The influence of hydrogen annealing and substrate temperature on the properties of RF Sputtered zinc oxide thin films. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Alade_MS_THESIS_FINAL_-_jan20-2015.pdf - Submitted Version Download (2MB) | Preview

Arabic Abstract

ملخص الرسالة الاسم الكامل:ألادي إبراهيم أولانريواجو عنوان الرسالة:تأثير التسخين الهيدروجيني ودرجة حرارة الركيزة على خصائص أغشية أوكسيد الزنك الرقيقة التخصص:: فيزياء تاريخ الدرجة العلمية:ديسمبر 2014م أكسيد الزنك (أكسيد الزنك) مادة هامة يتم دراستها من أجل عدة تطبيقات تكنولوجية، مثل الإلكترونيات الضوئية فوق البنفسجية، الموصلات الشفافة، وحدات الطاقة الشمسية، والكشف عن الغازات. يتميز أكسيد الزنك بخصائص ممتازة، مثل وجود فجوة واسعة النطاق (3.3 ألكترون فولت) وطاقة ربط عالية للإكسيتون. ولأجل استخدام أكسيد الزنك في هذه التطبيقات، فإن خصائصه لا بد من تعديلها بشكل مناسب لتلبية متطلبات معينة. في هذا البحث، سندرس تأثير التلدين الهيدروجيني ودرجة حرارة الركيزة على خصائص أغشية أكسيد الزنك. أولا، تم دراسة تأثير درجة حرارة التلدين الهيدروجيني على خصائص أغشية أكسيد الزنك المترسبة على ركائز غير مسخنة. وكان نطاق درجات الحرارة في هذا البحث من 300 إلى 600 درجة مئوية بخطوات 100 درجة مئوية. ثانيا، تم دراسة تأثير تسخين الركيزة أيضا عند 400 درجة مئوية. ودرسنا الخصائص الهيكلية للأغشية باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD) ومجهر القوة الذرية (AFM). وقد تم التحليل الكيميائي بمساعدة طيف الأشعة السينية الضوئية XPS. تم دراسة الخصائص البصرية والكهربائية باستخدام تقنيات القياس الطيفي الضوئي وقياسات هول، على التوالي. وكانت الأغشية كلها متعددة البلورات والتوجه (002) هو اتجاه النمو الأكثر تفضيلا للأغشية الناشئة على ركائز غير مسخنة. ومع ذلك، تم تغيير هذا الاتجاه إلى (100) عن طريق تسخين الركيزة. وعلاوة على ذلك، أظهرت الأغشية تحسناً في حجم الحبيبات والتبلور مع التسخين. وكشف التحليل الكيميائي زيادة في شواغر الأكسجين مع التسخين. وكشفت النتائج الكهربية أن أعلى موصلية تم الحصول عليها عندما ترسبت الأغشية على ركيزة ساخنة، وتسخينها إلى 400 درجة مئوية. ويعزى النقص في مقاومة الأغشية المسخنة إلى زيادة عدد شواغر الأوكسجين. وتعزى زيادة الأكسجين في الحدود بين الحبيبات إلى زيادة التحريك. ولوحظانخفاض طفيف، وزيادة الفجوة للأغشية المترسبة على ركيزة غير مسخنة وركيزة ساخنة، على التوالي. ويعزى زيادة الفجوة إلى تأثير بورستين موس.

English Abstract

Zinc oxide (ZnO) is an important material that has been investigated for several technological applications, such as ultraviolet optoelectronics, transparent conductors, photovoltaics and gas sensing. ZnO is characterized by its excellent attributes, such as a wide band gap (3.3 eV) and a high exciton binding energy. For ZnO to be adopted for these applications, its properties have to be suitably modified to meet certain requirements. In this work, the influence of hydrogen annealing and substrate temperature on the properties of radio-frequency (RF) sputtered zinc oxide thin films were studied. First, the effect of hydrogen annealing temperature on the properties of zinc oxide films deposited on unheated substrates was studied. The range of temperatures under investigation was 300 to 600 oC in steps of 100 oC. Second, the effect of substrate heating was also investigated at 400 oC. Structural properties of the films were characterized using X-ray diffraction (XRD) and atomic force microscopy (AFM) techniques. Chemical analysis was done with the aid of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The optical and electrical properties were studied using spectrophotometry and and Hall measurement techniques, respectively. The films were all polycrystalline with (002) orientation as the most preferred growth direction for films deposited on unheated substrates. However, this direction was altered to (100) by substrate heating. Furthermore, the films showed improvement in the lateral grain size and crystallinity upon annealing. The chemical analysis revealed the increase in oxygen vacancies upon annealing. The electrical results revealed that the highest conductivity was obtained when the films were deposited on heated substrates and annealed at 400 oC. Reduction in the resistivity of the annealed films was attributed to increased oxygen vacancies, while desorption of oxygen at the grain boundary was responsible for the increased mobility. There was a slight reduction or increase in the band gap for films deposited on unheated or heated substrate, respectively. The increase in the band gap was attributed to Burstein- Moss effect.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	Dr. Kuhaili, Mohammed
Committee Co-Advisor:	Dr. Ayub, Sardar
Committee Members:	Dr Baseer, Haider and Dr, Khiari, Fatah and Dr. Salem, Rao
Depositing User:	IBRAHIM ALADE (g201203440)
Date Deposited:	02 Feb 2015 12:58
Last Modified:	01 Nov 2019 15:44
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139455