيو باتجاه وحدة معالجة الغازات، بعدها يبدأ تبخر الماء(oC 100)وصوال الى

وهذا هو األمر ،( oC 400)زيادة درجة حرارة المسخن الحلزوني وصوال الى ما يقارب المهم في عملية إضافة الماء إذ إننا وصلنا بالمادتين الى درجة حرارة واحدة في لحظة انتهاء

وهكذا تستمر عملية الترسيب الى المزدوج نحو حجرة الترسيب،الصمامتبخر الماء وفتح (25min) عند زمن الترسيب الصلبة في طريقة المادة هي النماذج كماوإخراجحين اكتمال وألجل التأكد من تأثير إضافة النترات الى المحلول غير المشوب تم ،(1L/min)ومعدل تدفق

معرفة قيمة الحامضية والقاعدية نوعفحص المحاليل باستعمال الجهاز الخاص ب(WTW 82362 Weilheim) أظهرتالموجود في جامعة الموصل، وقد و األلماني المنشأ

كد انه ؤ عن قيمته الوسطية بزيادة التشويب مما ي(PH) في قيمة اانخفاض هناك أنالنتائج مركب أغشية تكونت كيفيةبيناآلتية ، والمعادلة بزيادة النترات قد ازدادت الحامضية

(ZnO)بطريقة المحلول :

...(2-3)

75

. النسب الوزنية المستعملة في عملية التحضير بطريقة المحلول يوضح:(3-1)جدول ال

األغشية قياس سمك (3-3-3)

لهذا تنوعت طرق قياس السمك ومن و ،ك احد أهم معلمات الغشاء الرقيق المهمةيعد السم ومع ،كهربائية والبصرية وطرق الوزن الدقيق الطرق ال؛ الطرق السائدة في القياسأهم

مبادئ فيزيائية ثابتة من تعتمد في عملها علىىأخرالتطور العلمي الحديث ابتُكرت طرق ألياف استعمال مجسات حساسة تعمل على مبدأ سقوط وانعكاس الضوء النافذ عبر أهمها

مربوط الى جهاز مربوطة الى جهاز خاص وهذا الجهاز بدوره (Fiber Optics)ضوئية الحصول على اسماك دراستنا الحالية تمفيو . مجهز ببرنامج مهيأ لهذا الغرضحاسوب

قيمها تتراوح مابين أكثركانت و المختلفةمختلفة القيمة اعتمادا على ظروف الترسيب) (100-700 nm طريقتين همااستعمال وب:

الطريقة الوزنية -1

، فهي طريقة بسيطة أوالفي حساب سمك جميع األغشية المحضرةلطريقة ااستُعملت هذه كتلة وزن ، إذ تم أوالً وتعتمد على التحديد المباشر لكتلة الغشاء المرسب على األرضية

ميزان الكتروني حساس، وبعد إتمام عملية عمالالقاعدة الزجاجية قبل عملية الترسيب باست ، )m(لة مادة الغشاء ـِرجت كتـ وبطرح القيمتين استُخاعدة مرة أخرىـالترسيب وِزنت الق

[Fe(NO3)3·9H2O] (%)نسبةال(g)

[(ZnCH3COO)2.2H2O] (g)

0 0 2.195 2 0.041 2.151 4 0.082 2.107 6 0.123 2.063 8 0.164 2.019

10 0.205 1.975 15 0.308 1.865 20 0.409 1.756 30 0.612 1.531 50 1.027 1.097

76

وبمعرفة كثافة مادة الغشاء ومساحة القاعدة الزجاجية تم حساب سمك الغشاء المحضر ]: 131[ وفق العالقة اآلتية

3)-Smt (3 ..... ................................ .

: إذ إن

t :سمك الغشاء.(cm) m :مـادة الغشاء كتلة ) g.( S : مســاحة الغشاء)cm2 .( : كثافة مادة الغشاء)g/cm3.(

أمـا فـي ، الخارصين غير المشوب المعادلة أعاله كثافة مادة غشاء أوكسيد ي ف )(وتمثل تمثل كثافة المواد الداخلة في تركيـب الغـشاء المـشوب، )tot( حالة األغشية المشوبة فان

: وكما يلي ).tot( تبين طريقة حساب الكثافة الكلية اآلتيةقةوالعال

كثافة مادة الـشائبة + ) نسبتها في المحلول x الخارصينأوكسيد كثافة مادة [(= )total( الكثافةxنسبتها في المحلول [(.

:بالصورة اآلتية) 3-3(وبذلك تصبح العالقة 3)-(4

Smt

tot

..... ............................

طريقة التداخل الضوئي 2-

تمد هذه الطريقة لقياس سمك الغشاء الرقيق على طيف النفاذية فـي منطقـة النفاذيـة تع ـ و تمتاز بالدقة العالية وسهولة التطبيق، إذ ،(3-6)العالية وكما في الشكل ة في دراسـتنا الحالي

التـي تمتلـك و 1m-0.5) (األسماك العالية تقريبا ذات من النماذج قليل حصلنا على عدد علـى نهايات عظمى وصغرى نتيجة التداخل الضوئي الناشئ من سقوط وانعكـاس الـضوء

، وقد تم حساب الـسمك ن الزجاج ذات معامل انكسار معلوم الغشاء المرسب على أرضيات م :[88] اآلتيةلعالقةا على وفق

……(5-3)

صـغرى أونهايتين عظمى لغشاء عند لنكسار المعامل ا قيمتي : n(1) , n(2): يمثل إذ .(n) حساب معامل انكسار الغشاء تبيناآلتية والعالقة 1، 2 موجية أطوالمتجاورتين عند

77

………………(6-3)

:وان …..…(7-3)

:إذ تمثلns :(1.52)ه سار الزجاج وقيمتمعامل انك. Tmax ،Tmin العظمى والصغرىهما النهايتان .

.[132] المرسب على الزجاج(ZnO)طيف النفاذية لغشاء یوضح:(3-6)شكلال

Measurements Structure القياسات التركيبية ) 4-3(

Optical Microscopic Measurements البصريالمجهرقياسات -1

عملية الفحص بالمجهر البصري بعد االنتهاء من عملية الترسيب وذلك لمعرفة مدى تمت اللتأكد من خلوه طوبوغرافية السطح تم فحصإذ، الفحوصاتإلجراء األغشيةصالحية

(Nikon- Eclipse ME600) من نوع حديث مجهرمن التشققات والتكتالت باستعمال بأسلوبي هذا المجهريعمل .اوزارة العلوم والتكنولوجي-الموجود في قسم علوم الموادو

أي ما يعادل مقياس رسم (1000x) وبقوة تكبير االنعكاس والنفاذ عن طريق المجال المعتم(25m) وبية للصور عن طريق فيديوية مع معالجة حاسبالة تصوير المجهر مزود أن كما

.(3-7)كما في الشكلوبرامجيات خاصة

78

.(Nikon- Eclipse ME600) المجهر البصرييظهر : (3-7)شكلال

X -Ray Diffraction Measurements السينيةاألشعة حيود قياسات -2

تم استعمال جهاز حيود المشوبة وغير المشوبة األغشية تشخيص طبيعة ونوع ألجل وزارة -الموجود في قسم علوم المواد (Shimadzu XRD-6000)من النوع السينية األشعةله القدرة على التعرف على تركيب المواد البلورية واعطاء هذا الجهاز ،اوالتكنولوجيالعلوم

ت البلورية،المسافة بين المستويا وزاوية الحيود معلومات ضمن جدول محدد يبين بدقة عاليةوكذلك هناك برنامج ، مع الشدات النسبية لكل ذروة(FWHM)وأقصى عرض لمنتصف القمة

يزودنا ببطاقة كونهاألهمية، هذا البرنامج في غاية (PCPDFWIN) هو معهملحق(JCPDS Card) من حيث المبدأ بطاقة تشبه القياسية والتي (ASTM) وأدق ولكنها احدث

ومن خالل هذه من المعلومات التي نحتاجها في عمليات التحليل، أوفروتحتوي على عدد الشكل ، ويبيندراستنا الحاليةفي كثير من الحسابات الفيزيائية ال إجراء أمكنالمعلمات المهمة

: اآلتيةيعمل ضمن المواصفاتوالذي المستعمل في هذه الدراسةالجهاز (8-3)

79

.(Shimadzu XRD-6000)جهاز فحص حيود األشعة السينيةيظهر : (3-8)شكلال

المجهر االلكتروني الماسحقياسات -3Measurements (SEM) Scanning Electron Microscope

أهم التقنيات العلمية في العصر الحديث والسيما من عد المجهر االلكتروني الماسح ي مرئي من األجسام الدقيقة جداال لمشاهدة العالم غير ةرائعأداة ، فهو األنواع المطورة منه

ومكبرة األبعاد ةثالثي صور مفصلة وذلك عن طريق ،وخاصة فيما يتعلق بالتراكيب النانويةهذه و، وتكون باللونين األسود واألبيض الناتجة عن المجاهر الضوئية، بدرجات تفوق تلك

عمل وبالتالي ها للعينة ومسح سطحهاوجيهم تتي و المدفع االلكترونيساطة بوااللكترونات تنتُج يقوم الشعاع االلكتروني بمسح سطح نأ وبدال من على الشاشة، ظهرتنسخة طبق األصل

التفاصيل من ج صورة ثالثية األبعاد بكلالعينة في بعد واحد فانه يقوم بمسح ثالثي األبعاد لينتُالشعاع االلكتروني سطح العينة فانه عندما يمسح ، وهذا كله يتم تجاويف وخدوش وشقوق

هذه االلكترونات و ،يتفاعل مع السطح وينتزع الكترونات من سطح العينة بشكل محدد الكاشف عن طريق جذب االلكترونات المتشتتة وباالعتماد على ساطةالمنتزعة يتم كشفها بو

ضاءة على عدد االلكترونات التي تصل للكاشف، فإنها تسجل درجة معينة من مستوى اإلة باالنعكاس عن سطح تت مجسات إضافية يتم الكشف عن االلكترونات المتشعمال وباست،الشاشةبالطبع ال يمكن و. [16,28] وكذلك أشعة اكس المنبعثة عن العينة(Back Scattered)العينة

يتم يتم التحكم في حركة الشعاع االلكتروني والذيأن بعمله دون (SEM)أن يقوم جهاز ملفات توليد إذ تقوم فرق جهد متغير، عمالباستوحكم فيه من خالل المجال المغناطيسي تال

المجال المغناطيسي بإنتاج المجال المغناطيسي الالزم لمسح الشعاع االلكتروني بشكل دقيق

80

الشعاع االلكتروني يكون أن يجب قوة التكبير فانه، وألجل زيادةذهابا وإيابا على العينة حصلنا على صور أنفي دراستنا الحالية وبعد و .[28,83]ة اصغر على العينةمنطق ماسحا

ولكنها غير واضحة معينة لمادة الغشاء بأشكالتراكيب هناك أن أكدتالمجهر الضوئي التي دقة عالية، يمجهر الكتروني ذ قياساتإجراءهذا بدوره تطلب منا والمعالم بصورة كافية،

المملكة -في جامعة الملك سعود من هذه المجاهر والموجود رلذلك تم استعمال نوع متطوهذا الطراز الحديث بإمكانية يتميز إذ ،(JEOL-JSM 6380) ذي النوع العربية السعودية

تشغيل بفولتيةو (Low & high vacuum) التشغيل عند حالتي التفريغ المرتفع والمنخفض دون تغطيتها بالعناصر الموصلة مثل وهذا يعني إمكانية فحص العينات (kV 20)مقدارها

وذلك لضبط الحاسوب والجهاز يتم التحكم فيه بشكل كامل عن طريق،الكربون والذهبوباإلضافة (3nm) حتى التحليلوتبلغ قوة، ودرجة التباين واالستضاءة(Focusing)التبؤر

تم الحاليةراستنا، وفي دالمنطلقة من العينات السينية لألشعة إلى ذلك فالجهاز مزود بمجسوبقوة ذات تراكيب نانوية مختلفة األشكال وواضحة المعالم الحصول على صور مجهرية

التراكيب وأبعاد قيم حقيقية لمعامالت ميلر إعطاءمع (100,000X) وصلت الىتكبير .يبين هذا المجهر األتي (3-9)والشكل ،النانوية بالمقياس النانوي

.(JEOL-JSM 6380) المجهر االلكتروني الماسحيظهر :(3-9)شكلال

81

مجهر القوة الذرية قياسات -4 Atomic Force Microscope Measurements (AFM)

لمطور وا Scanning Probe Microscope (SPM)ح مجاهر المجس الماسنواع يعد احد أ Scanning Tunneling Microscope (STM) ية المجهر النفقي الماسح تقن علىاعتمادا

ر عالية ـ وقوة تكبي(1.0nm-0.1) مقـدارها درة تحليل عاليةـر بقـاز هذا المجهـيمتو اجة الى مع امكانية تشغيله ضمن الضغط الجوي االعتيادي ودون الح(5x102-108)تقدر بـ

من ذراع هذا المجهر يتكون .ف عليه في المجاهر االلكترونية كما هو متعارتفريغ عال(Cantilever)مجس ها في نهايت (Probe) كون من رأس حاد يعرف بالـ م(Tip)يستعمل

(Si3N4) الذراع مصنوعة من مادة السليكون او نيتريد السيليكونهذهو، لمسح سطح العينةرأس المجس من سطح العينة تتولد قوة عندما يقترب ف ،بنصف قطر في حدود بضع نانومترات

بدورها تؤدي هذه القوةوإن ، وسطح العينة) القطر المقارب لقطر الذرةيذ (بين رأس المجس، قوة ميكانيكية من نوع؛الى انحراف في الذراع بناء على قوة هوك وقد تكون القوة المتبادلة

وهذا حسب نوع السطح الذي يتم ىقو الأنواعقوة كهروستاتيكية او غيرها من ، زفال قوة فاندروفق مبدأ على قابلة للحركة بعد وضعه على قاعدةاألنموذج تتم عملية مسح و. دراسته

(Piezoelectric) أنماط تشغيل ومسيطر على حركتها في كل االتجاهات الكترونيا وضمن وكل (Non-Contact Mode)و (Tapping Mode) و(Contact Mode)مختلفة مثل

(Tapping) نمط النقر قد تبين أن و[36,133]من هذه األنماط له محاسنه ومساؤهنمط ، فعندما يتم المسح ضمن دراستنا الحاليةأفضل األنواع بالنسبة لنماذج اشباه الموصالت

وحسب قدرة التكبير المطلوبة تنحرف العتلة عن موقع استقرارها، وهذا االنحراف عن طريق انعكاس شعاع ليزري معاير مسبقا على نهاية العتلة، إذ يتم رصد يتم التحسس به اإلشارة الناتجة عن الحركة ، و(Photodiodes) الكواشفمصفوفة خطية منهذا االنعكاس ب

هي التي تعكس تضاريس العينة التي تم مسحها وحسب هذا االنحناء او االنحراف يرسمح من المخطط التوضيحي لهذه العمليات ذي ـا واض خريطة لتضاريس السطح وكمالحاسوب

، كذلكح العوازل والموصالتولقياس سطعادة (AFM) مجهرتعمل ويس،(3-10) الشكل الحبيبات أحجام وكذلك(RMS)ويزودنا بمعلومات في غاية الدقة عن خشونة السطح ومعدلها

(Grains) وكما ،حصائية المهمةالى عشرات التحليالت اال باالضافة[36,108]وأعدادها وفي دراستنا الحالية تم استعمال هذا المجهر ذي،(3-11)قسم منها الشكل يوضح ضمن الواضح(.Angstrom Advanced Inc) المجهز من شركة(AAA3000)النوع .الجامعة التكنولوجية- والموجود حاليا في مركز النانوتكنولوجي(3-10)الشكل

82

. مع مخطط آللية عمله(AAA3000) من النوع مجهر القوة الذرية يظهر:(3-10)شكلال

المهمة المقاسة الفيزيائيةحسابية لبعض المعلماتال اتواجه ال يظهر احدى:(3-11)شكلال .(Section Lines) مع خاصية (AFM)باستعمال مجهر

83

قياسات مطياف تشتت الطاقة- 5 Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS)

مبدأ كشف وفق والذي يعمل (SEM) الملحقة بجهاز األجهزةمطياف تشتت الطاقة احد يعد أمكننا، ففي هذا النوع من القياسات وذج المفحوص السينية الصادرة من النماألشعةطاقات

) تحليل نوعي(ر المكونة للغشاء الحصول على تحليلين مهمين احدهما يصف نوع العناصوعلى شكل مخططات والثاني يعطي تحليل كمي لجميع العناصر المتأثرة بسقوط حزمة

جداول، ويعد هذا النوع من القياسات في غاية على شكل ) الغشاء مع القاعدة(االلكترونات اقتالع الكترونات امكانية فانالساقطة عالية الشدة وبالتالي لكون طاقة االلكترونات األهمية

لب المادة تكون واردة مما يؤدي بدوره الى كشف أي عنصر يدخل في التركيب حتى وان .كانت نسبته قليلة جدا

فلورة األشعة السينيةقياسات -6

(XRF) Measurements X-ray Fluorescence

تم استعمال جهاز في دراستنا الحالية ناصر األساسية المكونة ألي غشاء العألجل معرفة وزارة العلوم - والموجود في دائرة علوم المواد (Oxford Instruments-Twin-x)من نوع

ذوو ، والمساحيقوالسائلة ستعمل لتحليل المواد الصلبة ي متطوروهو جهازوالتكنولوجيا، .(3-12) في الشكل واضحكماو العدد الذري المنخفضذات حساسية عالية لكشف المعادن

.(Oxford Instruments-Twin-x)جهاز فلورة األشعة السينية يظهر : (3-12)شكلال

84

Particle Size Distribution Measurments (PZD) الحبيبي الحجمقياسات -7

الموجود )SHIMADZU SALD-2101-WEA1:V1.20 (نوعتم استعمال الجهاز ذي ال الحبيبات لمسحوق أوكسيد حجم لتعيين وزارة العلوم والتكنولوجيا - في دائرة علوم المواد

مبدأ إن . عليه السينية والفلورةاألشعة فحوصات تحليل إجراء في الماء بعد المذابالخارصين مادة في الماء ومن ثم تسليط شعاع ة انتشار دقائق مسحوق أييتضمن الجهاز هذاعمل

موجية مختلفة لنحصل في بأطوالهذا الشعاع بدوره سيتشتت بسبب هذه الحبيبات وليزري، )500m-0.1(النهاية على مقاس مختلف للحبيبات، إذ إن حدود عمل هذا الجهاز هي مابين

.(3-13)كما في الشكل و

.

.)SALD-2101-WEA1:V1.20( نوعجم الحبیبيقیاس الح جھاز یظھر :(3-13)الشكل

Optical Measurements القياسات البصرية) 5-3(

UV-Visible طيف فحوصات -1والنفاذيـة ) Absorbance(لبـصرية علـى قيـاس االمتـصاصية اشتملت القياسـات ا )Transmittance ( لمدى األطـوال الموجيـة)900-300nm ( مطيـاف عمالوذلـك باسـت )UV-1650 UV-Visible Recording Spectrophotometer ( ذي الحـزمتين المجهـز

تـم إذ الجامعة المستنـصرية، - والموجود في كلية التربية اليابانية،) Shimadzu(من شركة فـي تحـضير األغـشية عملالمست من الزجاج شباك المرجع نظيفة في زجاجية وضع قاعدة

بعد ذلك وضعت القاعدة المرسب عليها الغشاء في شباك المصدر وثبتـت القاعـدتان و .سهانفوفـي ،تثبيتاً جيداً في مكانها ومن ثم صفر الجهاز قبل البدء بقراءة االمتـصاصية والنفاذيـة

المشوبة وغير المـشوبة وكانـت قيمتـه جميع األغشية اختيار سمك ثابت ل دراستنا الحالية تم )150 nm (درجة حرارة الغرفةضمنو .

85

فحوصات طیف األشعة تحت الحمراء - 2Infrared Spectroscopy Measurements ( FTIR)

باستعمال جهاز أغشية أوكسيد الخارصين غير المشوبة والمشوبةامتصاص تم تحديد أطياف ل جامعة الموص - كلية التربية والموجود في)BRUKER/TENSOR 27(حديث من نوع

البلورة بعد ترسيب أحادي من السليكون أرضيات تم استعمال إذ ،(3-14)في الشكل كماوكون لي (ZnO) مسحوقوكذلك تم فحص عليه وحسب ظروف الترسيب المعدة لذلك،األغشية

. درجة حرارة الغرفة ضمن، وهذه الفحوصات جميعا أجريتضمن االطياف القياسية

ذو النوع (FTIR)جهاز فحوصات األشعة تحت الحمراءيظهر : (3-14)شكلال)BRUKER/TENSOR 27(.

