Al-Khwarizmi Engineering Journal Al-Khwarizmi Engineering Journal, Vol. 6, No. 2, PP 93-99 (2010) متعدد الطبقات دراسة الخصائص التركیبیة لغشاء شبھ موصل ھناء عریر القیسي سل االطرقجياھند ب الجامعة التكنولوجیة /المواد ھندسةسم ق (Received 13 September 2009; accepted 30 March 2010 ) الخالصة لزیادة في في ھذا البحث تم دراسة تأثیر زیادة عدد الطبقات لغشاء شبھ موصل ككبریتید الرصاص على متوسط األحجام الحبیبیة وبیان العالقة مابین ا ومن إجراء حیود ستخدام طریقة سھلة وبسیطة وال تحتاج الى تعقید أال وھي الحمام الكیمیائي،وتم تحضیر الغشاء با، توسط الحجم الحبیبي وسمك الغشاءم وبمستویات مختلفة PbSوعند زیادة عدد الطبقات المترسبة نالحظ بروز عدد من القمم لمادة cubicاألشعة السینیة وجد إن للمادة تركیب عشوائي ومكعب وكذلك تم حساب قیمة فجوة الطاقة البصریة ووجد إنھا ال تتأثر بزیادة السمك ومن ھذه القیمة یمكن تحدید التطبیقات )٢٠٠(شدة ھو لكن المستوى األكثر . الكھروبصریة للمواد شبھ الموصلة إذ یتم انتخاب المادة على أساس امتصاصھا لألشعة البصریة الساقطة علیھا .الطبقاتمتعدد PbS ،غشاء شبھ موصل :المفتاحیة لكلماتا لمقدمةا.١ شبھ الموصلة األغشیةیعتبر غشاء كبریتید الرصاص من [1,2]المجموعة الرابعة والسادسة من الجدول الدوري إلىتنتمي (IV-VI) ولھذه المادة فجوة طاقة تتصف بكونھا صغیرة eV [1]ومباشرة تساوي بسبب صغر فجوة الطاقة لھذه و 0.35 تحت لألشعةستخدام في تصنیع الكواشف المادة فھي تعد جیدة لال [3]الحمراء لمدى االطوال الموجیة (3.1-1.1)µm ولقد كانت االستخدامات المبكرة لھذه المادة بھیئة بلورات و بسبب الكلفة المواد شبھ الموصلة أغشیة إلىا تم اللجوء العالیة في صناعتھ ،ھربائیةك( [4] بعدة طرق PbSیرسب غشاء و كبدیل لبلوراتھا من أفضل األخیرةوتعتبر ). بالحمام الكیمیائي أوتبخیر حراري ، الوقت الحاضر لعملیات تحضیر األغشیة يالطرق المستخدمة ف منظومات إلىلكونھا طریقة سھلة غیر معقدة التحتاج الرقیقة المرسب من خالل للغشاءالتحكم في قیم السمك إمكانیة,تفریغ الترسیب إمكانیة,موالریة للمواد المتفاعلة التحكم في التراكیز ال في درجة حرارة المختبر وال تحتاج الى منظومة ترسیب معقدة وكما Phبیكر للترسیب ومقیاس إال حیث ال تتطلب [5,6] .)١(موضح بالشكل یبین طریقة الترسیب بالحمام الكیمیائي - ١- شكل Holders PH meter Chemical solution Sample Thermometer This page was created using Nitro PDF trial software. To purchase, go to http://www.nitropdf.com/ http://www.nitropdf.com/ )2010( 99-93، صفحة 2، العدد 6مجلة الخوارزمي الھندسیة المجلد سل االطرقجياھند ب 94 العمليالجانب .٢ طریقة الترسیب بالحمام الكیمیائي لترسیب غشاء استخدمت nanostructureتركیب دقیق ذو ولتكوین غشاء متعدد الطبقات مادة من خالل استخدام Pb+2یتطلب توفیر ایونات الرصاص SC(NH2)2و مادة الثایوریا Pb(NO3)2نترات الرصاص وبحجم 0.05Mویتم تحضیر S-2لغرض توفیر ایونات الكبریت 45ml لكل منPb(NO3)2 وSC(NH2) بعدھا یتم خلط 330K إلىفي بیكر خاص و یسخن المحلول الكیمیائي المحلولین .