CO-SPUTTERED COPPER-DOPED ZINC OXIDE THIN FILMS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS Thesis) MS_THESIS_SAEED_ABDULLAH_SAEED_BAQRAF.pdf - Accepted Version Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

أكسيد الزنك هو من أشباه الموصلات ذات الفجوة واسعة النطاق التي وجدت لها عدة تطبيقات في الإلكترونيات الضوئية فوق البنفسجية. واستخدام هذا الأكسيد في النطاق المرئي يستلزم خفض طاقته والتحكم فيها. في هذا العمل، تحقق هذا العمل من خلال تنشيط الاغشية الرقيقة لأكسيد الزنك بالنحاس عن طريق تقنية الترسيب الأيوني، حيث وضع أكسيد الزنك على المصدر الكهربائي المتردد بينما وضع النحاس على المصدر الكهربائي المستمر. الخصائص التركيبة للطبقات كشفت ان الأفلام متبلورة في الطاقات الكهربائية المنخفضة بينما في الطاقات الكهربائية العالية تكون غير متبلورة. تمت دراسة خصائص السطوح بواسطة مجهر القوة الذرية، حيث وجد أن درجة الخشونة انخفضت مع ارتفاع تركيز النحاس في الأفلام. الخصائص الكيميائية للأفلام تمت دراستها بواسطة التحليل الطيفي الضوئي بالأشعة السينية، ووجد أن العناصر موزعة بشكل متجانس داخل الأفلام. من الناحية الضوئية تمت دراسة معامل الامتصاص وطاقة الفجوة، ووجد أن هذه الطبقات لها قدرة امتصاص عالية في المنطقة المرئية وانخفاض لطاقة الفجوة يقترب من 0.57 الكترون فولت. تم تسخين الأفلام ذات القدرة العالية 18 واط في بيئه محاطة بالأكسجين عند درجة حرارة 400 درجة مئوية، حيث وجد أن طبقات هذه الأفلام غير متبلورة، وكشف مجهر القوة الذرية زيادة خشونة سطوح هذه الأفلام وأيضا أظهرت الخصائص الضوئية والكهربائية لهذه الأفلام انخفاض في طاقة الفجوة وكذلك في مقاومة هذه الأفلام.

English Abstract

Zinc oxide is a wide band gap semiconductor that has found potential applications in ultraviolet optoelectronics. Its utilization in the visible range necessitates that its energy gap be reduced and tunable. In this work, this was achieved by doping ZnO thin films with copper by means of a co-sputtering technique, where the ZnO was radio-frequency sputtered and the copper was DC-sputtered. The copper concentration was controlled through the DC power applied to the copper target, where concentration up to 51 at% were attained, indicating heavy doping. The structural properties were investigated by X-ray diffraction and revealed the growth was oriented along the (002) direction of hexagonal ZnO for pure zinc oxide and films deposited under 10 W DC power. The films were deposited under higher DC powers were amorphous. The surface morphological properties of the films were investigated by atomic force microscopy. The films had columnar structure with a surface roughness that decreased with an increase in copper doping concentration. The chemical properties of the films were investigated by X-ray photoelectron spectroscopy and revealed that the elements were homogenously distributed through the thickness of the films. The optical properties of the films, including the absorption coefficient and the band gap, were investigated by spectrophotometric measurements. The resulting films exhibited large absorption in the visible with a considerable red shift in the band gap approaching a value of 0.57 eV compared to pure ZnO. The deposited films under a DC power of 18 W were annealed in an oxygen atmosphere at the temperature of 400 °C. The annealing effects on the films were investigated by XRD, which revealed the amorphous structure of the films, and atomic force microscopy which showed that the surface roughness of the films was increased. The optical and electrical properties of the annealed films revealed that the band gap and resistivity of the films were decreased.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	Al-Kuhaili, Mohammad
Committee Members:	Durrani, Sardar and Naqvi, Akhtar
Depositing User:	SAEED BAQRAF (g201404280)
Date Deposited:	12 Jun 2017 09:54
Last Modified:	30 Dec 2020 12:11
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139900