Electrical Measurementsالقياسات الكهربائية (7-3)

Measurement Hall Effect ل و قياس تأثير ه-1

كبيرة في معرفة عدد من المعلمات المهمة والتي علـى أهمية ايعد هذا النوع من القياس ذ (HMS-3000) تم استعمال جهاز متطـور مـن نـوع إذ ضوئها تتحدد كفاءة شبه الموصل،

هذا الجهاز يعمل استنادا الـى و ، وزارة العلوم والتكنولوجيا - والموجود في دائرة علوم المواد انه مربوط الـى إذ ،(3-15) والموضح بالشكل القياسفي (Van Der Pauw)مبدأ طريقة

ضمن درجة حـرارة المهمة المعلمات بأهموبوجود برنامج خاص فانه يزودنا حاسوب جهاز التوصيلية الكهربائية ومعامل و ت وتحريكتها،تركيز الحامالو نوعية شبه الموصل،الغرفة مثل

وهـذا واضـح ) I-R(و )I-V( ات ورسوم ىأخر تزويدنا بمعلمات إمكانية إلى باإلضافةهول

86

إن أهم ما يميز هذا الجهاز هو شـدة المجـال المغناطيـسي العاليـة و .(3-16)ضمن الشكل ا تالمـس أقطـاب بـدوره والتي (3a-17)كما في الشكل و واألقطاب المصنوعة من الذهب

بمجرد وضع النموذج فـي أعاله نحصل على جميع المعلمات فإنناي ل وبالتا األربعة األنموذج بعـض الخـصائص ن يبـي (3-2)، والجدول بعض الثوابت قبل التشغيل مكانه الخاص وتحديد

األقطـاب كذلك يسبق عملية القياس كما معروف علميا تحديـد ترسـيب و الفيزيائية للجهاز، (3b-17)كما في الشكل لألنموذج الزوايا األربعة عند تكون أنئية والتي يتطلب شكلها الكهربا

.تفريغ خاصة منظومة باستعمالاألقطابوقد رسبت هذه

.(HMS-3000) خصائص وظروف عمل جهازيبين: (3-2)جدول ال

.(Van Der Pauw)قنية قياس تأثير هول المعتمد على تجهاز يظهر :(3-15)شكلال

87

حسابية ألهم المعلمات المقاسة اعتمادا علىالواجهة يظهر ال: (3-16)شكلال . الحديثة(Van Der Pauw) تقنية

.األقطابلقناع المستعمل لترسيب ا– b . قاعدة حامل النماذج– a يبين :(3-17)شكلال

a b

88

والموجودة في (3-18)ل المنظومة االعتيادية الموضحة دائرتها بالشكل وكذلك تم استعما إذ تم وضع ولجميع النماذج، من نوعية الحامالت للتأكد الجامعة المستنصرية-كلية التربية

مع ، )Wb/cm2 10-4×0.535( شدته) Bz ( باتجاهأمام مجال مغناطيسي ثابتعموديا الغشاء التواليبمجهز قدرة مستمرة وربط معهما مقياس للتيار على من أقطاب الغشاء بط قطبانر ،

بزيادة ثابتة فعند تغيير الفولتية المستمرة ،أما القطبان اآلخران فربطا مع طرفي مقياس للفولتية حدد يوهذا بدوره ) VH(والذي يرافقه تغيير في الفولتية ) Ix(نقرأ التيار المار بالغشاء

.حنةنوعية حامالت الش

. بالطريقة االعتيادية لدائرة قياس تأثير هولا توضيحيامخطط يوضح :(3-18)شكلال

الفصل الرابع

النتائج واملناقشة

89

تصنیع ودراسة التراكیب النانویة )4-1(

(APCVD)لمنظومة المهمة تصميم وإضافة بعض األجزاء في هذه الدراسةتم بعد أن وكسيد الخارصينأ المكونة ألغشية ألجل تحسين كفاءتها في تصنيع أفضل التراكيب النانوية

والحديثة لمميزة ا النانويةحصلنا على عدد من التراكيب فقد، غير المشوبة والمشوبة بالحديد الزهور النانويةوالحبيبات النانوية و البلورات النانوية والقضبان النانويةكل من بالتي تمثلت و

على نمائها اعتمادا على دراسة تأثير ظروف الترسيب معأخرى نانويةوأشكال فرعية فحوصات المجهر إجراء أوال تم إذ لحامل،لاستعمال طريقة المحاليل المائية والشكل المائل

التراكيب شكل ونوع ثم معرفة ،(XRD) السينيةاألشعة والتشخيص بحيود (OM)الضوئي تشتت طيفومقياس (SEM)المكونة لمادة الغشاء باستعمال تقنية المجهر االلكتروني الماسح

جهر مات تقني باستعمالها النتائج والتحقق من بعض، باالضافة الى مقارنة(EDS) الطاقة .(PZD) ومقياس الحجم الحبيبي(XRF) طيف فلورة األشعة السينيةو (AFM) القوة الذرية

تأثیر درجة الحرارة)4-2(

في تحديد التركيب البلوري للمواد دور مهم)األرضية(الترسيب لتأثير درجة حرارة إن اقل درجة حرارة مناسبة ، إذ تم في البداية اختيار[134]الصلبة والسيما التراكيب النانوية

، وعند درجات الحرارة األقل من ذلك (oC 250)للحصول على الغشاء المناسب فكانت قيمتها هذه الدرجة هي دع التصاقية جيدة، فبذلك يمكن أن نيلم نحصل على غشاء واضح المعالم وذ

منظومة في (ZnO) أغشية لتكون (Critical Temperature) درجة الحرارة الحرجة(APCVD)، وقد تم التأكد من امتالك األغشية التصاقية جيدة فعال عند الدرجات الحرارية

إال للسطح زودنا بصورة واضحةالتقنية ال ت كون هذه (AFM)العالية وذلك باستعمال تقنية تم اختيار عدد من الترسيبتأثير درجة حرارة دراسة وألجل .إذا كانت االلتصاقية جيدة

(oC 400,450,500,550): وهي ،خرىاأل المنظومةأجزاءبما يتوافق مع والحرارة درجات، وقد أظهرت (1L/min)معدل تدفق الغاز و (25min) كل من زمن الترسيب مع ثبوت

:نتائج هذه الدراسة الحصول على عدد من التراكيب النانوية وبأشكال مختلفة وهي كاآلتي Nanoparticles (NPs)الحبیبات النانویة )1-2-4(

التركیبیةنتائج الفحوصات )1-1-2-4(

(Topography)تضاريس السطح معرفة الشكل السطحي للمادة المرسبة أو ما يسمى تُعد مواد ، فمن المعروف أن سطوح الخرىللفحوصات األتها من األمور المهمة في تحديد صالحي

، لذلك فان هناك [135]المرسبة تختلف عن بعضها البعض تبعا للتقنية المعتمدة في تحضيرها

90

قد بينت الصور لو .الترسيبومنها درجة حرارة الكثير من المعلمات التي تؤثر في تجانسها تصل الى مختلفة تكبيرتوبقدرا (OM) الضوئي التي حصلنا عليها باستعمال المجهر األولية

(1000x) ذات أشكاال أن هناك توزيع منتظم لحبيبات مادة الغشاء، إذ يتخذ هذا التوزيع مع ظهور بعض التباين في أخرىعينة الى يختلف من األحيانتناسق هندسي في معظم

حصلنا عليه من تراكيب ماأن األمر فاتحة، وفي حقيقة أخرىو بشكل مناطق داكنة األلوانكانت ف، ىسبب األساسي في تغيير ظروف الترسيب األخر الكان جميلة المنظرهندسية

اعتمادا على ظروف األشكال متباينة أخرى هندسية أنماط الحصول على أيضاالنتيجة فحوصات إجراء اآلخرحصلنا عليه كان يتطلب هو ، ومجمل ما في ذلكالترسيب المتبعة

قيقة هذه التراكيب، لمعرفة ح(TEM),(SEM) مجاهرالمجهر االلكتروني المعروفة مثلعبارة عن تراكيب أكثر المواد المرسبة أن (SEM)وفعال تبين من خالل إجراء فحوصات

، والكتفائنا بالصور معلمات ظروف الترسيب التي أجريناهانانوية مختلفة األشكال تعتمد على . في هذه الدراسة(OM) لم ندرج صور (SEM) لـ الحديثة والواضحة المعالم تماما

تم الحصول على (5)رقم ذي الموقع وللنموذج (oC 400) فعند درجة حرارة أرضية ، إذ (SEM) االلكتروني والتي أمكن رؤيتها باستعمال تقنية المجهر(NPs) الحبيبات النانوية

في اغلب كروية وذات أشكال (100nm-50)مابين كانت تتراوح معدل أقطارها الحبيبية قدرات هذه الحبيبات عند يتبين وضوحإذ، (4-2) و(4-1)لشكلينااألحيان وكما واضح في

ملحق مع البرنامج ال باستعمال أقطارها مع بعض البيانات الحقيقية لمعدل التكبير العالية (Nucleation)عملية التنوي يعزى تكون هذه الحبيبات بهذا الحجم الى حقيقة قد المجهر، و

.[137]ونق مع ما حصل عليه الباحثيتفا ، وهذ[136] األولية لتشكيل الحبيبة

درجة حرارة عند النانوية(ZnO) لحبيبات(SEM) صور يظهر:(4-1)شكل ال .ولقدرات تكبير مختلفة (oC 400)أرضية

91

درجة عند النانوية(ZnO) لحبيبات(SEM)صور يظهر : (4-2)شكل ال .قدرات تكبير عالية ول(oC 400)حرارة أرضية

D=75.4nm

D=100nm

92

يتضح إذ جميع الحبيبات ذات تركيب متعدد التبلور، أن العملية(XRD)تحليالت بينت لقد عند [(102),(101),(002),(100)] اآلتية للمستويات قمم ذرواتوجود (4-3)من الشكل

بطاقةال مع (2)جاه هذه الذروات وزوايا الحيود وعند مقارنة ات معلومة القيمة،حيود زوايا من و وجد أنها مطابقة ذي التركيب السداسي (ZnO)لمادة (JCPDS-36-1451)العالمية

أكثر شدة من غيرهما مما (101),(100)نالحظ أيضا أن المستويين و، (Wurtizite)النوع (Broadening) اوان هناك اتساع، للحبيبات يكون عند هذا االتجاهالسائد النمو أنيدل على

يدل بدوره على أن هناك حبيبات صغيرة ،(FWHM) عند منتصف شدة الذروةاواضح انهإذ ،(SEM) والتي لم تظهر ضمن فحوصات ساهمت في عملية الحيود،قد ،القيمة فعال

ت المستويامن المعروف في تصنيع الحبيبات النانوية انه كلما قل قطر الحبيبة كلما قلت وصوال الى ما يسمى بالنقاط الكمية داخلها وبالتالي نقصان الشدة واتساع الذروة

(Quantum Dots) [138]، [139,140]ون مع ما حصل عليه الباحثتتفقوهذه النتائج ، مما يدل على نقاوة المادة المستعملة ىأخرصر نا لعأطوار عدم وجود أيضا أظهرتالنتائج و

. يلةوخلوها من الشوائب الدخ

درجة عندالنانوية (ZnO) مخطط حيود األشعة السينية لحبيبات يوضح:(4-3)شكلال .(oC 400) حرارة أرضية

Inte

nsity

(cps

)

2

93

ىاألخر مع التحليالت (XRD) نتائج القيم المحسوبة عمليا من(4-1) الجدول كذلكيبين لقيمة المسافة بين المستويات(derror)إذ تم حساب نسبة الخطأ المئوية المعتمدة عليها،

والتي كانت (2-5) وفق العالقة(JCPDS) في بطاقة األصليةقيمتها ب مقارنة (d)البلورية ، وتم (ZnO) لغشاءذات قيمة قليلة جدا مما يدل على تبلور الحبيبات باتجاه القيم الحقيقية

المقاسة صغر الحبيبات والتي تبين(2-4)باستعمال العالقة كذلك حساب معدل قطر الحبيبة [91]، وهذه النتيجة تتفق مع دراسة الباحث (SEM) مقارنة بقيمة (18nm-6)ذات القيم

عن طريق عالقة شيرر المرتبطة هناك فرقا بين قيم الحبيبة المقدرةأنوالتي اوجد فيها ب أكثر، ويعود السب أوصل الى ست مرات ي (SEM)تقنية بوالقيم المقدرة (XRD) قياسب

يقابل البعد (XRD) بينما في ة يقابل البعد الموازي للقاعد(SEM)في ذلك الى أن التقدير بـ هناك حدودا عددية ال يمكن اعتمادها عند تطبيق أن الى إضافة ،[141]العمودي على القاعدة لكل مستوي موجود(TC)وحصلنا أيضا على قيم عامل التشكيل ،[2]عالقة شيرر المعروفة

والذي بين أيضا أن أكثر المستويات ترتيبا للذرات ،(2-6)سب اعتمادا على العالقة والذي ح . قيمتين لهما في الجدولأعلى يتضح ذلك من إذ (101) و (100)هي باتجاه

النانوي (ZnO) لحبيبات وحساباتها السينيةاألشعةنتائج حيود يوضح : (4-1)جدول ال .(oC 400) ة درجة حرارة أرضي عند

(102)

(101)

(002)

(100) hkl

47.622 36.452 34.511 31.791 2θ 1.9080 2.4629 2.5968 2.8125 d(Å)

0.454 0.951 0.652 1.334 FWHM (deg)

0.162 0.525 0.249 0.063 d error(%)

18 9 13 6 Grain(nm)

0.321 1.459 0.934 1.284 TC

47.538 36.252 34.421 31.769 JCPDS for ZnO 2θ (deg)

1.9111 2.4759 2.6033 2.8143 JCPDS for ZnO d ( Å)

94

وبشكل واضح يظهرإذ ،(SEM) المرفق مع قياسات (EDS) ل تحلي(4-4)لشكل يبين ا طاقة عند خطنـواألوكسجي (K,L) طاقات متمثلة بـ بأربع الخارصينرـوجود عنص

(K) مركب مما يدل على وجود(ZnO)والسليكون الكالسيوم ا ، كذلك ظهر لدينا عنصر .الزجاجيةاألرضية بسبب وجود واللذان يمكن تفسير ظهورهما(K)عند خطي طاقة

عند نانوية التركيب (ZnO) لحبيبات (EDS) مخطط يوضح :(4-4)شكلال .(oC 400)درجة حرارة أرضية

مقارنة النتائج )2-1-2-4(

مع الطرق نانويةالحبيبات ال نتائج فيما يخص تصنيعحصلنا عليه من مقارنة ماألجل أوكسيد مسحوق نا استعمل، المعادن بشكل مساحيقأكاسيدالكيميائية المعتادة للحصول على

ئي الناصع ذي الوزن الجزياألبيضالخارصين ومن شركتين مختلفتين والذي تميز باللون (81.389g/mol)منظومة حساب ضمن ووضعه المقطر في الماءإذابته ، إذ تم أوال

حبيبات هذا حجمكبر التي حصلنا عليها النتائج ويتضح من ،(PZD)المقاس الحبيبي وكما واضح من البيانات العملية ومخططها ضمن مقارنة بالحبيبات الحالية المسحوق

) الوسط الحسابي( معدلها أن اإلحصائية يتبين من البيانات إذ، (4-6)و (4-5)ين كلالش، وبالتالي فان هذا القياس بين لنا امكانية ينموذجالن لكال(1.242m) و (1.229m)هو

وكذلك نسب االنتشار المئوية Cumulation (Cum) المئويةتراكمنسب ال وحساب أقطارDiffusion (Diff)لجهاز شرط أن يكون مدى كشف الجهاز ضمن يبات داخل ا حبية أل

.المذكورة سابقاحدود اقل من جهازنا الحالي ذي المواصفات

95

.األولوذج للنم (ZnO) نتائج قياسات الحجم الحبيبي لمسحوق يوضح:(4-5)شكلال

96

.الثاني موذجللن (ZnO) قياسات الحجم الحبيبي لمسحوق نتائجيوضح :(4-6)شكلال

97

(ZnO) الى مسحوق ا كونه عائد المستعمل من نوعية وصالحية المسحوقالتأكدكذلك تم انه أيضا تبين إذ ،(4-7) في الشكل واضح وكما(XRD) ال وذلك عن طريق فحصه بتقنيةأم

(APCVD) تقنيةوإمكانية كفاءة ، وهذا بدوره يؤكد(ZnO)مطابق للمخطط القياسي لـ .ىأخرللحصول على حبيبات اصغر بكثير من مثيالتها المصنعة بتقنيات

. (ZnO)لمسحوقمخطط حيود األشعة السينية يوضح : (4-7)شكلال

هي لمادة الغشاء (EDS)ت العناصر التي ظهرت في تحليالأن من أيضا التأكد وألجل

، تم فحص القاعدة الزجاجية ىأخرنتيجة عمليات كيميائية أويست شوائب دخيلة والقاعدة ول فظهر وجود عنصري السليكون ،(4a-8) وكما في الشكل (XRF) وحدها باستعمال تقنية ضمن منظومة القياس، وفي نفس أصال الموجود األركونغاز الى والكالسيوم باالضافة

المرسب على الزجاج عند نفس ظروف ترسيب الخارصينألوكسيد نموذج فحص تملوقتا ظهور العناصر المكونة للزجاج أيضا تبينإذ، (4b-8)الحبيبات النانوية وكما في الشكل

فلم يظهر بسبب عدم امكانيةاألوكسجين عنصر أماباالضافة الى عنصر الخارصين، ألوكسيد العالمية(JCPDS) بطاقة(4b-9) و(4a-9) ن، ويبين الشكالكشف الجهاز له

والتي على ضوئها تم التأكد من البيانات العملية (1451-36)ذات الرقم التسلسلي الخارصين . في جميع نتائج الدراسة الحالية(XRD)لـ

2

(102)

(101)

(002)

(100)

Inte

nsity

(cps

)

98

. القاعدة الزجاجية(a)- لكل من (XRF)مخطط يوضح :(4-8)شكلال (b) غشاء(ZnO) مرسب على الزجاج .

(ZnO)ينـ ألوكسيد الخارص(JCPDS no.36-1451)بطاقة يوضح :(4-9)شكلالa – الزاويةوفقعلى البيانات (2). b –وفق ثابت الشبيكة علىت البيانا (d).

b

a

a b

99

Nanocrystals (NCs) البلورات النانویة)2-2-4(

التركیبیة نتائج الفحوصات)1-2-2-4(

نموذجل ل(oC 400) أرضيةتم الحصول على بلورات نانوية التركيب عند درجة حرارة الموضحة (SEM)ينت نتائج إذ ب. والمرسب على الزجاج(500nm) ذي السمك (7)رقم وعند قدرات تكبير مختلفة تكون البلورات النانوية ذات (4a-11) و(4-10)الشكلينفي

وتصل (100nm) من بأقل حبيبية تقدر أقطار مع معدل األحيانفي اغلب السداسية األشكاليبين احد االتجاهات المعروفة في (4b-11)، والشكل ىأعلى من ذلك لحبيبات أخرالى

، وقد يعزى أبعاد المعروفة وبثالثة (ZnO) مما يدل على تكون بلورة (001)البلورة وهو بهيأة الخارصين تنموأوكسيد بلورة أنى حقيقة والنموذجلا الى موقع األشكالتكون هذه

.[65,142]األبعادسداسي تركيب

عند درجة حرارة أرضية النانوية(ZnO) لبلورات(SEM)صور يظهر :(4-10)شكل ال

(400 oC) قدرتي تكبير مختلفةول.

100

عند درجة حرارة أرضية النانوية (ZnO) لبلورات(SEM)صور a- :(4-11)شكل ال(400 oC) قدرتي تكبير مختلفةول. -b التجاه نمو الحبيبيات(001)معامل ميلر .

a

b

(001)

101

جميع البلورات ذات تركيب متعدد التبلور باالتجاهية أن (XRD) تحليالتأظهرت تطابق مع وهذا ي(002) للنمو هو السائد وان االتجاه[(103),(102),(101),(002),(100)]

يعزى هذا الى قد و ،(4-12) وكما في الشكل ألوكسيد الخارصين(JCPDS)بطاقة بدورها الى تقليل أدت والتي النموذجالمفاعل تماما لهذا وسط االستقرارية الحرارية في

ترتيب نفسها داخل الشبيكة إلعادةالعيوب البلورية من خالل منح ذرات المادة الطاقة الكافية عدم وجودأيضا والتغلب على االنفعاالت المخزونة داخلها، ونالحظ من الشكل البلورية

.ىأخرأي طور لعناصر

عند النانوية(ZnO) مخطط حيود األشعة السينية لبلورات يوضح:(4-12)شكلال .(oC 400)درجة حرارة أرضية

قليلة جدا، وان معدل قطر (derror)ت قيمة العملية كان(XRD)وباستعمال معلمات

أي بزيادة ملحوظة عما عليه في حالة الحبيبات (27nm-16)الحبيبات كان يتراوح مابين (2) والنقصان في قيمة(d) من الزيادة الطفيفة في قيمةأيضاالنانوية، وهذا بدوره يتضح

لجميع المستويات (TC)ل ، كذلك تم حساب عامل التشكي(101),(002)خاصة للمستويين بوفي يتضح وكما أيضا (002) هو السائد تشير الى أن اتجاه النمو (3.03)فكانت قيمته العالية

. [58,88]ون الباحث التي حصل عليهانتيجةالق مع فت النتائج ته، وهذ(4-2)الجدول

(100) (101)

(002)

(102) (103) Inte

nsity

(cps

)

2

102

انوية الن(ZnO) لبلوراتوحساباتها نتائج حيود األشعة السينيةيوضح:(4-2)جدولال .(oC 400)درجة حرارة أرضية عند

إذ يظهر وبشكل واضح وجود عنصر الخارصين ،(EDS) تحليل (4-13)يبين الشكل

مما يدل على وجود (K) واألوكسجين عند خط طاقة (K,L)ات متمثلة بـ بأربع طاق بسبب (K) الكالسيوم والسليكون عند خطي طاقة ا ، كذلك ظهر لدينا عنصر(ZnO)مركب

.وجود األرضية الزجاجية

درجة عند نانوية التركيب(ZnO) لبلورات(EDS)مخطط يوضح : (4-13)شكلال

.(oC 400) يةحرارة أرض

(103)

(102)

(101)

(002)

(100) hkl

62.801 47.572 36.272 34.504 31.851 2θ 1.4783 1.9092 2.4741 2.5970 2.8070 d(Å) 0.432 0.481 0.511 0.312 0.334 FWHM (deg)

1.478 0.109 0.076 0.243 0.259 d error(%)

22 18 16 27 25 Grain(nm) 0.212 0.181 0.696 3.031 0.878 TC

62.862 47.538 36.252 34.421 31.769 JCPDS for ZnO 2θ (deg)

1.4771 1.9111 2.4759 2.6033 2.8143 JCPDS for ZnO

d ( Å)

103

لم (500nm) ذي السمك (7) رقم النموذج عمالوباست (oC 450)وعند درجة حرارة نتائج أظهرت للفحص، لكن تاحة تتعلق بعدد النماذج المألسباب (SEM)نحصل على صور

التحليالت التركيبية وبوضوح دور درجة الحرارة في زيادة تبلور المادة من خالل الزيادة في يتضح ، إذ(4-14) وكما في الشكل(FWHM) لنسبية للذروات مع نقصان في قيمةالشدة ا

(002)عند سائد مع اتجاه [(103),(102),(101),(002),(100)]ظهور كل من المستويات .[143]ونتوصل اليه الباحث وتتفق هذه النتائج مع ما

درجة عند(ZnO) لـ مخطط حيود األشعة السينية يوضح:(4-14)شكلال .(oC 450) حرارة أرضية

تطابق معال قليلة جدا مما يشير الى (derror) قيمة فقد كانتى وبالنسبة للحسابات األخر معدل قطر الحبيبات ولجميع المستويات قد ازدادت عما عليه وان قيم (JCPDS)بطاقة

ت نتائج حسابات عامل التشكيل كذلك بين،(38nm-16)وبقيمة تقدر من (oC 400) عندوكما هو واضح في (3.571) البالغة من خالل قيمته العالية(002)تطابق مع اتجاه المستوي

أربع وجود عنصر الخارصين عند طيف أيضا (EDS)تحليالت وأظهرت .(4-3)الجدول يوم الكالسأما (K) خط طاقة عندوالسليكون واألوكسجين ( K,L)طاقات متمثلة بـ

شدة الطاقة وهذا قد يعود نقصان قليل في قيم مع وجود (K)فظهر عند خطي طاقة النموذجنفس في ىأخر الى االمتصاص الذي يحصل للشعاع المنبعث من قبل ذرات

.(4-15)وكما يتضح من الشكل

(102)

(101) (100)

(103)

(002)

Inte

nsity

(cps

)

2

104

درجة عند(ZnO) لـ وحساباتها نتائج حيود األشعة السينية يبين:(4-3)جدول ال .(oC 450) حرارة أرضية

.(oC 450) درجة حرارة أرضية عند (ZnO) لـ(EDS) مخطط يوضح:(4-15)شكلال

(103)

(102)

(101)

(002)

(100) hkl

62.82 47.570 36.263 34.451 31.752 2θ 1.478 1.9091 2.4752 2.6010 2.8152 d(Å) 0.314 0.561 0.432 0.221 0.251 FWHM (deg)

0.060 0.109 0.025 0.088 0.021 d error(%)

24 16 19 38 32 Grain(nm) 0.250 0.107 0.510 3.571 0.119 TC

62.862 47.538 36.252 34.421 31.769 JCPDS for ZnO 2θ (deg)

1.4771 1.9111 2.4759 2.6033 2.8143 JCPDS for ZnO d ( Å)

105

Nanorods (NRs)القضبان النانوية )3-2-4(

التركیبیة نتائج الفحوصات)1-3-2-4( وللنموذج (oC 500)أرضيةعلى قضبان نانوية التركيب عند درجة حرارة تم الحصول

وعند قدرات (SEM) بينت صور إذ المرسب على الزجاج، (500nm) ذي السمك (7)رقم اصطفاف وتكبير مختلفة تكون القضبان النانوية ذات الشكل المستقيم والكثافة العالية مع نمو

القضيب أن نرى إذ (4-18) و،(4-17) و(4-16) األشكالوكما في واضح باتجاه القاعدة أيضا يس سدابرأس لتنتهي األبعادالواحد يتكون من قاعدة سداسية الشكل ترتفع بنسق ثالثي

(300nm)قطر هذه القضبان بـمعدل قدر قد و، (001) مع اتجاهية لكن اصغر من القاعدة والتي تبين[76] الدراسة اجاءت به وتتفق هذه النتائج مع ما (1m)مع طول يصل الى

ذيمخططال وسداسية الشكل كما في (001) الحصول على قضبان نانوية باتجاهية أيضاك خالل هذه الصور تبين إمكانية الحصول على تركيب يتكون من ثالثة ، كذل(4b-19)الشكل (Nanotripod) مـدة واحدة مكونة ما يسمى بثالثي القوائـمرتبطة مع بعضها بقاعقضبان

يبين (4a-19) الشكل و والمخطط ذ[144]وهذا بحد ذاته له تطبيقات في مجاالت عديدة .وثبأشكالها المعتادة في البحونوعين منها

عند درجة حرارة النانوية (ZnO) لقضبان(SEM) صور يوضح:(4-16)شكل ال

.قدرتي تكبير مختلفةول (oC 500)أرضية

106

عند درجة حرارة النانوية (ZnO) لقضبان(SEM) صور يظهر:(4-17)شكل ال .قدرات تكبير مختلفة ول (oC 500)أرضية

nanotripod

nanorod

nanorod

nanotripod

nanorod

107

. التجاه القضبان(001) معامل ميلر واضحا فيها(SEM)صورة :(4-18)شكلال

.(Nanotripod) [144] شكل قياسي لـ مخطط a- (4-19)شكلال

b - [76] قياسي من القضبان نموذجمخطط شكل. (4-20) يتـضح مـن الـشكل إذر، ميع التراكيب متعددة التبلو ج أن (XRD)بينت نتائج

عند زوايا معلومة القيمة وباتجـاه [(102),(101),(002),(100)]وجود ذروات للمستويات وجـد انهـا عائـدة الـى (JCPDS) هذه القيم مع بطاقة لمطابقة ال باجراء و (002)هو سائد

لزيـادة خـالل ا من ذي التركيب السداسي، كذلك نرى التبلور الواضح للمادة (ZnO)تركيب يرافقـه انحـراف نحـو (FWHM)الواضحة في شدة المستويات جميعا مع نقصان في قيم

(d) من الن العالقة بين كل (d) وبالتالي زيادة المسافة بين المستويات البلورية األقلالزوايا هذه النتائج مرتبطة بصورة مباشرة مع معـدل و عالقة عكسية حسب قانون براك، (Sin)و

.(57nm-36)ما بين والتي كانت قيمتها تتراوح ،[145] ن القضبانوحبيبي لتكالقطر ال

a bc

(001)

108

عند النانوية(ZnO)مخطط حيود األشعة السينية لقضبان يوضح :(4-20)شكلال .(oC 500) درجة حرارة أرضية

لتطابق قليلة جدا مما يؤكد عملية ا (derror) العملية كانت قيمة (XRD)وباستعمال معلمات قيم عامل التشكيل فقـد أما، (4-4) وكما في الجدول مع البيانات الحقيقية ألوكسيد الخارصين

من خالل القيمة القريبة للواحد ى للذرات باتحاه المستويات األخر أكثر ا هناك انتظام أن أثبتتج هذه النتـائ و ،(002) على حساب النقصان الحاصل في المستوي (100),(101)للمستويين

.[1,57,146] ينتتوافق مع نتائج الباحث

النانوية (ZnO)لقضبانوحساباتها نتائج حيود األشعة السينية يبين:(4-4)جدول ال .(oC 500) درجة حرارة أرضية عند

(103)

(102)

(101)

(002)

(100) hkl

62.671 47.580 36.250 34.440 31.721 2θ 1.4812 1.9095 2.4763 2.6020 2.8181 d(Å) 0.252 0.211 0.234 0.201 0.145 FWHM (deg)

0.281 0.083 0.016 0.026 0.151 d error(%)

37 41 36 41 57 Grain(nm) 0.408 0.306 0.951 2.551 0.714 TC

62.862 47.538 36.252 34.421 31.769 JCPDS for ZnO 2θ (deg)

1.4771 1.9111 2.4759 2.6033 2.8143 JCPDS for ZnO d ( Å)

(002)

(102)

(101)

(103)

(100)

Inte

nsity

(cps

)

2

109

طاقة لكل مـن الكانت واضحة جدا من خالل القيم العالية لخطوط فقد (EDS)تحليالت اما ولعنصر (K) ولألوكسجين المتمثل بخط الطاقة (K,L) األربعةالخارصين ذي الطاقات

ـ (K) خط طاقة وللسليكون عند (K)الكالسيوم عند خطي طاقة (4-21)شكل وكما فـي ال .[61]وهذه النتيجة تتفق مع الدراسة

عند نانوية التركيب (ZnO) لقضبان(EDS) مخطط يوضح:(4-21)شكلال .(oC 500) ةدرجة حرارة أرضي

المرسـب (500nm) ذي السمك (8)رقم وللنموذج (oC 550)أرضيةوعند درجة حرارة عن سـابقاتها، نانوية التركيب ولكن بشكل مختلف حصلنا على قضبان أيضا فقد على الزجاج

(4-23)و (4-22) األشـكال عند قدرات تكبير مختلفـة وكمـا فـي (SEM)فقد بينت صور مع تجانس واضـح، أعلى هذه القضبان منفصلة عن بعضها البعض وذات كثافة أن (4-24)و يـصل أعلىل وطو (250nm-125) ـقطر اقل والذي قدر ب معدل ذو الواحد القضيب إن إذ

حصلنا عليها ألول قابلة لالنحناء وهذه خاصية جديدة ، ويتضح كذلك أن اغلبها (1.5m)الى . (ZnO)فيما يخص القضبان النانوية لـ العالمية لم نعهدها في البحوث في العراق مرة

درجة حرارة النانوية عند(ZnO) لقضبان(SEM) صوريظهر:(4-22)شكلال

.قدرتي تكبير مختلفة ول(oC 550) ضيةأر

110

درجة حرارة أرضية النانوية عند (ZnO)لقضبان (SEM)صوريظهر :(4-23)شكلال

(550 oC)قدرت تكبير مختلفة ول.

D=171nm Length=1.23 μm Nanorod

D= 225nm

111

درجة حرارة النانوية عند (ZnO) لقضبان(SEM)صوريظهر :(4-24)شكلال .قدرت تكبير مختلفةول (oC 550) أرضية

ممـا يؤكـد (001) االتجاهات البلورية لهذه القضبان وهو ا من احدو (4-25)الشكل يبين

االتجاهات المهمة فـي نمـو قـضبان ا من احدو الخارصين الن أوكسيد المادة هي أن أكثر(ZnO) جة الحـرارة الجيد عند در النماء الى األشكال وقد يعزى تكون هذه ،[76] (001)هو

. داخل المفاعل وكفاءة التقنية المستعملةالنموذجهذه والى موقع

التجاه قضبان(001) معامل ميلر واضحا فيها(SEM)صورة :(4-25)شكلال(ZnO) درجة حرارة أرضية النانوية عند(550 oC).

(001)

112

ـ أن العملية (XRD)بينت نتائج ور باالتجاهيـة هذه القضبان ذات تركيـب متعـدد التبلوكما فـي باتجاه عمودي على القاعدة أي (002)ند سائد ع مع اتجاه [(101),(002),(100)]

الذي يـدعى بـأنموذج (Drift) أنموذجيعزى هذا الميل في التبلور الى قد و، (4-26)الشكل تأخذ أكثـر مـن اتجـاه فـي (Nucleation) عملية التنوية أنالبقاء لألسرع والذي أفترض

من نمو الغشاء ثم تبدأ هذه االتجاهات بالتنافس في أثناء نموها فتستمر النـوى ىاحل األول المر باتجـاه (ZnO) وهذا ما يفسر نمو أغشية ىاألسرع في النمو، بينما يتوقف نمو النوى األخر

يمثل اتجاه لكونه أي باتجاه عمودي على القاعدة الن هذا االتجاه هو األسرع في النمو (002) أيـضا ، نالحظ القياسية (ZnO) متطابقة مع بيانات وبذلك فهذه النتائج . [147]عادةسيب التر

وهذا يدل علـى دور (100) وخاصة عند أعلىاختفاء بعض الذروات وبروز ذروات بشدات قللت االجهادات المتولدة عنـد الحـدود قد تكون الجيد والتي بدورهانماءلادرجة الحرارة في

ترتيـب نفـسها إلعـادة تقليل العيوب البلورية ومنح الذرات الطاقة الكافية الحبيبية وبالتالي .ونموها بهذه الهيأة الجديدة

عند النانوية(ZnO)يوضح مخطط حيود األشعة السينية لقضبان :(4-26)شكلال .(oC 550)درجة حرارة أرضية

بزيادة التبلور من خـالل نقـصان قـيم كذلك بينت نتائج التحليالت عالقة درجة الحرارة (FWHM) وزيادة معدل قطر الحبيبات من (67-50nm) يرافقها انحراف قليـل فـي قـيم

انها ذات قيمة اقل ممـا سـبق أيضا (derror) نتائج وأظهرت باتجاه القيم القليلة، (2)الزوايا نتـائج عامـل التـشكيل اأم، (ZnO)مما يؤكد على تطابق القيم العملية مع القيم القياسية لـ

(TC) (002) و (100) انتظاما عند أكثر فعال بروز مستويات جديدة ذات ذروات أكدت فقد .(4-5)وكما يوضحها الجدول

Inte

nsity

(cps

)

2

113

النانوية (ZnO) لقضبان وحساباتها نتائج حيود األشعة السينية يوضح:(4-5)جدولال .(oC 550) درجة حرارة أرضية عند

(oC 500)درجة حرارة أرضـية كانت متقاربة مع مثيالتها التي عندفقد (EDS)نتائج اما أربـع ظهر عنصر الخارصين عند إذ نسبيا ولجميع خطوط طيف الطاقة، أعلى مع شدة لكن

مـع (K) مع طاقتين للكالسيوم عنـد لألوكسجين بالنسبة (K) و (K,L)قيم متمثلة بـ .(4-27) وكما واضح في الشكل(K)النسبة للسليكون عند الخط طاقة واحدة ب

درجة عند نانوية التركيب (ZnO) لقضبان(EDS)مخطط يبين : (4-27)شكلال

. (oC 550) حرارة أرضية

(101)

(002)

(100) hkl

36.233 34.430 31.749 2θ 2.4772 2.6027 2.8161 d(Å) 0.169 0.149 0.123 FWHM (deg) 0.052 0.034 0.063 d error(%)

50 56 67 Grain(nm) 0.244 1.530 1.220 TC 36.252 34.421 31.769 JCPDS for ZnO

2θ (deg) 2.4759 2.6033 2.8143 JCPDS for ZnO

d ( Å)

114

تأثير درجة الحرارةحساباتمقارنة و )4-2-4(

التركیبیة الخواص)1-4-2-4(

رارة بصورة عامة على جميع التراكيب البلورية وحساب كـل معرفة تأثير درجة الح ألجل بصورة نفسه اإلجهاد تأثير الناتج من (Strain) االنفعال أووالتوتر (Stress) اإلجهادمن قيم

تمـايزا بـين المـستويات األكثر كونه المستوي (002)واضحة تم اختيار المستوي البلوري (a,c)ىكن عنده حساب ثوابت الـشبيكة األخـر النانوية وكذلك يم (ZnO) لتراكيب ىاألخر

أمكننـا (oC 250) فانه عند الدرجة الحرارية الحرجةمسبقا إذ وكما بينا .(2-3)حسب العالقةالحصول على غشاء جيد االلتصاقية ولكن من ناحية التركيب البلـوري فقـد بـين مخطـط

(XRD) التـأثير (4-6)بـين الجـدول يو .(4-28)انه ذو تركيب عشوائي وكما في الـشكل درجة الحرارة ولجميـع عوبارتفا نالحظ انه إذالواضح لدرجة الحرارة على البنية البلورية،

إشـغال التراكيب يزداد التبلور وبالتالي تقليل العيوب البلورية المتمثلة بالحدود الحبيبية وعدم دة درجة الحـرارة زيا أن من المعروف ألنه ،الذرات لمواقعها الصحيحة في الشبيكة البلورية

مواقعهـا إشـغال تؤدي الى زيادة الطاقة الحركية السطحية للذرات المترسبة مما يسهل عليها هذه النتيجة مع نتيجة تتفق و الصحيحة في الشبيكة البلورية ومن ثم زيادة في حجم الحبيبات،

ة فـي حجـم الموجودة والتي تبين زيـاد العملية وهذا واضح فعال من القيم،[148] دراسةال نحو القيم القليلة مع زيـادة فـي المـسافة بـين (2) للزاوية قليلالحبيبات يرافقها انحراف

(d)اعتمـادا علـى قيمـة (a,c)، وتم كذلك حساب ثابتي الـشبيكة (d)المستويات البلورية المـستوي عنـد (2-3)بعد تطبيق العالقة (c=2d) أنالمحسوبة من قانون براك على اعتبار

مـادة أنمما يدل على هناك زيادة في قيمه أن يتضح إذ، [84] (c/a=1.602)ان و (002)(ZnO) ،على قيم ثوابت الشبيكة تم حـساب وباالعتماد تنمو فعليا باتجاه عمودي على القاعدة

على (2-9) و (2-8)لعالقتين على وفق ا المرافقين لتكون جميع التراكيب والتوتر اإلجهادقيم مـن ألنـه بزيادة حجم الحبيبات وزيادته بنقصانها باإلجهاد النقصان الواضح يتبينو، تاليالت

المتخلـف اإلجهـاد كبر المسافات البينيـة بـين المـستويات البلوريـة تقلـل أنالمعروف (Residual Stress)كـل مـن الحـدود ، ويرافق كبر الحبيبات قلةاالنفعال وبالتالي نقصان ، ومن المعروف أيضا أن حجم الحبيبات مرتبط بعمليـة [62,90,149]الحبيبية واالنخالعات

وانه األخرىترسيب بخار المادة، فحجمها يزداد مع زيادة حركية السطح للذرات الواقعة فوق رفع درجة حرارة السطح، معدل الترسـيب، سـرعة : يزداد كذلك مع كل من أنمن المتوقع

وهذه تتفق الى حـد مـا مـع مـا [150] الذرات المتبخرة الموازية للسطح ونعومة السطح .توصلنا اليه من نتائج

115

عند (ZnO)ألغشية مخطط حيود األشعة السينية يوضح :(4-28)شكلال .(oC 250) ية الحرجةحرارالدرجة ال

النانوية عند درجات (ZnO) لتراكيب (XRD) نتائج وحسابات يوضح:(4-6)جدولال . مختلفة أرضيةحرارة

JCPDS (002) 550 500 450 400 400 Temperature

( oC)

---- NRs NRs ----- NCs NPs Nanostructures

34.421 34.430 34.440 34.451 34.504 34.511 2θ 2.603 2.6027 2.6020 2.6010 2.5970 2.5968 d(Å)

---- 0.149 0.201 0.221 0.312 0.652 FWHM (deg) ---- 56 41 38 25 13 Grain(nm)

5.2066 5.2050 5.2041 5.2020 5.1940 5.1936 c (Å) 3.2498 3.2490 3.2482 3.2469 3.2419 3.2417 a (Å)

---- 0.07 0.116 0.206 0.564 0.582 Stress

---- 0.030 0.050 0.088 0.242 0.255 Strain

Inte

nsity

(cps

)

2

116

(AFM) نتائج فحوصات )2-4-2-4(

الترسيب المواد المرسبة ومدى تأثير تغير درجة حرارة سطوحتضاريس دراسة ألجل تم استعمال مجهر القوة ، في لكل درجة حرارية المتبعةتحضيرالوعند نفس ظروف عليها تصوير وتحليل هذه السطوح واعطاء قيم احصائية في على القدرةي ذ(AFM)الذرية

(Roughness)السطح خشونة وعن قيم توزيعها،غاية الدقة عن معدل حجم الحبيبات و (Root Mean Square -RMS)لتربيعي لمربع متوسط الخشونةار ذاعتمادا على الج

تأثير درجة حرارة (AFM)تبين صورو. الكثير من المعلمات المهمةباالضافة الى تزويدنا ب ذات (4-30) و(4-29)الشكلينمن ، إذ يتضح على تركيب السطح(oC 400) عندالترسيب

عند هذه (NPs)نانوية التركيبتكون الحبيبات مختلفتين مسحولعمليتيين والثالثة أبعاد البعدالمحسوبة وفق برنامج (RMS) وهذا ما تبينه نتائج قيم معدل الخشونة،الدرجة

(Imager4.62) الملحق مع جهاز (AFM) ،قيمها كانت إذ(16.1nm) عند المسح (5x5m2)و (18.2nm) عند المسح و(11x11 m2) وبذلك فان صغر هذه القيم يدل ،

أن السطح معناهها ألن صغر فعال الحبيبات هذهصغر مما يؤكد على نعومة السطحج تتطابق مع ما توصل اليه وهذه النتائ(Densely Packed Grains) حشو كثيف ذو

وباستعمال خاصية،كذلك بينت الصور تجانس الحبيبات مع الكثافة العالية ،[48] الباحثون (Section Lines)تم التأكد من قيم تحليالت السطح .

.(oC 400) أرضيةعند درجة حرارة(AFM)ونتائجصور يظهر :(4-29)شكل ال

a - ثالثية البعد. b- ثنائية البعد.

a

117

.(oC 400) أرضيةة حرارةـعند درج(AFM) ور ونتائجـصيظهر :(4-30)شكل الa -ثالثية البعد . b-ثنائية البعد .

في خشونة قليلةزيادة (AFM)فقد بينت صور (oC 450)وعند درجة حرارة ترسيب مقياس عند (44nm) التي بلغت(RMS)السطح المقاس وذلك من خالل قيمة

(10x10m2)تم التأكد من هذه القيم باستعمال خاصية ، وقد (Section Lines) أيضا وكما .(4-31)في الشكل

(oC 450) أرضيةعند درجة حرارة (AFM) صور ونتائج يظهر:(4-31)شكل الa-ثالثية البعد . b-ثنائية البعد .

زيادة أكثر (AFM) فقد بينت صور (oC 550) و (oC 500) أما عند درجات الحرارة

ذلك من خالل (RMS)في خشونة السطح عما هي عليه عند الدرجات القليلة، إذ بينت قيم على (10x10m2) و (5x5m2) المسحيعند مقياس (79.5nm) و(68.6nm) اآلتيةقيمها

تم التأكد (Section Lines) ، وباستعمال خاصية(4-33)و(4-32) الشكلين وكما فييتالالت .جميع قيم تحليالت السطحمن أيضا

a b

a b

118

(500oC) أرضيةعند درجة حرارة(AFM)ور ونتائجـص يظهر:(4-32)شكل الa -ثالثية البعد . b-ثنائية البعد .

(550oC) أرضيةعند درجة حرارة(AFM)ور ونتائجـصيظهر :(4-33)شكل الa -ثالثية البعد . b-ثنائية البعد .

زيادة درجة حرارة أنوبذلك فقد تبين من جميع الصور والتحليالت الخاصة بالسطح

ونقصان الحدود لسطح مما يدل على زيادة حجم الحبيباتخشونة امعدل من تزيدالترسيبالحبيبية وهذا يتطابق مع ما حصلنا عليه من زيادة في حجوم التراكيب النانوية ككل مع زيادة

قدرة وكما تؤكد الدراسات الحديثة ال (AFM)مجهر القوة الذريةوبهذا فان ل ،درجة الحرارة دقيق جدا فاق آلية المجهر االلكتروني الماسح الذي تشخيص وتحليل النتائج بشكلعلى الفائقة

بالسلوكونتائج دراستنا تتفق [151]السطوحخشونة من ناحية لم يوضح أي فرق طوبغرافي ، وتتفق أيضا مع دراسات [152,153]مع عدد من الدراسات فيما يخص أوكسيد الخارصين

.[154,155] لمواد مختلفةىأخر

a b

a b

119

التشویب تأثیر )4-3(

لتأثير أية شائبة داخل البنية البلورية الدور الكبير في تغيير أكثر الخصائص الفيزيائية ن إألنه يمكن أن تؤثر في ابسط الحاالت على حجم البلورة وبالتالي المسافة بين السطوح

حيود الضمن منحني ) 2θ(زاوية الالبلورية، مما يتسبب بدوره بإزاحة مواقع القمم في محور كبر أو اقل اعتمادا على القطر األيوني لذرات المادة الشائبة عند مقارنتها مع المادة إلى قيم اومن المعروف أيضا أن التأثير الفعال للتشويب يحصل ، [156]في الشبيكة) Host( المضيفة

[157]عندما تكون ذرات المادة الشائبة اصغر أو مساوية للقطر األيوني للمادة المضيفة الخارصين،ألوكسيد على شكل التركيب النانوي (Fe)ثير التشويب بالحديد وألجل دراسة تأ

:يأتيقد حصلنا على ما و (SEM)تم اختيار عدد من النسب المتاحة لقياسات

Nanoflowersالزھور النانویة )1-3-4( التركیبیة نتائج الفحوصات)1-1-3-4(

يشبه الزهور ذات الشكل المميز وذلك عن طريق التشويب بنسب قليلة تم الحصول على ما (oC 500)درجة حرارة ترسيب النسبة األولى وبعند ف ،(%10)و(%4) من الحديد مقدراها

(SEM) صور قد بينت(400nm) ذي السمك (6)رقم للنموذج وعلى قواعد من الزجاج فروع عدة والية تركيبها المتكونة مناألشكالجمالية هذه ير مختلفة وعند قدرات تكب

على شكل في نفس الوقت و (Nanosheets) وصفائح نانوية (Nanobranches)نانوية وبأقطار نهاية كل فرع مشابه الى القضبان إن إذطبقات متعددة لتشكل جميعا هذا التركيب،

وكما في األحيان من المايكرون في اغلب مع طول اقل(200nm) من بأقلمختلفة تقدر خاصة ب وتُعد الزهور النانوية حديثة االكتشاف في العالم و،(4b-34) و(4a-34) لينالشك وفي اغلب األحيان تصنع باستعمال ، كونها تحتاج الى قواعد خاصة للترسيب(ZnO)لـ

األشكالوتشابه يب للتراكالصور الكثافة العالية جميع كذلك يتضح من ، [60] (VLS)تقنية ألوكسيدداخل الشبيكة البلورية مع تكرارها، وقد يعزى هذا التركيب الى دخول ذرات الحديد

الى انضغاط أدىمما الخارصين وبالتالي عملت على تغيير بسيط في مستوياتها البلورية عنصر الحديد من العناصر أن ومن المعروف .بعض البلورات السداسية وبقاء األخرى

وقابليته ىالنتقالية ذات القدرة الكبيرة على االتحاد مع بعضها البعض ومع الفلزات األخرا .[39] على الظهور بعدة حاالت تأكسد اعتمادا على الظروف المتاحةأيضا

120

عند نسبة النانوية (ZnO:Fe) لزهور(SEM)صوريظهر :(4a-34)شكلال .رات تكبير مختلفة ولقد(%4)التشويب

nanoflower

121

عند نسبة النانوية (ZnO:Fe) لزهور(SEM)صور يظهر :(4b-34)شكلال . ولقدرات تكبير مختلفة(%4)التشويب

D=184nm

D=134nm

nanoflower

122

كما في الشكلو هذه التراكيب من النوع متعدد التبلورأن العملية (XRD)نتائج بينت [(102),(101),(002),(100)]ت المتمثلة بالمستويات من الذرواا عددأظهرت إذ، (35-4)

[64] وهذا يتفق مع دراسة الباحثين الخارصينألوكسيد العالمية (JCPDS) تطابق مع بطاقة (Fe2O3),(FeO),(Fe) الحديد المعروفة مثل أطوارلم يتبين وجود أي طور من كذلك و

إنها و السينيةاألشعةي مخطط حيود تظهر ف الشوائب عند النسب القليلة الأنوهذا يدل على هناك أن أيضانالحظ من المخطط و، [65,158]تكون مندمجة داخل التركيب البلوري نفسه

في قيم زيادة مع (2) نحو القيم العالية لـ[(102),(002),(101)]ازاحة قليلة للمستويات (FWHM)عما هي عليه عند الحاالت غير المشوبة ضمن درجة حرارة (500 oC) وبالتالي

وهذا قد يعزى الى حقيقة دخول ايون الحديد (d)بين المستويات البلورية نقصان المسافة(Fe+3) بدال من ايون الخارصين(Zn+2) داخل الشبيكة البلورية أي حصول عملية

للخارصين األيوني اصغر من القطر (Å 0.68) للحديد األيونياستبدال ذرية كون القطر (0.74 Å) [65].

.(%4)عند نسبة التشويب النانوية (ZnO:Fe)لزهور (XRD)مخطط يوضح :(4-35)شكلال

مقارنة بتراكيب صغر حجم الحبيبات (XRD)بينت نتائج التحليالت المرتبطة بقياسات (ZnO) والتي بلغ معدل قطرها عند نفس درجة الحرارة واتجاه المستويةالمشوبير غ مع القيم العالية (derror) النتائج القيمة القليلة لـ أظهرتكذلك ،(39nm-18)بحدود الحبيبي

وكما في [(101),(002),(100)] للمستويات باتجاهأكثرنمو تؤكد تيلعامل التشكيل وال األربعة فقد بينت وجود عنصر الخارصين عند الطاقات (EDS) تحليالت أما، (4-7)الجدول

(K)عند خط طاقة والسيلكون الكالسيومو ،األوكسجينوكذلك (K,L) المتمثلة بـ

2

Inte

nsity

(cps

)

123

رغم نسبته (K,L) ر عنصر الحديد عند أربع طاقات متمثلة بـوباإلضافة الى ذلك ظه مما يؤكد دخول شائبة الحديد ضمن التركيب البلوري ألوكسيد الخارصين، ولذلك يعد القليلة

ضمن الشوائب الموجودة والتي يتعذر معرفتها هذا النوع من التحليل ضروريا لمعرفة نوعية .(4-36)وكما في الشكل (XRD)تحليل

عند النانوية (ZnO:Fe)لزهور (XRD)نتائج وحسابات يظهر :(4-7)جدول ال .(%4)نسبة التشويب

. (%4)عند نسبة التشويب النانوية (ZnO:Fe) لزهور(EDS)مخطط يوضح :(4-36)شكلال

(102)

(101)

(002)

(100) hkl

47.257 36.257 34.429 31.750 2θ 1.9101 2.4752 2.6024 2.8162 d(Å) 0.425 0.212 0.231 0.451 FWHM (deg)

0.052 0.028 0.034 0.067 d error(%)

20 39 36 18 Grain(nm) 0.377 1.716 1.098 1.510 TC 47.538 36.252 34.421 31.769 JCPDS for ZnO

2θ (deg) 1.9111 2.4759 2.6033 2.8143 JCPDS for ZnO

d ( Å)

124

الحصول (SEM)ولنفس ظروف الترسيب السابقة بينت صور (%10)وعند نسبة التشويب ، إذ نالحظ انها متكونة من وتكرارا ولكن بأشكال أكثر انتظاما أيضاعلى ما يشبه الزهور

في األغلب ذات كانتوالتي (Nanospikes)[36] )نتوءات ( مدببة نانويةمجموعة قضبان دود مايكرون واحدا او أكثر بقليلـ مع طول بح(200nm-85) در حواليـأقطار متقاربة تق

، كذلك نرى انها اقرب ما تكون الى وهذه القضبان تلتقي بقاعدة واحدة لتشكل حقيقة ما موجودآلية النمو وبالتالي تفاوت أحجامها، غير متفتحة وهذا بالتأكيد يعود الى وأخرى زهور متفتحة

من ناحية أخرى تبين لنا أن هذه األشكال في حقيقة تكوينها مرتبطة بعملية التشويب بالحديدلحد هذه وخالل البحوث العالمية المنشورة و الموجودة، ألنه هناك تشابه بين حالتي التشويب

، لذلك نعتقد أن على مثل هذه الهيأةلم نجد أشكاال ألوكسيد الخارصين المشوب بالحديد المدة وكما دراستنا هي أول دراسة نحصل خاللها على تطوير أوكسيد الخارصين بأشكال جديدة

.(4-39)و (4-38) و(4-37)في األشكال

عند نسبة التشويب النانوية (ZnO:Fe) لزهور(SEM)صور يظهر :(4-37)شكلال .تكبير مختلفة ولقدرتي (10%)

nanoflowers

125

عند نسبة النانوية (ZnO:Fe) لزهور(SEM)صور يظهر :(4-38)شكلال .ولقدرات تكبير مختلفة (%10)التشويب

126

.(%10)عند نسبة التشويب النانوية (ZnO:Fe) لزهور(SEM) ةصور:(4-39)شكلال

وجود ( 4-40) التراكيب متعددة التبلور، إذ يتضح من الشكل أن جميع(XRD)بينت نتائج معلومة القيمة وباتجاه حيود عند زوايا[(101),(002),(100)] للمستويات واضحةذروات وجد انها عائدة الى (JCPDS)وعند مطابقة هذه القيم مع بطاقة ,(101)] [(002)هو سائد

األعلى (2) قيم نحو احة قليلة للمستوياتأن هناك از كذلك نالحظ السداسي،(ZnO)تركيب ، وهذه النتائج جميعا األقل أيضا عما هي في حالة التشويب (FWHM)في قيم مع زيادة

بالنسبة لعدم أما، [2]يرافقها نقصان في شدة الذروات مما يؤكد نقصان الحجم الحبيبي فعال من غيره أكثرن اتجاه النمو ضم طبيعي يرافق عملياتأمر فهو (102)ظهور المستوي

وجود يتبين وبالرغم من النسبة األكثر للحديد لم وكذلك حسب ظروف الترسيب المستعملة، على أن أيضا وهذا يدل(Fe2O3) ,(FeO) ,(Fe)أي طور من أطوار الحديد المعروفة مثل

مجة داخل إنها تكون مندتظهر في مخطط حيود األشعة السينية و الشوائب عند النسب القليلة الالى حقيقة دخول ايون الحديد وقد تعزى هذه النتيجة ،[65,158] التركيب البلوري نفسه

(Fe+3) بدال من ايون الخارصين [65]األصغر(Zn+2)التحليالت أما، داخل الشبيكة البلورية نقصان حجم الحبيبات عما هي أيضا أظهرت فقد (XRD)المستنتجة من النتائج العملية لـ

مما يؤكد عملية التطابق مع (derror) مع القيمة القليلة لـ (%4)عند التشويب بقيمة عليه قيمها األعلى من (TC) التشكيل وكذلك أكدت قيم عاملالبيانات الحقيقية ألوكسيد الخارصين

.(4-8) في الجدول وكما (100) ,(002)هي السائدة االتجاهية أنمن الواحد

D=114nm

D=85nm

nanospikes

127

.(%10)عند نسبة التشويب النانوية (ZnO:Fe)لزهور (XRD)مخططيظهر :(4-40)شكلال

النانوية(ZnO:Fe)لزهور (XRD) نتائج وحسابات يوضح:(4-8)جدول ال .(%10) عند نسبة التشويب

(101)

(002)

(100) hkl

36.276 34.442 31.761 2θ 2.4740 2.6018 2.8151 d(Å) 0.261 0.288 0.441 FWHM (deg) 0.061 0.057 0.024 d error(%)

32 29 19 Grain(nm) 1.363 1.091 0.545 TC 36.252 34.421 31.769 JCPDS for ZnO 2θ

(deg) 2.4759 2.6033 2.8143 JCPDS for ZnO d (

Å)

2

Inte

nsity

(cps

)

(002)

(100)

(101)

128

وجود عنصر الخارصين عند الطاقات األربعة المتمثلة أيضا فقد بينت(EDS)أما تحليالت الحديد ر عنصروظهمع (K) عند خط طاقةلسليكونوكذلك األوكسجين وا(K,L) قيمب

وهذا يؤكد دخول شائبة الحديد ضمن التركيب (K,L) عند أربع طاقات متمثلة بقيم بالرغم من عدم ظهورها في مخطط حيود األشعة البلوري ألوكسيد الخارصين

عنصر الكالسيوم بوضوح وهذا قد يعزى الى قدرة كذلك تبين عدم ظهور، [65,158]السينية .(4-41) في الشكل يتضحوكماكشف الجهاز او الى كثافة التراكيب النانوية

عندلنانوية ا (ZnO:Fe) لزهور(EDS) مخطط يوضح:(4-41)شكلال (%10)نسبة التشويب

على (7) و(6) نموذجينللو (%30)و (%20)وبالتحديد اما عند النسب العالية للحديد وضمن نفس ظروف الترسيب المتبعة عند (oC 500) عند درجة حرارة أرضية تاليالت

ألسباب تتعلق بعدد النماذج المتاحة (SEM)فلم نحصل الصور الخاصة بـ النسب األقل : يأتيوكما ,(AFM) (XRD) ,(XRF) ولكن تم اجراء فحوصات كل من للفحص

وبوضوح وجود عنصري الخارصين والحديد، إذ (XRF) بينت نتائج (%20)لنسبة ا فعند أن نسبة الخارصين أعلى نسبة وان الحديد يشكل ربع الشدة تقريبا (4-42)يتضح من الشكل

باالضافة الى ظهور عنصري الكالسيوم واالركون بسبب وجود القاعدة الزجاجية والغاز ين فلم يظهر بسبب عدم قدرة الجهاز علىالمستعمل داخل جهاز الفحص، أما األوكسج

. كشف الطاقات الواطئة

129

.(%20)عند نسبة التشويب (ZnO:Fe)للمركب (XRF)مخطط يبين :(4-42)شكلال

يتضح إذ المادة ذات تركيب متعدد التبلور، أن العملية فقد بينت (XRD) فحوصات أما

(JCPDS) وحسب بطاقة (ZnO) من الذروات العائدة لغشاءوجود عدد (4-43)من الشكل وان (002)عند سائد وباتجاه (102)]،(101)،(002)،[(100)وهذه الذروات هي للمستويات

وبالتالي زيادة المسافة بين (2) للزاويةاألقل لهذه المستويات باتجاه القيم قليالاهناك انحراف مما يؤدي بدوره الى زيادة في حجم (FWHM) المستويات البلورية مع نقصان في قيم

عند ,(104) (110) الحبيبات جميعا، كذلك يتضح من الشكل نفسه وجود ذروات جديدة هي (Fe2O3)، وبعد المطابقة وجد انها عائدة للطور تالي على الت(35.633) و(33.159)الزوايا

في والواضحة(JCPDS-no.33-0664)ذي البطاقة (Rhombohedral) بـاو ما يسمى وبذلك فهذا يؤكد امكانية ظهور احد أطوار الحديد المعروفة عند النسب العالية (4-44)الشكل

حصلنا عليه هو أن وجود النسب العالية يمكن تفسير ماو .[159]وهذا يتفق مع الدراسة ا الى حصول ما يدعى بالعيب النقطي في منطقة صغيرة جدا إذا مأدى لشوائب الحديد قد

الى زيادة قليلة في حجم الحبيبات نتيجة دخول أدىهذا العيب و، [80]قورن بحجم البلورة بدال عن ذرات الخارصين وفي نفس (Substitution atoms)ذرات استبدالية ك ذرات الحديد

زيادةضمن النسق البلوري وبالتالي (Interstitial atoms)ذرات بينية كالوقت دخلت .[160]األوكسجينفراغات

130

.(%20)عند نسبة التشويب (ZnO:Fe)للمركب (XRD)مخطط يوضح :(4-43)شكلال

.(Fe2O3) لمركب ل(JCPDS no.33-0664)بطاقة يظهر :(4-44)شكلال

زيادة حجم يتبين إذ ،(XRD) المعتمدة على قياسات ى التحليالت األخر(4-9)ن الجدوليويب مع زيادة في ثابت الشبيكة، كذلك قلة (%10)الحبيبات عما هي عليه في حالة التشويب

وذلك خالل (002)للنمو االتجاه السائد أن فقد بينت بوضوح (TC) قيم أما ،(derror)قيم . من الواحداألكبر اقيمته

(100)

(002)

(101) (110

) (102)

(104

)

2

Inte

nsity

(cps

)

131

.(%20) نسبة التشويبعند (ZnO:Fe)لمركب ل(XRD) نتائج وحساباتيبين:(4-9)جدولال

وبوضوح وجود عنصري (XRF) فقد أظهرت نتائج قياس (%30)وعند النسبة

نسبة الخارصين أعلى نسبيا وان نسبة أن (4-45)الخارصين والحديد، إذ يتضح من الشكل كذلك تبين ظهور عنصري و، (%20) عما هي عليه في حالة الحديد قد ازدادت قليال

الكالسيوم واالركون بسبب وجود القاعدة الزجاجية المرسب عليها والغاز المستعمل داخل . جهاز الفحص، اما األوكسجين فلم يظهر لنفس السبب العائد الى كفاءة الجهاز

.(%30)عند نسبة التشويب (ZnO:Fe)للمركب (XRF)مخطط يوضح:(4-45)شكلال

(102)

(101)

(002)

(100) hkl

47.453 36.269 34.419 31.752 2θ 1.9144 2.4748 2.6035 2.8158 d(Å) 0.249 0.221 0.212 0.311 FWHM (deg)

0.172 0.044 0.007 0.053 d error(%)

35 38 40 27 Grain(nm) 0.506 0.564 3.614 0.542 TC

47.538 36.252 34.421 31.769 JCPDS for ZnO 2θ (deg)

1.9111 2.4759 2.6033 2.8143 JCPDS for ZnO d ( Å)

132

يتضح من الشكلإذ جميع التراكيب متعددة التبلور، أن العملية (XRD)بينت نتائج أوكسيد والعائدة الى تركيب [(110),(102),(101),(002),(100)] وجود الذروات (46-4)

ن ضمات سائدةهذه الذروات ذات اتجاهو، (JCPDS)السداسي حسب بطاقة الخارصين مع وجود انحراف قليل لهذه المستويات نحو القيم القليلة [(100),(002),(101)]المستويات

مما يدل على زيادة المسافة البلورية أيضا (FWHM)نقصان اقل في قيم و (2) لزاويةلبين المستويات حسب قانون براك وبالتالي زيادة قليلة في حجم الحبيبات عما هي عليه في

(Fe2O3) ظهرت ذروات واضحة للطور إذ التشويب فقد بدا واضحا، تأثير أما، األقلنسب ال والمقابلة للزوايا (116)]،(024)،(113)،(110)،(104)، [(012) اآلتيةوضمن المستويات

، وهذه تاليعلى الت (54.089)]،(49.479)،(40.854)،(35.611)،(33.152)،[(24.138)، وبهذا فان ظهور طور الحديد هذا (Fe2O3)العائدة لـ (JCPDS)النتائج تتطابق مع بطاقة

ذرات بينية ذرات استبدالية وبوصفها يؤكد على زيادة النسبة المستعملة ودخول ذرات الحديد . [160] وهذا يتفق مع في نفس الوقت مما أدى بدوره الى زيادة قليلة في حجم الحبيبات

.(%30)عند نسبة التشويب (ZnO:Fe)للمركب (XRD)مخطط يوضح :(4-46)شكلال

يتضح منه وجود إذ، (XRD) المرتبطة بقياسات النتائج األخرى (4-10) يبين الجدول

(ZnO) جميع القيم ذات تقارب مع قيم أن والتي تدل على (derror)القيمة القليلة لـ للمستويات (TC) بر لعامل التشكيللحبيبات مع وجود القيمة األكحجم اقيم وكذلك زيادة في

. بهذا االتجاهسائد والتي تؤكد أن النمو ال[(101),(002),(100)]

(100)

(101)

(104

)

(102)

(110

)

(002)

(116) (113)

(110)

(024) (012)

2

Inte

nsity

(cps

)

133

.(%30) النسبة عند(ZnO:Fe) للمركب(XRD) نتائج وحسابات يوضح:(4-10)جدول ال

والتي هي نترات صالحة للعملوألجل التأكد عمليا من أن المادة المستعملة في التشويب

وإنها بوجود الحرارة وظروف الترسيب المتبعة ممكن [Fe(NO3)3·9H2O] الحديد المائية ،(oC 500) درجة حرارة عند ، تم ترسيب غشاء من هذه المادة(Fe2O3)أن تعطي غشاء

ذات الطور (Fe2O3) الغشاء عائد الى مادة أن تبين (XRD)وبعد اجراء فحوصات (Rhombohedral) بعد المطابقة مع بطاقة (JCPDS)يتضح إذ، (4-47) الشكل كما في، و

. (104),(110)ضمن المستويات ةالسائد وجود الذروات

.(oC 500)عند درجة حرارة (Fe2O3) غشاءل (XRD)مخططيظهر :(4-47)شكلال

(110)

(102)

(101)

(002)

(100) hkl

56.595 47.448 36.261 34.402 31.741 2θ 1.6249 1.9145 2.4753 2.6047 2.8168 d(Å) 0.161 0.202 0.121 0.157 0.159 FWHM (deg)

0.012 0.177 0.024 0.053 0.088 d error (%) 56 43 70 53 51 Grain(nm)

1.311 0.781 3.134 1.253 1.943 TC 56.602 47.538 36.252 34.421 31.769 JCPDS for ZnO

2θ (deg) 1.6247 1.9111 2.4759 2.6033 2.8143 JCPDS for ZnO

d ( Å)

(024)

(113)

(110)

(104)

2

Inte

nsity

(cps

)

134

(AFM)نتائج فحوصات )2-1-3-4(

عند تأثير التشويب على معلمات السطح(AFM) قياساتبينت صور ونتائج تحليالت تجانس حبيبات السطح مع نقصان قيمة، إذ يتضح (4-48)وكما في الشكل (%4)النسبة

في حالة األغشية غير المشوبة وعند نفس الدرجة عما هي عليه(RMS)معدل الخشونة وهذه النتائج تتطابق (20x20m2) عند المسح (nm 39)الحرارية والتي كانت قيمها تم التأكد من(Section Lines) ، وباستعمال خاصية [65]مع ما توصل اليه الباحثين

.قيم تحليالت السطح

. (%4)نسبة التشويبعند (AFM)صور ونتائج هر يظ:(4-48)شكل الa-ثالثية البعد . b-ثنائية البعد .

ا نقصان(AFM)قياسات وتحليالتمن التشويب فقد بينت صور (%10)وعند النسبة

(32nm) التي بلغت(RMS)السطح المقاس وذلك من خالل قيمة خشونة معدل فيأكثر ، وبذلك فهذه النتائج تدل على (4-49) وكما في الشكل (20x20m2)عند مقياس ، وتتفق هذه النتائج مع دراسة الحبيبي للتراكيب النانوية بزياد التشويب نقصان الحجم

الخاصة بنسب التشويب العالية لم نحصل ى، وبالنسبة للفحوصات األخر[65,161]الباحثين . حاليابسبب األعداد المتاحة للقياس رعلى الصو

a b

135

نوعیة القاعدة تأثیر )4-4(

(Adsorption)إمتزاز مختلفة من القواعد على مدى أنواعتؤثر عملية الترسيب على االمتزاز يصاحبه عادة نقصان في أنجزيئات المادة المرسبة على السطح، فمن المعروف

كما يرافقه نقصان في قيمة االنتروبي الن الجزيئات ، الذي يحدث عليهالطاقة الحرة للسطحالتي تعاني االمتزاز تصبح مقيدة بسبب ارتباطها بذرات السطح فهناك سطوح كُثر تعد نشطة في عملية االمتزاز المتيازها بعدم تشبع ذراتها الكترونيا وتبقى ذرات هذه السطوح غير

رة، وتميل هذه السطوح الى اوالتي تكونها مع الذرات المج اصرواألمشبعة الكترونيا رغم التي يتم امتزازها على السطح ويدعى هذا الجزيئات أو كيميائية مع الذرات اصرأوتكوين

ويكثر حدوث هذا النوع على (Chemisorptions)النوع من االمتزاز باالمتزاز الكيميائي مادة السليكون بدال عن اختيارلحالية تم في دراستنا او. [162,163]سطوح المواد الصلبة

: الحصول على ما يلي تم على التركيب البلوري، وقدتأثيرهاالزجاج لمعرفة

a b

. (%10)نسبة التشويبعند (AFM)ئج صور ونتا يظهر: (4-49)الشكل a-ثالثية البعد .b-ثنائية البعد .

136

Nanocrystals (NCs) البلورات النانویة)1-4-4(

التركیبیة نتائج الفحوصات)1-1-4-4(

باستعمال (500oC) أرضيةلى بلورات نانوية الشكل عند درجة حرارة تم الحصول ع p-Si(111) السليكون قواعد من والمرسب على(250nm) ذي السمك (7) رقم النموذج

(SEM)بينت صور لقد. طريقة الفحص العيانيةعمال من نوعيته باستالتأكدوالذي تم نالحظ إذ، (4-51)و (4-50)الشكلين وبقدرات تكبير مختلفة تكون هذه البلورات وكما في

في (Single Crystal) أحاديةانها ذات شكل سداسي واضح المعالم وعلى هيأة بلورات الشكل الجميل أيضا ونالحظ،[164,165] وهذا يتفق مع دراسة الباحثين األحياناغلب

أول من وهي(ZnO)لتركيب السداسي مع أضالعه المتساوية تماما لـ لصورة اوالحقيقي وكما (2011)البحثي حتى عام على وفق المسح الصور في العراق لحقيقة هذا التركيب

هي ولهذه البلورات السائدة االتجاهية أن فيبين (4b-51) الشكلأما ، (4a-51)يبينها الشكل نموها أن، وبصورة عامة نالحظ المعتادة(ZnO) مما يؤكد انها بلورات (001),(002)

او الى القليل مقارنة بغيرهوهذا قد يعزى الى السمك اآلخريبا بعضها عن البعض متباعد تقر وبالتالي قد تكون هذه البلورات بداية لنشوء دور القاعدة نفسها في إنجاح عملية التبلور

أن هناك اتجاهات مستقيمة للنمو التكبير القليل الصور ذات من يتضح كذلك ،القضبان النانوية .آلية ترسيب بخار المادة داخل المفاعل انتظامى الىتعزوالتي قد

ورـ العملية أن هذه البلورات مجتمعة تكون متعددة التبل(XRD)بينت كذلك نتائج

إذ ،(4-52)وكما في الشكل (ZnO) لـ(JCPDS) وباالتجاهية القياسية المتوافقة مع بطاقةعند سائد مع اتجاه [(102),(101),(002),(100)]يتبين وجود الذروات المتمثلة بالمستويات

وبذلك نجد آللية نمو هذه البلورات،(SEM) وهذا متطابق مع صور [(100),(002)] كذلك نرى االزاحة الطفيفةو، (ZnO) هذه النتائج هي األقرب تطابقا مع بطاقة أن

يفة أيضا في قيم المسافة بين نحو القيم القليلة مع زيادة طف(2)لقيم جميع الزوايا وبالتالي زيادة في حجم الحبيبات عما هي عليه في حالة الحبيبات (d) المستويات البلورية

عند جميع المستويات (62nm-35) بالقيمةوالتي قدر معدل قطرها الحبيبي النانوية،ن، وهذا بدوره يؤكد أن العائدة لطور السليكو(111)الموجودة، ويتضح أيضا وجود الذروة

وبذلك تتفق دراستنا الحالية مع (111) ةنوعية السليكون المستعمل للترسيب هو باالتجاهي .[23,166]دراسة الباحثين

137

عند درجة حرارة النانوية (ZnO/Si) لبلورات (SEM)صور يظهر :(4-50)شكلال . مختلفة تكبيراتقدرول (500oC)أرضية

138

. التركيب السداسية(ZnO/Si) ة لبلور(SEM) ةصور a-: يبين كل من:(4-51)شكلال -b لبلورات (001),(002) معامالت ميلر(ZnO/Si)النانوية .

.التركيب نانوية(ZnO/Si)لبلورات (XRD)مخطط يوضح :(4-52)شكلال

2

Inte

nsity

(cps

)

a

(002)

(001)

b

139

مقارنة (derror) صغر قيمة أيضا (XRD)المعتمدة على مخطط خرى األتالتحليالبينت فقد قيمة عامل التشكيلأما مختلفة، وأرضيات عند درجات حرارة مختلفة خرى األمبالقي

نفسه وهذا واضح من مخطط الشكل(100),(101) قيم هي للمستويات أعلى أن أظهرت في نمو للبلورات مع ا كبيرا دورالقاعدة رلتأثي أن، وبذلك نرى (4-11)وكما في الجدول

.حصلنا عليها التي األوليةلنتائج على وفق اوجود درجة الحرارة المناسبة والتي تم اختيارها

. النانوية(ZnO/Si)لبلورات (XRD) نتائج وحسابات يوضح:(4-11)جدول ال

نسبيا من عنصريأعلىالسليكون بشدات ظهور(EDS)تحليالت نتائج كذلك أظهرت عند أيضا عنصر الخارصين فقد ظهر أما (K) عند خط الطاقة واألوكسجينالخارصين

ونرى كذلك ،(K)ضمن واألوكسجين (K,L) المعتادة والمتمثلة بـاألربعةالطاقات .(4-53)كد انه يعود الى القاعدة الزجاجية وكما واضح في الشكللكالسيوم مما يؤاعدم وجود

.

(102) (101) (002) (100) hkl 47.491 36.249 34.413 31.756 2θ 1.9123 2.4762 2.6039 2.8153 d(Å) 0.251 0.167 0.135 0.172 FWHM (deg) 0.062 0.012 0.023 0.035 d error(%)

35 50 62 48 Grain(nm) 0.428 1.587 0.857 1.126 TC

47.538 36.252 34.421 31.769 JCPDS for ZnO 2θ (deg)

1.9111 2.4759 2.6033 2.8143 JCPDS for ZnO d ( Å)

. نانوية التركيب(ZnO/Si)لبلورات (EDS)يوضح مخطط : (4-53)الشكل

140

(AFM)نتائج فحوصات )2-1-4-4( تأثير نوعية القاعدة على معلمات السطح عند (AFM) بينت صور ونتائج تحليالت

تجانس حبيبات كثافة و، إذ يتضح (4-54)نفس ظروف الترسيب الحالية وكما في الشكل المشوبة وعند نفس التراكيب عما هي عليه في حالة (RMS) قي قيمة زيادةح معالسط

القيمة تدل وهذه (10x10m2) عند المسح (65nm)هاتالدرجة الحرارية والتي كانت قيم [48] الحبيبات جميع حجم فييعزى الى زيادة يمكن أن على زيادة في خشونة السطح والذي

جانبا من بعض (4-12) والجدول ،[167] ليه الباحثتوصل ا النتائج تتطابق مع ما وهذه . المهمةالدراسات العالمية الخاصة بتصنيع بعض التراكيب النانوية مع بعض حساباتها

النانوية التركيب(ZnO/Si)لبلورات (AFM)صور ونتائج يظهر:(4-54)شكل الa-ثالثية البعد . b-ائية البعد ثن.

فيما يخص تصنيع العالمية الدراسات نتائج مناًبعضيوضح : (4-12)جدول ال . النانوية(ZnO)تراكيب

Structures

Material

Sub.

Diameter (D) and length by SEM

Crystallite size by Scherrer’s relation

NRs ZnO Si (111) 200-400 nm ____

.................. [64]

NPs

ZnO

glass _ .................. 15-18 nm [168]

NPs

ZnO glass 250 nm 20-30 nm [169]

NFs

ZnO

Si (100)

60-200nm, 4-6 µm 44 nm [170]

NRs

ZnO

glass 100-400 nm _............... [171]

a b

141

الخواص الفیزیائیةدراسة )4-5(

لبعض الخواص الفيزيائية عرض ومناقشة النتائج التي حصلنا عليها الدراسة هتضمن هذ تالبصرية والكهربائية ألغشية أوكسيد الخارصين غير المشوب وتأثير تغير المتمثلة بالخواص

فمن المعروف أن اغلب درجة حرارة األرضية والتشويب بالحديد على هذه الخواص، الخواص الفيزيائية لألغشية الرقيقة تعتمد وبشكل أساسي على نوعية المادة المستعملة وعلى ظروف الترسيب المتبعة، لذلك فان دراستها تساعد على االستعمال األفضل للمادة المرسبة في

طريقتي كثير من التطبيقات العملية، وعلى ضوء ذلك تم تحضير عدة نماذج باستعمال المحاليل المائية والمواد الصلبة وضمن ظروف ترسيب مختلفة، وقد تم في هذه الدراسة اختيار بعض األغشية المرسبة بطريقة المحاليل المائية وعلى قواعد ساخنة من الزجاج والكوارتز موضوعة بشكل مائل على حامل حديدي معد لهذا الغرض داخل مفاعل منظومة

(APCVD)من زمن الترسيب مع ثبوت كل (25min)ومعدل التدفق (1L/min) وكان :االختيار لألسباب اآلتية

وبة فقط، ـ غير المش(ZnO) إن طريقة المواد الصلبة قد أعطت نتائج جيدة ألغشية -1 .وبذلك فهي تفتقد الى بيان تأثير التشويب على الخصائص الفيزيائية

قد أعطى نتائج جيدة المائلةعدنية القطع الميإن استعمال الحامل الحديدي األفقي ذ -2وجود ولكن للنماذج القريبة من جهة دخول الغازات وبأسماك عالية نسبيا مع عدم

اقتصر مجال التحضير على كذلك ولسمك في النماذج األخيرة من الحامل، لانتظام .(oC 500) هي ية واحدةدرجة حرار

كون في النتائج الى الحامل إن استعمال الحامل الحديدي األفقي كان اقرب ما ي -3 جنبنا حالة غير مرغوب )10oبزاوية األفقي او المائل(المائل، فالحامل بحد ذاته

المفاعللكون أنبوبةلألنموذج فيها وهي التصاق األبخرة ربما على السطح السفلي أكثر مع وجود انحدار قليل في ا حرارياكذلك أعطى الحامل تجانسومقوسة الشكل،

دخول األبخرة، إذ تم معالجة هذه الحالة من خالل مرحلة خاصة عندبالحرارة درجة او أكثر قليال داخل المفاعل وذلك لضمان نمو ) دقيقة15(لمدة بقاء النماذج جميعا

كان هناك على الحامل األفقي وأكسدة أفضل لجميع األغشية، وبالنسبة لنمو السمك في الحامل المائلنا وألجل ما تقدم والستعمال،انحدار بالسمك باتجاه نهاية المفاعل

.تيار هذه الطريقةخالتراكيب النانوية تم امرحلة تصنيع

142

الخواص البصریة )4-6( على (oC 400,450,500)تضمنت الخواص البصرية دراسة تأثير تغير درجة الحرارة

(%10-2)ن النسب وكذلك تأثير التشويب بالحديد ضم(ZnO)الخواص البصرية ألغشية فقط، إذ تضمنت الخواص البصرية دراسة وحساب كل من (oC 500)عند درجة حرارة

طيفي النفاذية واالمتصاصية وفجوة الطاقة الممنوعة ومعامل االمتصاص ومعامل الخمود ومعامل االنكسار وثابت العزل بجزئيه الحقيقي والخيالي، باالضافة الى أن الخواص البصرية

. نتيجة تأثير التشويب(IR)ت دراسة تغير طيف االمتصاص لحزمة قد تضمن

طیف االمتصاصیة والنفاذیة )1-6-4(

UV-VIS قیاسات )1-1-6-4(

ضمن مـدى ) Transmittance(والنفاذية ) Absorbance( قياسات االمتصاصية أجريت بعد ترسيبها )150nm(لجميع األغشية المحضرة وبسمك ) 900nm-300(األطوال الموجية

وذلك للحصول على الطيف الكامل للنفاذيـة، إذ ،على أرضيات من الكوارتز بدال من الزجاج هـذه وقد أوضـحت .(8-5)تم اختيار النماذج المرسبة على الحامل المائل ذات المواقع من

يـادة دالة للطول الموجي عنـد ز النفاذية بوصفها أن هناك زيادة واضحة في قيم أوال النتائجأيضا، وكما فـي درجات الحرارة ولجميع ةاالمتصاصي يقابلها نقصان في قيم درجة الحرارة

تمتلـك معـدل أغشية أوكسيد الخارصين أن إذ بينت هذه النتائج ،(4-56) و (4-55)الشكلين معـدل وتزداد هذه القيمة لتصل الى (oC 400) عند درجة حرارة(%70)نفاذية يقدر بحوالي

ضمن منطقة الطيف المرئي والمنطقة تحـت الحمـراء (oC 500)رجة حرارةعند د (90%) نفاذية قليلة في المنطقة فوق البنفسجية والتي تزداد بشكل حاد عنـد القيمـة وجود القريبة مع

انحراف قليل فـي وتسمى هذه المنطقة بحافة االمتصاص األساسية، مع وجود ) 400-380(ية وهذا بدوره يدل على أن المادة هي شبه موصـل ذات حافة االمتصاص نحو الطاقات العال

فجوة طاقة واسعة وان طاقة الفوتونات في المنطقة عالية النفاذ ال تعـاني امتـصاصا عاليـا، ويمكن أن تعزى هذه النتيجة بصورة عامة الى أن زيادة درجة الحرارة قد زادت من عمليـة

بالتالي نقصان الحدود الحبيبية والتي بـدورها النمو الحبيبي أي زيادة حجم الحبيبات تدريجيا و ، [59]وهذه النتيجة تتفق مع ما توصلت اليه الدراسة أدت الى قلة التشتت وزيادة تبلور المادة،

كما هو فـي مجموعـة أكاسـيد ظهر سلوكاً بصرياً متشابهاً ي ونالحظ أيضا أن طيف النفاذية لخاليـا الشمـسية الن لتطبيقات ا تصلح مما يدل على أن األغشية (TCO)التوصيل الشفافة

.[24,172]المنطقة الطيفية الفعالة في الخاليا الشمسية تقع في المنطقة المرئية

143

عند درجات حرارة (ZnO)ألغشية طيف النفاذيةتغير يوضح:(4-55)شكلال .(oC 400,450,500)أرضية

عند درجات(ZnO)غشية أل االمتصاصية طيفتغير يوضح:(4-56)شكلال .(oC 400,450,500) حرارة أرضية

نالحـظ إن هنـاك (%10-2) وبالنسبة لحالة التشويب فقد تبين انه مع زيادة النسب مـن نقصان في قيم النفاذية يقابله زيادة في قيم االمتصاصية وانحراف حافة االمتصاص األساسـية

أدى إلى زيادة قد أن التشويب وهذا يعزى الى ) اطئةالطاقة الو (نحو األطوال الموجية الطويلة إمكانية امتصاص الفوتونـات ذات فانب من حزمة التوصيل وبالتاليالمستويات المانحة بالقر

. (4-57) وكما واضح في الشكل الطاقة الواطئة ممكنة جدا

144

ب مختلفة بالحديد عند نسب تشوي(ZnO)ألغشية النفاذية طيفتغير يوضح:(4-57)شكلال

.(oC 500)ودرجة حرارة أرضية FTIR قیاسات )2-1-6-4(

ألغشية أوكسيد الخارصين غير المشوبة والمشوبة بالحديد (FTIR) تم اجراء قياسات وبثبوت ظروف الترسيب األخرى ضمن (oC 500)والمحضرة عند درجة حرارة أرضية

ل قياس طيف النفاذية بوصفه دالة للعدد ، وذلك من خال(4000cm-1-400)مدى القياس الموجي، إذ تم أوال ترسيب جميع األغشية على قواعد من السليكون األحادي البلورة نوع

p-Si(111) للتأكد من حصول امتصاص لألشعة تحت الحمراء من قبل هذه األغشية ودراسة ألجل مقارنة حزم ، و[64,173]امكانية حدوث زحف لمواقع حزم االمتصاص عند التشويب

امتصاص أوكسيد الخارصين غير المشوب مع حزم امتصاص السليكون تم قياس طيف (FTIR) ولمسحوق (4-58) للسليكون المستعمل كما في الشكل (ZnO) المفحوص مسبقا

: ، إذ يتضح من طيف السليكون المقاس وجود بعض حزم االمتصاص اآلتية(XRD)بتقنية [(412.4),(513.7),(611.06),(739.3),(818.1),(889.4),(1108.2),(1457.7) cm-1]

.[174] (4-59)وهذا يتفق مع طيف االمتصاص األساسي للسليكون والواضح في الشكل

145

طيف النفاذية بوصفه دالة للعدد المـوجي يوضح :(4-58)شكلال .R.T) ( عندp-Si(111) لمادة

p-Si(111)طيف النفاذية بوصفه دالة للعدد الموجي لمادة وضح ي:(4-59)شكلال .R.T [174]) ( القياسية عند

146

قيم حزم امتصاص أوكسيد الخارصين أثناء فحص المسحوق وبوجود مادة لقد بينتوجود حزم امتصاص قوية نسبيا (4-60) والواضحة في الشكل(KBr)بروميد البوتاسيوم

[cm-1 (1643.05),(1029.170),(876.4),(535.42),(427.36)] عند كل من القيم اآلتيةوهذه النتائج تتفق مع الدراسات الحديثة والتي بينت أن اغلب حزم االمتصاص القوية

، أما الحزم التي تقع ما بين (700cm-1-400) تقع ما بين (Zn-O)والضعيفة آلصرة (1400-1600cm-1) فهي تعود الى مجموعة (Carboxylate) والحزم التي تقع ما بين

(700-1100cm-1) تعود الى آصرة (CH3) ومن (3500-2900cm-1) تعود الى آصرة (O-H) [46,64,175] وبعد أن تبين ظهور آصرة ،(Zn-O) ضمن المنطقة البعيدة

صر فقد تم التركيز في هذه القياسات قدر االمكان على ظهور اكبر عدد من أوا(IR)لطيف (ZnO) وكذلك تأثير نسب التشويب عليه من خالل قياس اقل طيف ممكن والذي كان مابين

(400-1300cm-1) ظهور حزم امتصاص السليكون نفسها (4-61)، إذ يتضح من الشكل وقد يعزى هذا الى حقيقة وجود أواصر (IR)ولكنها مزاحة قليال باتجاه القيم األقل لطيف

(Zn-O)الى درجة الحرارة ارنة بأواصر حزم امتصاص السليكون وكذلك الضعيفة نسبيا مق العالية التي بدورها قد أدت الى كبت فعالية األواصر السائبة عند حدود الحبيبات وبالتالي

، ونالحظ أيضا ظهور بعض األواصر واختفائها وهذا يمكن أن [176]تقليل العيوب البلورية . هاد أواصر االوكسيد نفسهايعزى أيضا الى االسترخاء الحاصل في إج

بوصفه دالة للعدد المـوجي لمسحوق طيف النفاذية يوضح :(4-60)شكلال

(ZnO)عند ) (R.T.

147

المرسب على السليكون عند (ZnO)طيف النفاذية لغشاء يوضح :(4-61)شكلال .(oC 500)درجة حرارة أرضية

تأثير عملية التشويب على طيف حزم امتصاص أغشية (4-63) و(4-62) يبين الشكالن(ZnO) إذ نالحظ وجود هذا (%10) و(%4) المرسب على السليكون ولنسبتي تشويب ،

، وهذا يمكن أن (IR)التأثير خالل االزاحة القليلة لطيف الحزم القوية باتجاه القيم األقل لطيف ى زيادة االمتصاصية فعال، والى وجود الكثافة العالية يعزى الى أن زيادة الشوائب قد أدت ال

. من الحبيبات الصغيرة نسبيا التي قد أدت بدورها الى زيادة اجهاد أواصر االوكسيد

المرسب على السليكون عند نسبة (ZnO:Fe)طيف النفاذية لغشاء يوضح :(4-62)شكلال

.(oC 500) ودرجة حرارة أرضية (%4)التشويب

148

.

نسبة المرسب على السليكون عد(ZnO:Fe)طيف النفاذية لغشاء يوضح :(4-63)شكلال .(oC 500)ودرجة حرارة أرضية (%10)التشويب

Absorption Coefficient () معامل االمتصاص )2-6-4(

، إذ تم (2-21)ضرة استنادا الى المعادلة تم حساب معامل االمتصاص لجميع األغشية المح تغير معامل (4-64)أوال دراسة تأثير تغير درجة حرارة القاعدة على قيمته، ويبين الشكل

غير المشوبة ولدرجات (ZnO)االمتصاص بوصفه دالة لطاقة الفوتون الساقط ألغشية متصاص يزداد يتضح من الشكل العام أن معامل اال، إذ(oC 400,450,500)الحرارة

ثم يعقبها زيادة (h<3eV)تدريجيا بمقدار صغير بزيادة طاقة الفوتون ولمدى الطاقات وهذه الزيادة تساعدنا على التنبؤ بحافة االمتصاص األساسية، (eV 3.2-3)سريعة في المدى

والتي تعزى الى عمليات االمتصاص الناشئة من انتقال االلكترونات من حزمة التكافؤ الى زمة التوصيل وذلك يعني أن االنتقاالت الناشئة عن عمليات االمتصاص األساسية هي ح

أدت الى نقصان قليل قد، وقد أظهرت النتائج أن زيادة درجة الحرارة[164]انتقاالت مباشرةفي قيم معامل االمتصاص وبخاصة عند الطاقات العالية وهذا يبدو واضحا من الشكل أعاله،

متصاص األساسية باتجاه الطاقات الفوتونية العالية وهذا يعزى الى أن زيادة إذ زحفت حافة االأعطت الوقت الكافي للذرات لترتيب نفسها باالتجاه الصحيح مما أدى بدوره درجة الحرارة قد

تقليل العيوب البلورية داخل فجوة الطاقة وتحسن التركيب الى كبر حجم الحبيبات وبالتالي

149

لك أن معامل االمتصاص ولجميع درجات الحرارة يمتلك قيما اكبر من البلوري، ونالحظ كذ(104 cm-1 ) في مدى الطاقات العالية مما يرجح بدوره أيضا على حدوث انتقاالت الكترونية

فقد (%10-2) وفي حالة التشويب [59,164]وهذا يتفق مع دراسات الباحثين،[177]مباشرة نفسها، إذ بينت (oC 500)ند الدرجة الحرارية غير المشوبة ع(ZnO)أغشية تم دراسة

النتائج أن زيادة نسب التشويب قد أدت الى زيادة واضحة في جميع قيم معامل االمتصاص وبخاصة عند الطاقات الفوتونية الواطئة، وهذا يبدو واضحا أيضا من خالل زحف حافة

، كذلك كانت قيم (4-65)كل الش االمتصاص األساسية باتجاه الطاقات الواطئة وكما واضح في مما يرجح على حدوث انتقاالت الكترونية مباشرة (cm-1 104)معامل االمتصاص اكبر من

مستويات مانحة فعال داخل ) توليد(أيضا، وتعزى هذه النتيجة الى أن التشويب أدى الى تكوين ذات فجوة الطاقة وبالقرب من حزمة التوصيل عملت بدورها الى امتصاص الفوتونات

الطاقات الواطئة وبالتالي زيادة واضحة في قيم معامل االمتصاص، ومن المعروف في اشباه الموصالت أن التغير في معامل االمتصاص هذا يعطينا الحرية في اختيار الغشاء المناسب

. [39,88]لحجب الكمية المرغوبة من الطيف الشمسي في حالة تصنيع الخاليا الشمسية مثال

غير المشوبة عند (ZnO)ألغشية معامل االمتصاصيوضح تغير: (4-64)شكلال .(oC 400,450,500)درجات حرارة أرضية

150

عند (ZnO:Fe)ألغشية معامل االمتصاص يوضح تغير:(4-65)شكلال .نسب تشويب مختلفة

2%

0.0E+00

2.0E+04

4.0E+04

6.0E+04

8.0E+04

1.0E+05

1.2E+05

1.4E+05

1.2 1.7 2.2 2.7 3.2 3.7

Photon Energy (eV)

Abs

orpt

ion

Coe

ffici

ent (

cm)-1

Pure

0.0E+00

2.0E+04

4.0E+04

6.0E+04

8.0E+04

1.0E+05

1.2E+05

1.4E+05

1.2 1.7 2.2 2.7 3.2 3.7

Photon Energy (eV)

Abs

orpt

ion

Coe

ffici

ent (

cm)-1

6%

0.0E+00

2.0E+04

4.0E+04

6.0E+04

8.0E+04

1.0E+05

1.2E+05

1.4E+05

1.6E+05

1.2 1.7 2.2 2.7 3.2 3.7

Photon Energy (eV)

Abso

rptio

n Co

effic

ient

(cm

)-1

10%

0.0E+00

2.0E+04

4.0E+04

6.0E+04

8.0E+04

1.0E+05

1.2E+05

1.4E+05

1.2 1.7 2.2 2.7 3.2 3.7

Photon Energy (eV)

Abs

orpt

ion

Coe

ffic

ient

(cm

)-1

4%

0.0E+00

2.0E+04

4.0E+04

6.0E+04

8.0E+04

1.0E+05

1.2E+05

1.4E+05

1.2 1.7 2.2 2.7 3.2 3.7

Photon Energy (eV)

Abs

orpt

ion

Coef

ficie

nt (c

m)-1

151

Forbidden Energy Gap الممنوعةاقةفجوة الط )3-6-4(

تبين خالل الدراسة الحالية حدوث شكل واحد من االنتقاالت االلكترونية األساسية ولكن على نوعين وهما االنتقاالت االلكترونية المباشرة المسموحة والمباشرة الممنوعة والتي

: يأتية الطاقة الممنوعة وكمابموجبها أمكن حساب قيمة فجو

حساب قيمة فجوة الطاقة الممنوعة في حالة االنتقاالت المباشرة المسموحة، أي :أوال وقعر حزمة التوصيل عند قيمة المتجه الموجي فجوة الواقعة مباشرة بين قمة حزمة التكافؤال

(k=0) بين يبين العالقة (4-66)، فالشكل (2-15) باستعمال المعادلة(h)2 وطاقة الفوتون ومنه نالحظ أن هناك زيادة قليلة لفجوة (oC 400,450,500)عند درجات حرارة مختلفة

وعند هاتين القيمتين كانت قيمة معامل االمتصاص(3.27eV-3.21)الطاقة من(5.7x104 cm-1)و (5.17 x104 cm-1)االت على التتالي مما يؤكد أن االنتقاالت هي انتقوهذه النتيجة تتفق مع البحوث المنشورة ضمن تقنيات تحضير الكترونية مباشرة

، وتعزى هذه الزيادة كما أوضحنا سابقا الى التبلور العالي للغشاء وبالتالي [18,178]أخرى وبذلك يتبين أن لدرجة [59]تقليل العيوب الموضعية داخل فجوة الطاقة وفقدان االجهاد

ثيرا قليال على كل من النفاذية وفجوة الطاقة بسبب التأثير القليل على كثافة حرارة القاعدة تأحامالت الشحنة الحرة، فمن المعروف انه في اشباه الموصالت المنحلة يقع مستوي فيرمي داخل حزمة التوصيل أي أن المستويات المحصورة في قعر حزمة التوصيل تكون مشغولة

ت االلكترونية الى هذه المستويات يدعى بتأثير بااللكترونات وان حجب االنتقاال الذي يؤدي الى زيادة في فجوة الطاقة البصرية وهذا (Burstein-Moss)موس -بورشتاين

.[177,179]يتفق مع الدراسات وباستعمال المعادلة (oC 500) وعند درجة حرارة(%10-2) أما في حالة التشويب وللنسب

ن قيم فجوة الطاقة تقل تدريجيا بزيادة نسب التشويب وهذا يعني أن أيضا نالحظ أ(15-2)التشويب أدى الى ازاحة حافة االمتصاص نحو الطاقات الواطئة وكما واضح في الشكل

وهذا النقصان يمكن تفسيره الى أن الشوائب أدت الى تكوين مستويات مانحة (67-4)يل وبالتالي امتصاص الفوتونات ذات الطاقة داخل فجوة الطاقة وبالقرب من حزمة التوص

قيم فجوة الطاقة لالنتقال المباشر المسموح لحالة التشويب عند (4-13)القليلة، ويبين الجدول .oC) (500 درجة حرارة أرضية

152

غشيةألقيم فجوة الطاقة لالنتقال المباشر المسموح يوضح : (4-13)الجدول (ZnO)سب بالحديد ولعدة ن المشوبة.

(ZnO)ألغشية ل المباشر المسموحفجوة الطاقة الممنوعة لالنتقا يوضح :(4-66)شكلال .عند درجات حرارة أرضية مختلفة

االنتقال المباشر المسموحEg (eV)

الغشاء ونسبة الشائبة

3.27 ZnO 3.26 ZnO:Fe (2%) 3.25 ZnO:Fe (4%) 3.23 ZnO:Fe (6%) 3.20 ZnO:Fe (8%) 3.15 ZnO:Fe (10%)

1.0E+09

2.1E+10

4.1E+10

6.1E+10

8.1E+10

1.0E+11

2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4Photon Energy (eV)

(h

)2 (eV/

cm)2

1.0E+09

1.0E+10

1.9E+10

2.8E+10

3.7E+10

4.6E+10

5.5E+10

6.4E+10

2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4Photon Energy (eV)

(h

)2 (eV/

cm)2

0.0E+00

2.0E+10

4.0E+10

6.0E+10

8.0E+10

1.0E+11

1.2E+11

1.4E+11

1.6E+11

1.8E+11

2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4Photon Energy (eV)

(h

)2 (eV/

cm)2

500 oC 450 oC

400 oC

153

ألغشية فجوة الطاقة الممنوعة لالنتقال المباشر المسموحيوضح :(4-67)شكلال(ZnO:Fe) نسب تشويب مختلفة عند.

Pure

0.0E+00

2.0E+10

4.0E+10

6.0E+10

8.0E+10

1.0E+11

1.2E+11

1.4E+11

1.6E+11

1.8E+11

2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4Photon Energy (eV)

( h

)2 (eV/

cm)2

2%

0.0E+00

2.0E+10

4.0E+10

6.0E+10

8.0E+10

1.0E+11

1.2E+11

1.4E+11

1.6E+11

2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4Photon Energy (eV)

( h

)2 (eV/

cm)2

4%

0.0E+00

5.0E+10

1.0E+11

1.5E+11

2.0E+11

2.5E+11

3.0E+11

3.5E+11

4.0E+11

4.5E+11

5.0E+11

2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4Photon Energy (eV)

( h

)2 (eV/

cm)2

6%

0.0E+00

5.0E+10

1.0E+11

1.5E+11

2.0E+11

2.5E+11

3.0E+11

2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4Photon Energy (eV)

(h

)2 (eV/

cm)2

154

لمباشرة الممنوعة باستعمال حساب قيمة فجوة الطاقة الممنوعة في حالة االنتقاالت ا: ثانياوطاقة الفوتون لألغشية 2/3(h) يبين العالقة بين(4-68)، فالشكل(2-15)العالقة

، إذ نالحظ أن هناك زيادة (oC 500 ,450 ,400)المحضرة عند درجات حرارة مختلفة أما تالي، على الت(eV 3.2 ,3.16 ,3.12)قليلة في قيمتها بزيادة درجة الحرارة والتي كانت

، إذ (oC 500) فيبين تأثير نسب التشويب على هذه األغشية عند درجة حرارة(4-69)الشكل وهاتان النتيجتان (4-14)نالحظ إن هناك نقصان في قيم فجوة الطاقة وكما يوضحها الجدول

ومن خالل النتائج الموجودة لم نحصل على انتقاالت تعزى الى نفس األسباب السابقة،. ية غير مباشرة وهذا يتطابق مع كون أوكسيد الخارصين ذي فجوة طاقة مباشرةالكترون

وألهمية عملية التشويب في اشباه الموصالت وتطبيقاتها العملية المتنوعة تم دراسة باقي . الثوابت البصرية المهمة والتي تبين دور التشويب على الخواص البصرية بصورة عامة

(ZnO)ألغشية الممنوع فجوة الطاقة الممنوعة لالنتقال المباشر يظهر :(4-68)شكلال .عند درجات حرارة أرضية مختلفة

2.E+03

2.E+03

3.E+03

3.E+03

4.E+03

4.E+03

5.E+03

5.E+03

2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

Photon Energy (eV)

(h

)2/3 (e

V/cm

)2/3

1.E+03

2.E+03

2.E+03

3.E+03

3.E+03

4.E+03

4.E+03

2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5Photon Energy (eV)

(h

)2/3 (e

V/cm

)2/3

5.E+02

2.E+03

3.E+03

4.E+03

5.E+03

6.E+03

7.E+03

2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

Photon Energy (eV)

(h

)2/3 (e

V/cm

)2/3

400 oC

450 oC 500 oC

155

ألغشية الممنوعفجوة الطاقة الممنوعة لالنتقال المباشر يوضح :(4-69)شكلال(ZnO:Fe) نسب تشويب مختلفة عند.

Pure

5.E+02

2.E+03

3.E+03

4.E+03

5.E+03

6.E+03

7.E+03

2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4

Photon Energy (eV)

( h

)2/3 (e

V/cm

)2/3

2%

7.E+02

1.E+03

2.E+03

2.E+03

3.E+03

3.E+03

4.E+03

4.E+03

5.E+03

5.E+03

6.E+03

2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

Photon Energy (eV)

(h

)2/3 (e

V/cm

)2/3

4%

7.E+02

2.E+03

3.E+03

4.E+03

5.E+03

6.E+03

7.E+03

8.E+03

9.E+03

2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5Photon Energy (eV)

( h

)2/3 (e

V/cm

)2/3

6%

2.E+03

2.E+03

3.E+03

3.E+03

4.E+03

4.E+03

5.E+03

5.E+03

6.E+03

6.E+03

7.E+03

2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5Photon Energy (eV)

( h

)2/3 (e

V/cm

)2/3

8%

1.E+03

2.E+03

2.E+03

3.E+03

3.E+03

4.E+03

2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

Photon Energy (eV)

(h

)2/3 (e

V/cm

)2/3

10%

1.E+03

2.E+03

2.E+03

3.E+03

3.E+03

4.E+03

4.E+03

5.E+03

5.E+03

6.E+03

6.E+03

1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4Photon Energy (eV)

( h

)2/3 (e

V/cm

)2/3

156

غشيةأل ممنوع الطاقة لالنتقال المباشر القيم فجوةوضح ي: (4-14)الجدول (ZnO)بالحديد ولعدة نسب المشوبة .

Extinction Coefficient (Ko) معامل الخمود )4-6-4 (

تغير معامل (4-70)، إذ يبين الشكل (2-24) تم حساب معامل الخمود اعتمادا على العالقة حظ انه يتزايد تدريجيا غير المشوب، إذ نال(ZnO)دالة لطاقة الفوتون لغشاء بوصفه الخمود

بزيادة الطاقة الساقطة، ثم تعقبها زيادة سريعة عند الطاقات الفوتونية العالية وهذا يدل على أن هناك زيادة في االمتصاصية والتي بدورها أدت الى زيادة معامل االمتصاص وبالتالي زيادة

، وعند التشويب [61,88] حسب العالقة أعاله، وتتفق هذه النتيجة مع الدراسةمعامل الخمود نالحظ أن المنحنيات تسلك بصورة عامة نفس السلوك أعاله مع انحراف (%10-2)بالنسب

في حافة االمتصاص نحو الطاقات الفوتونية الواطئة، وهذا بدوره يؤكد أن حالة التشويب لها مباشرة تأثير واضح في زيادة المستويات المانحة مما يدل على حدوث انتقاالت الكترونية

. وبالتالي زيادة معامل الخمود Refractive Index (no ) معامل االنكسار )5-6-4(

(2-26)لعالقة ا على وفقتم حساب معامل االنكسار في حالة السقوط العمودي غير (ZnO)ء لطاقة الفوتون لغشابوصفه دالة يبين تغير معامل االنكسار (4-71)فالشكل

المشوب، إذ نالحظ أن أعلى قيمة يصلها معامل االنكسار تكون مقابلة لقيمة فجوة الطاقة اما عند التشويب فنالحظ وللنسب ،[61,88,181] وتتفق هذه النتائج مع دراسة الباحثينتقريبا في أن منحني معامل االنكسار بصورة عامة لم يتغير كثيراً ولكن هناك تغير (%10-2) كافة

قمة هذا المنحني، إذ زحفت هذه القمة باتجاه الطاقات الفوتونية الواطئة مع عدم تغير قيمتها

منوعل المباشر الماالنتقاEg (eV)

الغشاء ونسبة الشائبة

3.21 ZnO 3.18 ZnO:Fe (2%) 3.17 ZnO:Fe (4%) 3.15 ZnO:Fe (6%) 3.12 ZnO:Fe (8%) 2.86 ZnO:Fe (10%)

157

بعض قيم (4-15)مما يؤكد زيادة االمتصاصية ونقصان فجوة الطاقة، ويبين الجدولتقريباً .معامل االنكسار بثبوت طول موجي معين

بثبوت(ZnO:Fe)غشيةبعض قيم معامل االنكسار أليبين ): 4-15(جدول ال

. الطول الموجي وعند نسب تشويب مختلفة

Dielectric Constant ثابت العزل الكھربائي )6-6-4( تم حساب ثابت العزل الكهربائي بجزئيه الحقيقي والخيالي اعتمادا على العالقتين

دالةبوصفه يبين تغير الجزء الحقيقي لثابت العزل (4-72)فالشكل ، (2-30) و(31-2)إذ نالحظ أن سلوك المنحني يشبه الى حد ما سلوك معامل االنكسار بموجب تون،لطاقة الفو

والتي فيها يكون تأثير معامل الخمود قليال جدا مقارنة بتأثير معامل االنكسار (2-30)العالقة وهذه النتائج تتفق مع دراسة فيمكن بذلك إهماله عند الطاقات الفوتونية الواطئة

عند التشويب وللنسب كافة فنالحظ أن طبيعة المنحني بصورة عامة ، اما[88,179]الباحثين الواطئة الفوتونيةلم تتغير ولكن كان هناك تغير في موقع قمة هذا المنحني باتجاه الطاقات

ونقصان في قيمه بعد هذه القمة ويعزى ذلك أيضا الى ارتباط الجزء الحقيقي بمعامل دالة لطاقة الفوتون، بوصفه ثابت العزل الكهربائي وعند دراسة الجزء الخيالي ل.االنكسار

(4-73)نالحظ االرتباط الواضح بين الجزء الخيالي ومعامل الخمود وكما واضح في الشكل وعند التشويب وللنسب كافة كان هناك زيادة في جميع قيمه، إذ زحفت حافة االمتصاص

. أيضا األساسية نحو الطاقات الفوتونية الواطئة

الغشاء ونسبة الشائبة (nm 380)معامل االنكسار عند 2.6011 ZnO 2.6034 ZnO:Fe (2%) 2.3869 ZnO:Fe (4%) 2.3612 ZnO:Fe (6%) 2.2990 ZnO:Fe (8%) 2.0815 ZnO:Fe (10%)

158

لطاقة الفوتون بوصفه دالة االنكسارتغير معامل يوضح :(4-70)شكلال .نسب تشويب مختلفة عند (ZnO:Fe)ألغشية

Pure

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

1 2 3 4Photon Energy (eV)

Refr

activ

e In

dex

2%

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

1 2 3 4Photon Energy (eV)

Ref

ract

ive

Inde

x

8%

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

1 2 3 4 5Photon Energy (eV)

Ref

ract

ive

Inde

x

10%

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

1 2 3 4 5Photon Energy (eV)

Refr

activ

e In

dex

4%

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

1 2 3 4Photon Energy (eV)

Refr

activ

e In

dex

6%

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

1 2 3 4 5Photon Energy (eV)

Refr

activ

e In

dex

159

لطاقة الفوتون ألغشيةبوصفه دالة الخمودتغير معامل يوضح :(4-71)شكلال(ZnO:Fe) ةنسب تشويب مختلف عند.

Pure

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Ext

inct

ion

Coe

ffic

ient

2%

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Extin

ctio

n C

oeff

icie

nt

10%

0.08

0.13

0.18

0.23

0.28

0.33

0.38

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Ext

inct

ion

Coe

ffici

ent

4%

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Extin

ctio

n Co

effic

ient

6%

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Extin

ctio

n Co

effic

ient

160

لطاقة الفوتون بوصفه دالةالجزء الحقيقي لثابت العزل الكهربائي تغير يوضح :(4-72)شكلال

.نسب تشويب مختلفة عند(ZnO:Fe)ألغشية

Pure

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Real

Par

t OF

Die

lect

ric C

onsta

nt 2%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Real

Par

t OF

Die

lect

ric

Cons

tant

8%

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Real

Par

t OF

Die

lect

ric C

onsta

nt 10%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Real

Par

t OF

Die

lect

ric C

onsta

nt

4%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Rea

l Par

t OF

Die

lect

ric C

onsta

nt 6%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Rea

l Par

t OF

Die

lect

ric

Con

stan

t

161

لطاقة الفوتون بوصفه دالةالجزء الخيالي لثابت العزل الكهربائي تغير:(4-73)شكلال .نسب تشويب مختلفة عند(ZnO:Fe)ةألغشي

Pure

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Photon Energy (eV)

Imag

inar

y Pa

rt o

f Die

lect

ric

onst

ant

2%

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Imag

inar

y Pa

rt o

f Die

lect

ric

onst

ant

10%

0.3

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Imag

inar

y Pa

rt of

Die

lect

ric o

nsta

nt

4%

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Imag

inar

y Pa

rt o

f Die

lect

ric

onst

ant

6%

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1 2 3 4

Photon Energy (eV)

Imag

inar

y Pa

rt of

Die

lect

ric

onst

ant

162

الخواص الكھربائیة )4-7 (

تعتمد الخواص الكهربائية في اشباه الموصالت متعددة التبلور على العديد من العوامل مثل المجال المغناطيسي وكثافة الذرات الشائبة في المادة وان دراسة هذه والضوء والحرارةدرجة

انيكية التوصيل الكهربائي ونوعية حامالت الشحنة وتركيزها الخواص تعد مهمة لمعرفة ميك المختلفة، إذ تم في هذه الدراسة بأنواعهاوبالتالي مدى مالءمتها لتصنيع النبائط االلكترونية

اجراء أهم الفحوصات الكهربائية اعتمادا على طريقة المجسات األربعة ذات التقنية الحديثة كل من باجراء، وقد تمثلت هذه الفحوصات[128,182] (Van Der Pauw) بتقنيةالمسماة

تحركية امالت بصيغتها الحجمية والسطحية وتركيز الحو، (dc) الكهربائيةةالتوصيلي . ى األخر المهمةمعامل هول باالضافة الى بعض المعلماتوالحامالت

تأثیر درجة الحرارة )4-1-7( (oC 400) بة والمرسبة عند درجة حرارة أرضية غير المشوة نتائج القياسات لألغشيبينت

أن أوكسيد الخارصين يمتلك توصيلية جيدة، وهذه ناتجة من وجود ذرات الخارصين في مواقع تعويضية داخل الشبيكة البلورية او بسبب فراغات األوكسجين مما يعني أن ذرات

لبة، إذ إن اشارته الخارصين تكون ذرات مانحة، وهذا ما بينته اشارة معامل هول السا وهذه النتيجة تتفق مع الدراسات (n-type)السالبة تعني أن شبه الموصل من النوع السالب

، ونالحظ من هذه القياسات انه بزيادة درجة الحرارة قد ازدادت قيمة [48,59,160]لك ولم تتغير نوعية شبه الموصل، وقد تم التأكد أيضا من ذ(oC 500)التوصيلية بخاصة عند

، إذ تبين ذلك من خالل فولتية هول (3-7) الموضحة في البند ةباستعمال الطريقة االعتياديالسالبة، وقد رافقت زيادة التوصيلية نقصان قليل في قيمة معامل هول وزيادة كل من عدد

ضح احامالت الشحنة وتحركيتها وهذه األخيرة في رأينا هي المسؤولة عن الزيادة، وكما و، وتعزى هذه النتائج ككل الى أن زيادة درجة الحرارة قد عملت على (4-16)ل في الجدو

تحسن التركيب البلوري ونقصان الحدود الحبيبية نتيجة زيادة حجم الحبيبات وبالتالي حسب العالقة ()قلة التشتت عند هذه الحدود مما أدى الى زيادة متوسط زمن المسار الحر

كان السبب بزيادة التحركية على اعتبار أن قيمة الكتلة الفعالة لم تتغير وهذا بدوره(38-2)وبالتالي زيادة قيمة التوصيلية، ومن المعروف أن الحدود الحبيبية في اشباه الموصالت ذات التركيب متعدد التبلور تؤدي دورا أساسيا في حركية الحوامل الن الحدود الحبيبية تُعد مراكز

أي (Recombination Centers)او مراكز إلعادة االتحاد (Trapping Centers)للقنصالذي يكون عائقا لحامالت الشحنة وبالتالي نقصان كبير في انها تكون بما يسمى حاجز الجهد

. [183,184]التحركية وبخاصة في األغشية الرقيقة

163

المشوبة عند غير(ZnO)يبين نتائج القياسات الكهربائية ألغشية : )4-16(جدول ال . درجات حرارة أرضية مختلفة

H (cm2/V.s)

d.c (S/cm)

n (cm)-3

carrier type

RH (cm3/C)

Tsub. (oC)

29 5.48 1.18 x 1018 n -5.29 400 32.9 6.42 1.22 x 1018 n -5.12 450 34.2 7.56 1.38 x 1018 n -4.52 500

فقد (oC 500) وبثبوت درجة الحرارة عند (%10-2) اما نتائج تأثير التشويب وللنسب بينت أن هناك زيادة اكبر في قيمة التوصيلية الكهربائية يرافقها زيادة واضحة في قيم حامالت الشحنة مع نقصان في قيم كل من التحركية ومعامل هول ذي االشارة السالبة، إذ إن اشارة

أن االلكترونات هي حاملة الشحنة، معامل هول لم تتغير بزيادة نسب التشويب مما يدل على وتعزى هذه النتائج الى أن ،(4-17)وهي المسؤولة عن زيادة التوصيلية، وكما يبينها الجدول

قد عملت على زيادة عدد الحامالت من خالل زيادة المستويات المانحة بالقرب من بالشوائصول الى حزمة التوصيل حزمة التوصيل، وبذلك فان الطاقة التي يحتاجها االلكترون للو

مقارنة بحالة عدم عند درجة حرارة الغرفة (KBT)تكون قليلة جدا قد ال تتعدى قيمة واقتراب مستوي (Activation Energy)التشويب، وهذا ينبؤنا بنقصان قيم طاقة التنشيط

شوائب فيرمي أكثر باتجاه حزمة التوصيل، وكذلك يمكن أن تعزى باقي النتائج الى أن زيادة القد أدت أيضا الى نقصان متوسط المسار الحر والذي بدوره أدى الى نقصان قليل في قيمة

، (1.93x1018 /cm3)التحركية مقارنة بالزيادة الواضحة في تركيز االلكترونات والتي بلغت .باالضافة الى انه تم التأكد أيضا من نوعية الحامالت باستعمال الطريقة االعتيادية

. نسب تشويب مختلفةعند(ZnO:Fe)يبين نتائج القياسات الكهربائية ألغشية :)4-17(جدولال

H (cm2/V.s)

d.c (S/cm)

n (cm)-3

carrier type

RH (cm3/C) الغشاء ونسبة الشائبة

34.2 7.56 1.38 x 1018 n -4.52 ZnO

32.5 7.66 1.47 x 1018 n -4.24 ZnO:Fe (2%) 29 8.12 1.75 x 1018 n -3.57 ZnO:Fe (6%)

23.1 12.3 3.31 x 1018 n -1.88 ZnO:Fe (10%)

164

Conclusions االستنتاجات)4-8(

: اآلتيةتم في هذه الدراسة التوصل الى أهم االستنتاجات

ية أوكسيد الخارصين ضمن مكانية الحصول على أفضل التراكيب النانوية وغيرها ألغشا ذات الجدار الساخن والمطورة باستعمال حامل النماذج المائل وطريقة APCVDتقنية

.السليكون والكوارتزوالمحاليل المائية مع كون القواعد المستعملة هي الزجاج

يوجد تأثير لدرجة حرارة القاعدة على نمو التراكيب النانوية، إذ تم الحصول على حبيبات وعلى قضبان نانوية بأشكال (oC 400)نوية التركيب وبلورات نانوية عند درجة حرارة نا

.(oC 550) و (oC 500) أرضيةمختلفة عند درجتي حرارة

سب قليلة من الحديد، إذ تم الحصول نامكانية الحصول على أشكال نانوية جديدة عند إضافة بثبوت درجة حرارة (%10) و (%4) على ما يشبه الزهور الحقيقية عند نسبتي التشويب

.(oC 500) عند األرضية

ن البلورات النانوية تتبلور أ على تبلور الشكل النانوي، فقد تبين اإن لنوعية القاعدة تأثير ضمن p-Si(111)بشكل أفضل عند الترسيب على قواعد من السليكون أحادي البلورة

.(oC 500) ثابتة مقدارها أرضيةدرجة حرارة

فحوصات المجهر االلكتروني الماسح أظهرت(SEM) أن شكل التراكيب النانوية الحالية مطابق لألدبيات العالمية المنشورة ضمن تقنيات تحضير مختلفة، وكذلك بينت القيم الحقيقية

.بعاد هذه التراكيب واتجاه بعض مستوياتها البلورية المهمةأل

ة تبين من تحليالت كل من طيف تشتت الطاق(EDS)وفلورة األشعة السينية (XRF) وجود مع وجود عنصر الحديد لحالة التشويب، وكذلك أظهرت (ZnO)العنصريين المكونين لـ

.هذه التحليالت وبدقة بعض العناصر الداخلة في تركيب قواعد الترسيب

لسداسي إن جميع التراكيب النانوية المصنعة وغيرها ذات تركيب متعدد التبلور ومن النوع ا . العالمية(JCPDS)مع اتجاهية متطابقة مع قيم بطاقة

للمدىزيادة حجم الحبيبات وتبلورها مع زيادة درجة حرارة القاعدة (550-400 oC) . ومن ثم زيادتها عند النسب العالية(%10-2)ونقصانها بزيادة نسب التشويب من

تبين من خالل قياسات مجهر القوة الذرية(AFM)ك زيادة قليلة في خشونة السطح أن هنامن ثم و(%10-2)نسب التشويب من عند بزيادة درجة الحرارة مع نقصان هذه الخشونة

.زيادتها عند النسب األعلى

165

إن أفضل معدل تدفق لجميع األبخرة الداخلة الى مفاعل المنظومة وأفضل زمن ترسيب كانا(1L/min) و (25 min)على التتالي .

ذية البصرية بزيادة درجة حرارة القاعدة ضمن المدى الحراري زيادة النفا(500-400 oC) .مع زيادة فجوة الطاقة الممنوعة أيضا

امتالك جميع أغشية(ZnO) المشوبة وغير المشوبة معامل امتصاص عاليا نسبيا(>104 cm-1)مما يدل على أن جميع االنتقاالت هي انتقاالت الكترونية مباشرة.

أدى الى نقصان في قيم النفاذية البصرية ونقصان (%10-2)التشويب ضمن النسب إن .(oC 500)كذلك في فجوة الطاقة الممنوعة بثبوت درجة حرارة القاعدة عند

إن تحليالت(FTIR)قد بينت وجود حزم امتصاص طاقة عائدة الى أواصر (Zn-O) عند قد أدت الى حدوث ازاحة طفيفة في ، وان زيادة نسب التشويب(700cm-1-400)المدى

.(IR)باتجاه القيم األقل لطيف ذروات هذه الحزم

لثابت الحقيقي لم يؤثر كثيراً على منحنيات معامل االنكسار والجزء بالحديدإن التشويب ولكنه أدى إلى تغير موقعها باتجاه الطاقات الفوتونية (ZnO)العزل الكهربائي لغشاء

زيادة واضحة في جميع قيم معامل الخمود والجزء الخيالي دى الى وكذلك أالواطئة، .(eV 3.2-3) ضمن مدى الطاقات لثابـت العزل الكهربائـي

غشاء أوكسيد الخارصين لجميع األغشية من النوع السالب (n-type) ولم تؤثر زيادة وال زيادة نسب التشويب (oC 500-400)درجة حرارة القاعدة للمدى الحراري

. على نوعيته(2-10%)

يمتلك أوكسيد الخارصين توصيلية كهربائية جيدة تزداد بزيادة كل من درجة حرارة القاعدة

.(%10-2) ونسب التشويب من (oC 500-400) للمدى الحراري

زيادة عدد حامالت الشحنة وتحركيتها مع نقصان في قيم معامل هول بزيادة درجة حرارة

.(%10-2)من القاعدة، ونقصان كل من التحركية ومعامل هول بزيادة نسب التشويب

166

Future Works المشاريع المستقبلية )4-9(

عند ظروف 1-x(Cu2O)x(ZnO)تصنيع ودراسة بعض التراكيب النانوية للمركب -1 .(APCVD) ترسيب مختلفة باستعمال تقنية

1-x(Fe2O3)x(ZnO)تأثير ظروف الترسيب على أداء الخلية الشمسية النانوية للمركب -2 .(APCVD)باستعمال تقنية

على أداء بعض (PLD) النانوية المصنعة بتقنية (ZnO)دراسة تأثير إضافة حبيبات -3 .يريةالمعقـدات البوليم

باستعمال تقنية (ZnO:Fe)المتحسسات النانوية للمركب بعض تصنيع ودراسة -4(APCVD)ودراسة تأثير بعض ظروف الترسيب عليها .

1-x(Fe2O3)x(ZnO) للمركب(FET)تصنيع ودراسة الترانزستور نانوي التركيب -5

.(APCVD)باستعمال تقنية

املصادر

References

167

References

[1] Thomas Ihn “Semiconductors Nanostructures” Oxford University Press,New York,(2010).

[2] T. Pradeep “Nano The Essentials, Understanding Nanoscience and Nanotechnology” Tata McGraw-Hill Publishing Company Limited New Delhi, (2007).

[3] A. Dwayyan and M. Alsalhi “Introduction to Nanotechnology” King Saud University Press, 1st edition, (2007).

[4] Hans-Jorِg Fecht and Matthias Werner “ The Nano–Micro Interface” Wiley-Vch Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, (2003).

[5] C. Jagadish ,S. Pearton “ Zinc Oxide Bulk, Thin Films and Nanostructures” Elsevier Limited ,(2006).

[6] Anis Zribi ,Jeffrey Fortin “Functional Thin Films and nanostructures for Sensors” Springer Science, Business Media, LLC ( 2009).

[7] Hwaiyu Geng and Lin Zhou “ Semiconductors Manufacturing Handbook” The McGraw-Hill Companies,(2004).

[8] Anatoli Korkin and Federico Rosei “Nanoelectronics and Photonics” Springer Science Business Media, LLC ,(2008).

[9] Patrick M. Boucher “Nanotechnology Legal Aspect” Taylor & Francis Group, LLC, CRC Press,(2008).

[10] Ji-Young Oh, Jonghyurk Park, Seung-Youl Kang “Room temperature fabrication of ZnO nanorod films: synthesis and application as a channel layer of transparent thin film transistors” J. The Royal Society of Chemistry, 4545-4547,(2009).

[11] Gary P. Wiederrecht “Handbook of Nanofabrication” Elsevier’s Science & Technology Rights Elsevier B.V,(2010).

[12] Zhong Lin Wang “Nanowires and Nanobelts Materials, Properties and Devices” Springer Science Business Media, Inc.(2006).

[13] Zhiyong Fan, Daniel J. Ruebusch, Asghar A. Rathore, Rehan Kapadia, Onur Ergen “Challenges and Prospects of Nanopillar-Based Solar Cells” J. Nano Res 2: 829- 843, (2009).

References

168

[14] Carl C. Koch, I Lya, A. Ovid, Sudipta, Seal and Stan Veperk “Structural Nanocrystalline Materials, Fundamentals and Applications” Cambrdge University Press. CB2 8RU, UK, (2007).

[15] S.C.Kashyap “Giant magnetoresistance in electrodesposited nanogranular thin films” Proceedings of the International Workshop on Physics and Technology of Thin Films, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.(2004).

[16] Z. Fan and J.G. Lu “Zinc Oxide Nanostructures: Synthesis and Properties", Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 5, 1561-1573 (2005).

[17] Ioanna Giouroudi, Jurgen Kosel and Cornie Scheffer “Recent Developments and Patents on Thin Film Technology” Recent Patents on Materials Science, 1, 200-208 ,(2008).

[18] Aurangzb K. “Synthesis, Characterization and Luminescence Properties of Znic Oxide Nanostructures” Ph.D Dissertation, The College of Arts and Science, Ohio University, (2006).

[19] K. L. Chopra, “Thin Films Phenomena ”1st Edition, McGraw-Hill Book, New York, (1969).

[20] Hugh O. Pierson“Hand Book of Chemical Vapor Deposition (CVD)”2nd ed, Noyes Publications, LLC Norwich , New Jersey, U.S.A., (1999).

[21] A.M.Van Mol “Chemical Vapor Deposition of Tin Oxide” Ph.D Dissertation, Technische Universiteit Eindhoven, (2003).

[22] Toivo T. Kodas and Mark J. Smith “The Chemistry of Metal CVD” VCH Verlagsgesell schaft mbH, Weinheim ,Germany,( 1994).

[23] Matthew Zervos, Demetra Tsokkou “Low Temperature Growth of In2O3 and InN Nanocrystals on Si(111) via Chemical Vapour Deposition Based on the Sublimation of NH4Cl in In” J. Nano. Res Lett, 2, 442, (2009).

[24] HaifanL,RoyG. “Atmospheric presure chemical vapor deposition transparent conducting films of fluorine doped zinc oxide and their application to amorphous silicon solar cells” J. Mater Sci ,42,6388-6399,(2007).

[25] Bruce K. “ CVD Oxidation and Diffusion, Fundamentals of Micromachining Preparation” Article, Dept. of ECE, Univ. of Texas at Austin,(2001).

[26] Hiroyuki Nishinaka, T. Kawaharamura “Growth of ZnO Nanostructures by Using Ultrasonic Spray Chemical Vapor Deposition with a Au Catalyst” Journal of the Korean Physical Society, 53, 5,3025-3028,(2008).

References

169

[27] Peter Y. Yu, Manuel Cardona “Fundamentals of Semiconductors, Physics and Materials Properties”4th edition, Springer Heidelberg Dordrecht London New York, (2010).

[28] Jayanta K. Behera “Synthesis and Characterization of ZnO Nanoparticles” M.Sc Thesis, National Institute of Technology, India,(2005).

[29] Todd S “Semiconductor Nanostructures for Optoelectronic Applications” Artech House, Inc. Boston London, (2004).

[30] D.R.Kammler, D.D.Edward, B.G.Ingram,T.O.Mason “Novel Compound and Solid Solution Transparent Conducting Oxides for Photovolatics” J. Electrochemical Society Proceeding, 99, 11, 68-77, (2000).

[31] Monica Morales Masıs “Fabrication and Study of ZnO Micro-and Nanostructures” M.Sc thesis, Wright State University,(2007).

[32] Kiyoshi Takahashi, Akihiko Yoshikawa and Adarsh Sandhu “Wide Bandgap Semiconductors” Springer-Verlag Berlin Heidelberg, (2007).

[33] R. Rajendran, C. Balakumar, Hasabo A. Mohammed Ahammed “Use of zinc oxide nano particles for production of antimicrobial textiles” International Journal of Engineering, Science and Technology,2,1,202-208 ,(2010).

[34] Guangyu Chaia, Oleg Lupanb,Lee Chowb, Helge Heinrich “Crossed zinc oxide nanorods for ultraviolet radiation detection”J. Sensors and Actuators A 150,184-187,(2009).

[35] Chunfeng Zhang, Fan Zhang, Tian Xia, Nitin Kumar “Low-threshold two-photon pumped ZnO nanowire lasers” J.Optical Society of America,17,10,7893-7900,(2009).

[36] Raegan Lynn Johnson “Characterization of piezoelectric ZnO thin films and the fabrication of piezoelectric micro-cantilevers” M.Sc thesis, Iowa State, University, Ames, Iowa,(2005).

[37] Ming-Hong Lai, Auttasit Tubtimtae, Ming-Way Lee“ZnO-Nanorod Dye-Sensitized Solar Cells: New Structure without a Transparent Conducting Oxide Layer”, International Journal of Photoenergy, 10,55, 1-5, (2010).

وزارة التعليم العالي "الكيمياء الالعضوية"حبيب عبد االحد .عصام جرجيس،د.مهدي ناجي،د. د [38].) 1982( والبحث العلمي،مطبعة جامعة الموصل،

[39] Bushra Kadhem Hassun Al-Maiyaly “Study the Effect of Annealing and Doping by Halogens on the Optical and Electrical Properties of Fe2O3 & Co3O4 Oxide Films and Their Mixture” Ph.D Dissertation, Baghdad University, College of Education, (2007).

References

170

[40] Osama Natak Najy “Effect of Carbon Nanotubes on the Properties of Liquid Crystal” Ph.D Dissertation, Baghdad University, College of Science, (2009).

[41] Lek Sikong, Budsabakorn Kongreong, Duangporn K. “Photocatalytic Activity and Antibacterial Behavior of Fe3+-Doped TiO2/SnO2 Nanoparticles” J. Energy Research Journal, 1, 2, 120-125, (2010).

[42] Tianyou Zhai ,Xiaosheng Fang, Meiyong Liao “A Comprehensive Review of One-Dimensional Metal-Oxide Nanostructure Photodetectors” J. Sensors, 9, 6504-6529,(2009).

[43] Sanjeev Gautam1, S. Kumar, P. Thakur, K. H. Chae1, Ravi Kumar, B.H. “Electronic structure studies of Fe doped ZnO nanorods by x-ray absorption fine structure” 2, 5, 388-398, (2008).

[44] M.Ren, Y. Ma, M. Liu and B. Man “Effect of substrate on the morphology, crystal structure and property of ZnO structure” J. Thin Solid Film, 10, 6, 185-190, (2000).

[45] Olvera M, Malodonado A, Smoza R, Solorza O , Acosta, “Optical and electrical properties of ZnO:F thin films prepared by spray pyrolysis method” J. Thin Solid Film” 394 ,1 , 242, (2001).

[46] Yong Jae Kwon, Kyoung Hun Kima, Chang Sung Limb and Kwang Bo Shim “Characterization of ZnO nanopowders synthesized by the polymerized complex method via an organochemical route” Journal of Ceramic Processing Research. 3, 3, 146-149 (2002).

[47] Chia Ying Lee, Tseung Yuen Tseng, Seu Yi Li and Pang Lin “Growth of Zinc Oxide Nanowires on Silicon (100)” Tamkang Journal of Science and Engineering, 6, 2, 127-132 (2003).

[48] P. Sagar, M. Kumar, R.M. Mehra “ Electrical and optical properties of sol-gel derived ZnO:Al thin films” Materials Science-Poland, 23, 3, 685-696,(2005).

[49] E.Vitoratos, S.Sakkopoulos, Ch.Anestis, J.Splliotopoulos, K.Govender “D.C Conductivity of Transparent Conductive ZnO:Al Films in the Temperature Range 80-360K” Proceeding of conference on solid state ionics-Transport properties, Patras, Greece, Sept.14-18, (2005).

[50] Jae. Hwan Park, In. Sung H, Young. Jin Choi, Jae. Gwan P. “ Synthesis of ZnO nanorods by a hot wall high-temperature deposition process” Journal of Crystal Growth 276, 171-176, (2005).

References

171

[51] S. Larcheria, C. Armellinia, F. Roccaa, A. Kuzminb, “X-ray studies on optical and structural properties of ZnO nanostructured thin films” Superlattices and Microstructures 39, 267-274, (2006).

[52] P. P. Sahay, S.Tewari, and R. K. Nath “Optical and electrical studies on spray deposited ZnO thin films” J.Cryst. Res.Technol.42,7, 723-729 (2007).

[53] Hiroyuki N, Toshiyuki K. and Shizuo Fujit “Growth of ZnO Nanostructures by Using Ultrasonic Spray Chemical Vapor Deposition with a Au Catalyst” Journal of the Korean Physical Society, 53, 5, 3025-3028, (2008).

[54] Ruiqun Chen, Zhengwei Li and Wei Gao “ Effect of substrate on the morphology, crystal structure and property of ZnO thin films” Asia pasifc Journal of chemical engineering, 2,5, 388-393,(2007).

[55] R. A. Ismail “Spray Pyrolysis Deposition of α-Fe2O3 Thin Film” e-Journal of science and nanotechnology,6,96-98,(2008).

[56] Supakorn P, Pattanasuk Chamninok, Dheerachai Polsongkram “Synthesis of ZnO Nanowires and Nanobelts by thermal evaporation” J. Nat. Sci. Special Issue on Nanotechnology,7,1,95-98 (2008).

[57] Jihui Lang, Jinghai Y, Changsheng Li, Lili Yang, “Synthesis and optical properties of ZnO nanorods” J. Cryst. Res. Tech. 43, 12, 1314-1317 (2008).

[58] Gao.Ren Li, Xi-Hong Lu,Wen-Xia Zhao,Cheng-Yong Su, and Ye-Xiang Tong “Controllable Electrochemical Synthesis of Ce+4 Doped ZnO Nanostructures from Nanotubes to Nanorods and Nanocages” Cryst. Growth Des., 8 ,4, 1276-1281,(2008).

[59] R. Sharma, P. K. Shishodia, A. Wakahar, R. M. Mehir “Investigations of highly conducting and transparent Sc doped ZnO films grown by the sol-gel process” Materials Science-Poland, 27,225-237, (2009).

[60] Ning Zhang , Ran Yi, Rongrong Shi, Guanhua Gao , Gen Chen, Xiaohe Liu “Novel rose-like ZnO nanoflowers synthesized by chemical vapor deposition” Materials Letters, 63,496-499, (2009).

[61] M. R. Islam and J. Podde “Optical properties of ZnO nanofiber thin films grown by spray pyrolysis of zinc acetate precursor” Cryst. Res. Technol. 44, 3, 286- 292, (2009).

[62] Shinho Cho “Effects of Growth Temperature on the Properties of ZnO Thin Films Grown by Radio-frequency Magnetron Sputtering” Transactions on electrical and electronic materials, 10, 6, 185-188, (2009).

References

172

[63] Debabrata Pradhan,Mukul Kumar,Yoshinori Ando,and K. T. Leung “Fabrication of ZnO Nanospikes and Nanopillars on ITO Glass by Templateless Seed-Layer-Free Electrodeposition and Their Field-Emission Properties” ACS Appl. Mater. Interfaces, 1,4, 789-796,(2009).

[64] L. Feng, A. Liu, Y. Ma, M. Liu and B. Man “Fabrication, Structural Characterization and Optical Properties of the Flower-Like ZnO Nanowires” Acta Physica Polonica A, 117, 3, (2010).

[65] Linhua Xu, Xiangyin Li “Influence of Fe-doping on the structural and optical properties of ZnO thin films prepared by sol–gel method” Journal of Crystal Growth ,312, 851-855, (2010).

[66] Lihong Gong, Xiang Wu, Huibo Chen, Fengyu Qu, and Maozhong An “Synthesis of Vertically Aligned Dense ZnO Nanowires” Journal of Nanomaterials, doi:10.1155,1-5,(2011).

[67] S. Karamata, R.S. Rawata, T.L. Tana, P. Leea, S.V. Springhama, E. Ghareshabania, R. Chenc, H.D. Sunc “Nitrogen doping in pulsed laser deposited ZnO thin films using dense plasma focus” Applied Surface Science, 257, 1979-1985 ,(2011).

[68] Sun Ying-Lan, BIAN Ji-Ming, SUN Jing-Chang, LIANG Hong-Wei, ZOU Chong-Wen, LUO Ying-Min “Electronic Structure and Optical Properties of Vertically Aligned ZnO Nanorod Arrays Grown by Low-temperature Hydrothermal Method” Journal of Inorganic Materials, 26, 3, 1-5,(2011).

[69] Jurgen Schulte “Nanotechnology, Global Strategies, Industry Trends and Applications” John Wiley & Sons Ltd, 1st edition,(2005).

[70] Masuo Hosokawa, Kiyoshi Nogi, Makio Naito and Toyokazu Yokoyama “Nanoparticle Technology Handbook” British Library Cataloguing in Publication Data, 1st edition, (2007).

[71] Navendu Goswami, Dhirendra Kumar Sharma “Structural and optical properties of unannealed and annealed ZnO nanoparticles prepared by a chemical precipitation technique” Physica E 42,1675-1682, (2010).

[72] R. Rajendran, C. Balakumar, Hasabo A. Mohammed Ahammed, S. Jayakumar, K. Vaideki “Use of zinc oxide nano particles for production of antimicrobial textiles” International Journal of Engineering, Science and Technology,2,1202-208,(2010).

[73] Kazuyoshi Tanaka, Tokio Yamabe and Kenichi Fukui “The Science and Technology of Carbon Nanotubes” Elsevier Science Ltd,(1999).

References

173

[74] Seung-Sik Park, Jin-Moo Lee, Sung-Jin Kim and Sang-Woo Kim “Catalyst-Free Synthesis of ZnO Nanorods on Metal Substrates by Using Thermal Chemical Vapor Deposition” Journal of the Korean Physical Society, l, 53, 183-187,(2008).

[75] Mohammad Ali Karimi, Saeed Haghdar Roozbahani, R.Asadiniya, “Synthesis and Characterization of Nanoparticles and Nanocomposite of ZnO and MgO by Sonochemical Method and their Application for Zinc Polycarboxylate Dental Cement Preparation” Int. Nano Lett.,1,1, 43-51, (2011).

[76] M.Y. Gea, H.P. Wua, L. Niua, J.F. Liua, S.Y. Chenb, P.Y. Shenc, Y.W. Zeng “Nanostructured ZnO: From monodisperse nanoparticles to nanorods” Journal of Crystal Growth 305, 4, 162-166, (2007).

[77] Zhengtao Deng, Li Cao, Fangqiong Tang, and Bingsuo Zou “A New Route to Zinc-Blende CdSe Nanocrystals: Mechanism and Synthesis” J. Phys. Chem. B,109, 16671-16675,(2005).

[78] Adrian G. Parra Palomino “Room-Temperature Synthesis and Characterization of Highly Monodisperse Transition Metal-Doped ZnO Nanocrystals” M.Sc Thesis ,University Niversity of Puerrto Rico,(2006).

)2000(، مطبعة الفكر العربي "فيزياء الجوامد" سليمان، احمد فؤاد وشريف خيري، أمينمحمد [79]

)1990 ( مطبعة جامعة الموصل الطبعة الثانية، "فيزياء الحالة الصلبة" يحيى نوري الجمال [80]

[81] Dhaikarn Liewhiran and Sukon Phanichphant “Influence of Thickness on Ethanol Sensing Characteristics of Doctor-bladed Thick Film from Flame-made ZnO Nanoparticles” Sensors 7, 185-201,(2007).

[82] Amilcar Bedoya Pinto “Novel ferromagnetic semiconductors: Preparation and characterization of bulk-and thin film samples of Cu-doped ZnO” Ph.D Dissertation, Bayerische Akademie, (2007).

[83] Sajjad Hussain “Investigation of Structural and Optical Properties of Nanocrystalline ZnO” Ph.D Dissertation, Linkopings Universitet, (2008).

[84] T.Prasada Rao, M.C.Santhosh Kumar, A.Safarulla ,V.Ganesan, S.R.Barman ,C.Sanjeeviraj “Physical properties of ZnO thin films deposited at various substrate temperatures using spray pyrolysis”

Physica B 405 2226-2231, (2010).

References

174

[85] Leonid V. Azaroff “Elements of X-ray Crystallography”, McGraw-hill Company, Japan, (1968).

[86] B.D. Cullity, S.R. Stock, “Elements of X-Ray Diffraction” 3nd ed., Prentice Hall, New York,( 2001).

[87] Yasemin Caglar, Muhsin Zor, Mujdat Cagl,Salihailican, “Growth of zinc oxide nanoflowers by thermal evaporation method” Journal of Optoelectronics and Advanced Materals l8, 5,1867- 1873, (2006).

[88] M. Caglar, Y. Caglar, S. Ilican “The determination of the thickness and optical constants of the ZnO crystalline thin film by using envelope method”

Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 8,4,1410-1413,(2006).

[89] Barred C, Massalski T.B. “ Structure of Metals” Pergamon Press, Oxford, p. 204 (1980).

[90] L.B.Freund and S.Suresh “Thin Film Materials, Stress, Defect Formation and Surface Evolution” 1st edition, Massachusetts Institute of Technology, (2003).

[91] Luis Manuel A.Silva “Study of structural ,electrical, optical and magnetic properties of ZnO based films produced by magnetron sputtering” M.Sc thesis, University of Puerto Rico. Mayaguez Campus,(2006).

[92] R. W. Hoffman “Physics of Non-metallic Thin Films”, C. H. S. Dupy and A. Cachard. (eds.), Plenum, New York ,pp. 273, (1976).

[93] C. Liewhiran , S. Seraphin , S. Phanichphant “Synthesis of nano-sized ZnO powders by thermal decomposition of zinc acetate using Broussonetia papyrifera (L.) Vent pulp as a dispersant” Current Applied Physics, 6 , 499-502, (2006).

[94] S.H. Jeong, B.N. Park, S.B. Lee, J.H. Boo “Structural and optical properties of silver-doped zinc oxide sputtered films” Surface & Coatings Technology 193, 340- 344,(2005).

[95] Penny S. Hale, Leone M. Maddox, Joe G. Shapter, Nico H. Voelcker, “Growth Kinetics and Modeling of ZnO Nanoparticles” Journal of Chemical Education, 82, 5, 775-778, (2005).

[96] W. M. Hlaing and M. D. McCluskey “Infrared spectroscopy of ZnO nanoparticles containing CO2 impurities” Applied Physics Letters 86,,1-3,(2005).

References

175

[97] Eckhoff, B, Kanngieer, B.Langhoff, N., Wedell, R., Wolff, H., “Handbook of Practical X-Ray Fluorescence Analysis”, Springer Science, Business Media, LLC, (2006).

[98] Xiangxin Liu “Photoluminescence and Extended X-ray Absorption Fine Structure Studies on CdTe Material” Ph.D dissertation, The University of Toledo, (2006).

[99] G. Martinez-Criadoa; M. Hernandez-Velezb, I. Letarda, A. Crosc, A. Cantarero “Optical Investigation of ZnO Nanowires” Acta Physica Polonica A, 117, 369, 373, (2010).

)2009 (األولىالطبعة ، القرىأمجامعة "فيزياء الجوامد "سعود بن حميد اللحياني [100]

[101] S. M. Sze and Kwok K. Ng “Physics of Semiconductor Devices”3rd edition, John Wiley & Sons, JNC., Publication,(2007).

[102] M. Ali. Omar “Elementary Solid State Physics” Addison-Wesley Publishing Company, First Printing,( 1975).

)1990(،جامعة الموصل "فيزياء الحالة الصلبة"يوسف مولود صبحي سعيد الراوي،شاكر جابر، [103]

).1987(، جامعة بغداد، األولالجزء " فيزياء الحالة الصلبة "مؤيد جبرائيل يوسف، [104]

)1990( جامعة الموصل ، ترجمة الدكتور يوسف مولود ،"الخاليا الشمسية"كرين، .أ.مارتن [105]

[106] Sadao Adachi “Properties of Group-IV, III–V and II–VI Semiconductors”

John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, 1st edition,(2005).

[107] Tribble, “Electrical Engineering Materials and Devices” University of Lowa (2002).

[108] C. Kittle, “Introduction to Solid State Physics”, John Wiley and Sons Inc., 8th edition, (2005).

[109] A.D.A. Buba, J.S.A. Adelabu “Optical and Electrical Properties of Chemically Deposited ZnO Thin Films” The Pacific Journal of Science and Technology, 11,2,429-434, (2010).

[110] Salah Kaduri Haza’a “Development of Sputtering Method for Fabrication of Superior ZnO Thin Films Material for Gas Sensors” Ph.D Dissertation, Gadjah Mada University,(2003).

References

176

[111] A. H. Clark, “ Optical Properties of Polycrystalline and Amorphous Thin Films and Devices ”edited by Lawrece. L. Kazemerki, Academic Press, 1st edition, (1960).

[112] J. I. Pankove, “Optical Processes in semiconductors” N. Holonyak (Eds.) Solid State Physical Electronics Series, Prentice Hall, Eagle Wood Cliffs, N. J. USA (1971).

. )1982(جامعة الموصل " البصريات الفيزيائية "حسن الشربتي، بتول الخياط و صبحي كمال [113]

[114] J.N. Hodgson, "Optical Absorption and Dispersion in Solids", Chapman & Hall, London, (1970).

[115] R.A. Smith,” Semiconductors”, 2nd edition, Cambridge University Press, Cambridge, (1978).

[116] G. Busch and H. Schade, "Lectures On Solid State Physics", Pergaman Press, London, (1976).

[117] Ali Jasim AL-Jabiry “ Studying the Effect of Molarity on the Physical and Sensing Properties of Zinc Oxide Thin Films Prepared by Spray Pyrolysis Technique” Ph.D Dissertation, University of Technology ,(2007).

[118] T.S. Moss, G. J. Burrell, B. Ellis, “Semiconductor Opto-Electronics”, Wiley, New York, (1973).

[119] M. H. Suhail, "Study the Optical Properties of the Thin Films of Gold- Copper Alloys” M.Sc. Thesis, Al-Mustansiriyah University, (1984).

).1985( األولى،الطبعة مطبعة جامعة الموصل، " فــالطي" د نجيبـ محمىيلل [120]

، محمد علي عبد الحسين خضيرترجمة العضوية"امتصاص الجزيئات أطياف"ام.في ، بارخ [121] .)1985( مطبعة جامعة الموصل ، ،محمد احمد

[122] M.A. Gondal , Q.A. Drmosh , Z.H. Yamani , T.A. Saleh “Synthesis of ZnO2 nanoparticles by laser ablation in liquid and their annealing transformation into ZnO nanoparticles” Applied Surface Science ,256, 298-304, (2009).

[123] Libing Feng, Aihua Liu, Mei Liu, Yuying Ma, Jing Wei, Baoyuan Man “Synthesis, characterization and optical properties of flower-like ZnO nanorods bynon-catalytic thermal evaporation” Journal of Alloys and Compounds 492,427-432 ,(2010).

References

177

[124] R. G. Mankarious, "Solid State Electron" Pergaman Press, London, 1st edition, (1964).

[125] Mejda Ajili, Neila Jebbari, Najoua Kamoun Turki , Michel Castagne “Study of physical properties of aluminum doped ZnO Spraye thin layers” International Renewable Energy Congress, 5, 7, 305-309, (2010).

).1990( 1جالجامعة المستنصرية، " إلكترونيات أشباه الموصالت " وهناء متيعامر عباس [126]

[127] Sara Abdelazeem Hassan Abass “Van der Pauw Measurements Of The Hall Effect In Nanoparticulate Silicon Layers” Diploma at AIMS, University of Cape Town, South Africa, (2008).

[128] L. J. Van der Pauw “A method of measuring the resistivity Hall coefficient on lamellae of arbitrary shape” Philips Res. Repts. 13, 1,220-224, (1958).

[129] D. Daghero “Resistivity measurements: the conventional and van der Pauw techniques” Ph.D dissertation, University of California,(2008).

[130] R. C. Weast and M. J. Astle, “Hand Book of Chemistry and Physics”, CRC Press, (1979).

[131] L. Eckcrtova, “Physics of Thin Films ” Plenum Press, New York and London, (1977).

[132] C.Gumn, O.M. Ozkendir, H. Kavak, Y. Ufuktepe “Structural and optical properties of zinc oxide thin films prepared by spray pyrolysis method”

Journal of Optoelectronics and Advanced aterials, 8, 1, 299- 303,(2006).

[133] A.S. Filonov I.V. Yaminsky “Scanning Probe Microscopy Image Processing Software User's Manual FemtoScan” Moscow, Advanced Technologies Center, (2009).

[134] Z.W.Liu, C.K.Ong “Synthesis and size control of ZnO nanorods by conventional pulsed-laser deposition without catalyst” Materials Letters 61, 3329-3333, (2007).

[135] H. Abdullah, M.N. Norazia, S.Shaari, M.Z. Nuawi “Low-doping Effects of Nanostructure ZnO: Sn tin films annealed at different temperature in Nitrogen ambient to be applied as an Anti-reflecting coating (ARC)” American J. of Engineering and Applied Sciences 3,1,171-179, (2010).

[136] Navendu Goswami, Dhirendra Kumar Sharma “Structural and optical properties of unannealed and annealed ZnO nanoparticles prepared by a chemical precipitation technique” Physica E 42, 1675-1682, (2010).

References

178

[137] N.G. Semaltianos, S. Logothetidis, N. Hastas, W. Perrie, S. Romani, R.J. Potter, G. Dearden, “Modification of the electrical properties of PEDOT:PSS by the incorporation of ZnO nanoparticles synthesized by laser ablation” Chemical Physics Letters 484 , 283-289, (2010).

[138] Penny S. Hale, Leone M. Maddox, Joe G. Shapter, Nico H. Voelcker,” Growth Kinetics and Modeling of ZnO Nanoparticles” Journal of Chemical Education, 82, 5, 775-778, (2005).

[139] Li-Hua Li, Jian-Cheng Deng , Hui-Ren Deng, Zi-Ling Liu, Ling Xin “ Synthesis and characterization of chitosan/ZnO nanoparticle composite membranes” Carbohydrate Research 345, 994-998, (2010).

[140] Chun He, Takeshi Sasaki, Hiroyuki Usui, Yoshiki Shimizu “Fabrication of ZnO nanoparticles by pulsed laser ablation in aqueous media and pH-dependent particle size: An approach to study the mechanism of enhanced green photoluminescence” Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 191, 66-73, (2007).

[141] L. Dghoughi, F.Ouachtari, M.Addou, B.Elidrissi, H.Erguig, A.Rmili, A.Bouaoud “The effect of Al-doping on the structural, optical, electrical and cathode luminescence properties of ZnO thin films prepared by spray pyrolysis” Physica B 405, 2277-2282, (2010).

[142] Vaclav Cuba, Toma Gbur, Viliam Mucka,Martin Nik, Romana Kucerkov “Properties of ZnO nanocrystals prepared by radiation method” Radiation Physics and Chemistry 79, 27-32, (2010).

[143] Lan Chen, Justin D.Holmes, Sonia Ramırez Garcıa, and Michael A.Morris “Facile Synthesis of Monodisperse ZnO Nanocrystals by Direct Liquid Phase Precipitation” Hindawi Publishing Corporation, Journal of Nanomaterials, 2011, 9, 1-9, (2010).

[144] Shahrom Mahmud and Peter J. Robinson “University-Industry Collaboration in ZnO Nanotechnology” Plenary Paper, World Innovation Forum, Kuala Lumpur Malaysia, 10-11 August (2007).

[145] Selcuk Guceri, Yuri G. Gogotsi and Vladimir Kuznetsov “Nanoengineered Nanofibrous Materials” 1st edition, Kluwer Academic Publishers, (2004).

[146] Hui He, Weiping Cai, Yongxing Lin, and Bensong Chen “Surface Decoration of ZnO Nanorod Arrays by Electrophoresis in the Au Colloidal Solution Prepared by Laser Ablation in Water” Langmuir, American Chemical Society, 26, 11, 8925-8932, (2010).

References

179

[147] Mustafa Oztas, Metin Bedir " Thickness dependence of Structural , electrical and Optical properties of sprayed ZnO:Cu films " Thin Solid Films 516,1703-1709,(2008).

ير القصدأوكسيد ثنائيألغشيةدراسة الخواص الضوئية والكهربائية "سناء محمود حسين [148] )2006(جامعة الموصل ، اطروحة دكتوراه، بطريقة الترسيب البخاري الكيميائيالمحضرة

[149] Istem Ozen and Mehmet Ali Gulgun “Residual Stress Relaxation and Microstructure in ZnO Thin Films” Advances in Science and Technology 45,1316-1321,(2006).

[150] K. L. Chopra and I. Kaur “Thin Film Device Applications” 1st edition Plenum press, New York,(1983).

دراسة الخواص الفيزياوية لالكاسيد المنماة على أرضيات سليكونية "اصم احمد عيسى محمدع [151] .)2010(اطروحة دكتوراه،كلية العلوم ،جامعة الموصل " بطريقة األكسدة االنودية

[152] Rui Ding, Chunxiang Xu, Baoxiang Gu, Zengliang Shi, Haitao Wang, Long Ba “Efects of Mg Incorporation on Microstructure and Optical Properties of ZnO Thin Films Prepared by Sol-gel Method” J. Mater. Sci. Technol, 26, 7, 604, (2010).

[153] Sumetha Suwanboon1, Ratana Tanattha and Ratana Tanakorn “Fabrication and properties of nanocrystalline zinc oxide thin film prepared by sol-gel method” Songklanakarin J. Sci. Technol. Songklanakarin J. Sci. Technol. 30,1, 65-69, (2008).

[154] Shatha Shammon Batros Jamil “Preparation and Studying Some Physical Properties of Polycrystalline PbI2 Films” Ph.D Dissertation, University of Technology, (2008).

[155] Khaled Z.Yahya “Characterization of Pure and dopant TiO2 thin films for gas sensors applications” Ph.D Dissertation, University of Technology, (2010).

[156] L.Dghoughi, F.Ouachtari, M.Addou, B.Elidrissi, H.Erguig, A.Rmili, A.Bouaoud “The effect of Al-doping on the structural, optical, electrical and cathodoluminescence properties of ZnO thin films prepared by spray pyrolysis” Physica B 405,2277-2282, (2010).

[157] Raid A. Ismail, Ala Al-Naimi, and Alaa A. Al-Ani “Preparation and characteristics study of ZnO: (Al,Cu,I) thin films by chemical spray pyrolysis” e-J. Surf. Sci. Nanotech. 4, 636-639, (2006).

References

180

[158] A. Parra-Palomino, Perales Perez, R. SinghaM. Tomar, Jinwoo Hwang, and P. M. Voyles “Structural, optical, and magnetic characterization of monodisperse Fe-doped ZnO nanocrystals” Journal of applied physics 103,07,(2008).

[159] K.Galatsis,L.Cukrov, W.Wlodarski, P.Cormick “ p and n-type Fe-doped SnO2 gas sensors fabricated by the mechanochemical processing technique” j. Sensors and actuators B, 93, 562-565, (2003).

[160] ZHENG Bi-Ju, LIAN Jian-She, Zhao Lei, Jiang Qing “Optical and Electrical Properties of ZnO/CdO Composite Thin Films Prepared by Pulse Laser Deposition” Chin. Phys. Lett. 28, 1, 016801- 016801-4,(2011).

[161] Mejda Ajili, Neila Jebbari, Najoua Kamoun Turki , Michel Castagné “Study of physical properties of aluminum doped ZnO sprayed thin layers” International Renewable Energy Congress, 5,7,305-309,(2010).

[162] L.B.Freund and S.Suresh “Thin Film Materials, Stress, Defect Formation and Surface Evolution” 1st edition, Massachusetts Institute of Technology, (2003).

[163] Rolando M.A. Roque-Malherbe “Adsorption and diffusion in nanoporous materials” 1st edition, CRC Press is an imprint of the Taylor & Francis Group, an informa business, (2007).

[164] D. Cornejo Monroy and J. F. Sanchez-Ramırez “Effects of deposition parameters on the optical and microstructural characteristics of sputtered deposited nanocrystalline ZnO thin films” Revista Mexicana de fiscas ,53,5, 23-28,(2007).

[165] Sung Kim, Chang Oh Kim, Sung Won Hwang and Suk-Ho Choi “Fabrication and Structural Characterization of Hybrid Nanostructures of ZnO/Si” Journal of the Korean Physical Society, 54, 6, 2318-2322,(2009).

[166] Daniel Hasko, Jaroslav Bruncko “AFM surface analysis of ZnO layers prepared by pulsed laser deposition at different oxygen pressures” j. Vacuum, 84,166-169,(2010).

[167] K. Saravanakumar “Columnar Growth of Nanocrystalline ZnO Thin Films Prepared through RF Magnetron Sputtering” Adv. Studies Theor. Phys., 5, 3, 143 -154, (2011).

[168] Fawzy.A,G.kiriakidis,” Nanocrystalline ZnO thin film for GAS sensor application” Journal of Ovonic Research 5, 1, 15- 20, (2009).

References

181

[169] Qifeng Zhang, Christopher S. Dandeneau, Xiaoyuan Zhou, GuozhongCao,”ZnO nanostructures for Dye-Sensitized Solar Cells” Adv. Mater. 21, 4087-4108, (2009).

[170] Yasemin Caglar, Muhsin Zor, Mujdat Cagl,Salihailican, “Growth of zinc oxide nanoflowers by thermal evaporation method” Journal of Optoelectronics and Advanced Materals l8, 5,1867- 1873, (2006).

[171] Zhiguang Wang, Minqiang Wang, Zhonghai Lin, Yaohui Xue, Ge Huang, Xi Yao,” Growth and Interconversion of ZnO Nano-structure films on Different Substrates” Applied Surface Science, 03, 173,1-20, (2008).

[172] Sheng Chu1, Dongdong Li, Pai-Chun Chang, Jia G Lu “Flexible Dye-Sensitized Solar Cell Based on Vertical ZnO Nanowire Arrays” Nanoscale Res Lett , 6,38,2-4,(2011).

[173] Mekhaiel Iessa Manssor “Amorphous GaAs Thin Films and Related Compounds” PH.D Dissertation ,University of Leicester, London,(1991).

[174] Yahyaoui .F, Hlou. L, Aggour .M, " Combination of Theoretical Analysis and FTIR to Study the Photo Current Oscillation of Silicon in Fluoride Media", J. condensed. matter ,5, 1, 39 - 44,(2004).

[175] C. Liewhiran, S. Seraphin, S. Phanichphant “Synthesis of nano-sized ZnO powders by thermal decomposition of zinc acetate using Broussonetia papyrifera (L.) Vent pulp as a dispersant” Current Applied Physics 6 ,499-502,(2006).

[176] Luzina . O and Matsumoto I. , "Comparative Analysis of the Si Dangling Bonds Saturation by H or Dim Gas and Liquid Phases ", Applied Surface Science , 237, 1-4 ,45- 50, (2004).

[177] Shadia J. Ikhmayies, Riyad N. Ahmad-Bitar “A Comparison between the Electrical and Optical Properties of CdS: In Thin Films for Two Doping Ratios” Jordan of Mechanical and Industrial Engineering, 4,1, 111-116, (2010).

[178] Kiattipoom Kongjai, Supab Choopun, Niyom Hongsith and Atcharawon Gardchareon “Zinc Oxide Whiskers by Thermal Oxidation Method”J. Chiang Mai J. Sci, 38,1, 39-46, (2011).

[179] S. Ilican, Y. Caglar, M. Caglar, B. Demirci “Polycrystalline indium-doped ZnO thin films preparation and characterization” Journal of Optoelectronics and Advanced Materals, 10,10, 2592-2598,(2008).

References

182

[180] A. Escobedo Morales, E. S´anchez Mora, and U. Pal “Use of diffuse reflectance spectroscopy for optical characterization of un-supported nanostructures” Revista Mexicana De Fisica, S 53, 5, 18-22,(2007).

[181] Jian Zhong “Optical Properties of Zinc Oxide Nanotips and Their Device Aplications” Ph.D Dissertation, Rutgers, The State University of New Jersey,(2007).

[182] Guo Yang, Liu Yao-Ping, LI Jun-Qiang, Zhang Sheng-Li, “Van der Pauw Hall Measurement on Intended Doped ZnO Films for p-Type Conductivity” Chin. PHYS. LETT. 27, 6 ,1-3,(2010).

[183] Hung-Ji Lin1, Der-Yuh Lin, Jia-Zheng Hong, Chu-Shou Yang, Chih-Ming Lin, and Chia-Feng Lin “A study of the grain size and electric properties of Mn-doped ZnO thin films grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy” Phys. Status Solidi C6, 6,1468-1471, (2009).

[184] Zur Erlangung des akademischen Grades “MOVPE Growth and Characterisation of ZnO Properties for Optoelectronic Applications” Ph.D Dissertation, der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, (2007).

Abstract

In this study, zinc oxide nanostructures as nanorods, nanoparticles, nanocrystals and nanoflowers were fabricated by an atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) technique without any catalyst for (ZnO:Fe) compound. The study included first on improving the performance of the system to get the best films by design and addition some important parts to it, and changing and deposition parameters as the quality of materials used and methods of preparation, temperature substrate, doping with (Fe) and the quality the substrate deposition and its place inside the reactor of system. The results of the X-ray testing showed that all nanostructures are polycrystalline and orientations identical with literatures when the deposition on glass, quartz and silicon at different temperatures (400,450,500,550 oC) and have amorphous structure at temperatures least of (250 oC),also these results showed that increasing in grain size with increasing substrate temperatures and decreasing with doping at (2%,4%,6%, 8%, 10%) with the presence ferric oxide (Fe2O3) at high doping. The results of microscopic testing proved that presence the

nanostructures by optical microscope measurements first, then by scanning electron microscope (SEM), which show that fact formation of all nanostructures with different shapes and calculating average diameter, grain size and Miller indices for the known plane which that identical with X-Ray diffraction analysis, also energy dispersive spectroscopy analysis show that presence the elements compose for these nanostructures with accurately and clearly. In addition, the results of atomic force microscope (AFM) show that presence nanostructures and there are effecting for substrate temperature(Ts) in growth processing, where an increase (Ts) will increasing root mean square (RMS) and decrease at low doping, then increase once more at high doping. this study contain on physical properties such as optical and electrical properties via using aqueous solution method with the same other parameters that accompanied the fabrication of nanostructures, the optical properties including the measuring of absorbance and transmittance spectra for all samples, as the increased temperature there was an increase in optical transmittance which was the rate at (500 oC) largest of (90%) within the regions of the visible and near infrared spectrum with increasing in energy gap from (3.21-3.27 eV), either the existence of doping at

(2-10%) within temperature (500 oC), the results showed a decrease

in optical transmittance and energy gap, as well as study change in other parameters such as absorption coefficient, refractive index and dielectric constant in its two parts; real and imaginary. The study of electrical properties showed that few increasing in electrical conductivity with increasing temperature associate it increase in carrier concentration and mobility, at the doping state the electrical conductivity increasing largest at (2%, 6%, 10%) with clear increasing in carrier concentration and decrease in mobility in spite of the material is n-type and no change with doping.

Republic of Iraq

Ministry of Higher Education And Scientific Research University of Baghdad

College of Education Ibn Al-Haithem

A Thesis Submitted to the College of Education Ibn Al-Haitham

University of Baghdad in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy in Physics

By Ziad Tariq Khodair AL-Magmaee

(M.Sc. in Physics 2003)

Supervised By

Assist. Prof. Dr. Assist. Prof. Dr. A.R. Alsrraf M.I.Manssor

2011 A.D 1432 A.H

Design and Fabrication Nanostructures growth of (ZnO:Fe) Compound by APCVD Technique and Study Some Physical

Properties and Deposition Parameters