توضح مسار التفاعل )٣(و) ٢(,)١(والمعادالت دقیقة، ١٥لمدة SC(NH2)2 + OH -1 CH2N2 + H2O+HS …(1) HS- + OH- H2O + S -2 …(2) Pb+2 + S-2 PbS …(3) توضع القواعد المراد الترسیب علیھا في المحلول بعد تنظیفھا ساعة ثم تغسل بالماء المقطر وبعدھا ٢٤لمدة الكرومبحامض المحضر یراعى تحضیر في المحلول عامودیھتوضع بصورة المحلول الكیمیائي عندما یراد الترسیب اي ال یفضل تحضیره قبل الترسیب بفترة زمنیة بعیدة لضمان حدوث التفاعل بشكل سریع ثم ترفع وتغسل بالماء ساعات ٤تغمر القاعدة لمدة بعدھا وصحیح المقطر وتجرى علیھا الفحوصات المطلوبة،ثم یحضر المحلول من طبقتینمر القاعدة نفسھا وھنا سنكون حضرنا تغأخرى مرة نجد انھ الیوجد تغیر في أن إلىالغشاء تكرر العملیة أوالمادة فیما یبین یوضح عملیة الترسیب) ١(والشكل .خصائص الغشاء .الترسیب المختلفة لتحضیر الغشاءظروف )١( الجدول رقم -١-جدول وف الترسیبیمثل مكونات الحمام الكیمیائي وظر The Bath Qu. PH Time of Deposition min Temperature K Pb (NO3) 2 0.05M 12 15 330 SC(NH2)2 0.05 M صاتوالفح.٣ السمك یبین الطریقة البصریة لقیاس السمك باستخدام اللیزر - ٢ -شكل nanostructureبما أن الغشاء المرسب ذو تركیب دقیق تعتبر ھذه حیث في حساب السمكلذا نستخدم الطریقة البصریة یتم الطریقة من أدق الوسائل المستخدمة لحساب سمك األغشیة و ویوضع الغشاء بصورة 5mWبقدرة He-Ne استخدام لیزر الذي یمثل شعاع اللیزر لضمان حدوث التداخل الضوئي أماممائلة خاللھا یتم حساب السمك وكما األساس بظھور األھداب التي من یمكن حساب ) ٤(ومن خالل تطبیق المعادلة ، )٢(في الشكل : [7] السمك T = ΔL /L * λ/2 …(4) :حیث T = سمك الغشاء λ = الطول الموجي للیزر المستخدم و یساوي 632.8nm ΔL = عرض الھدب المظلم L = عرض الھدب المضيء ) X-Ray diffraction(السینیة األشعةحیود X-Rayإجراءاألغشیة یتم حساب سمكبعد االنتھاء من ومعرفة نوع الغشاء سواء لغرض دراسة تركیب األغشیة المتكونة حیث یستخدم جھاز متعدد البلورات، أوبلوري أوكان عشوائي Philip PW1710 diffractmeter ألموجيباستخدام الطول 1.5405A باستخدام الشعاع أيCu-Ka ، وعلى ھذا األساس یتم .حساب متوسط األحجام الحبیبیة وكما موضح أدناه Grain Sizeحساب متوسط الحجم الحبیبي المترسبة تم حساب لألغشیة X-Ray إجراءمن خالل :[8] )٢( الحبیبة من خالل تطبیق المعادلة اإلحجاممتوسط G.S = 0.9 λ / β cosθ …(5) Screen PbS film Laser He-Ne This page was created using Nitro PDF trial software. To purchase, go to http://www.nitropdf.com/ http://www.nitropdf.com/ )2010( 99-93، صفحة 2، العدد 6مجلة الخوارزمي الھندسیة المجلد سل االطرقجياھند ب 95 :حیث λ = 1.5405A θ = زاویة الحیود β = عرض النبضة األحجامومن خالل ھذه المعادلة استطعنا تحدید قیم متوسط زیادة تأثیروبالتالي یمكن دراسة الحبیبیة للغشاء عند كل طبقة إیجادالخصائص التركیبیة للمادة وكذلك یمكن عدد الطبقات على .ام ال) دقیق(تركیب نانو ذاتالمترسبة انھ ھل المادة فجوة الطاقة البصریة الفراغ الموجود بین حزمتي التكافؤ بأنھاتعرف فجوة الطاقة بالنسبة للمواد الموصلة و لھا قیم الفجوةوالتوصیل تتالشى ھذه بینما للمواد العازلة تزداد بشكل كبیر ة معینة للمواد شبھ الموصل 6حیث تساوي في األلماسكما e.V وھي مقدار كبیر ال یمكن حزمة إلىیتجاوزه لالنتقال من حزمة التكافؤ أن لإللكترون ویتم حساب [10-9]فجوة طاقة مباشرة PbSو لغشاء التوصیل ن مفجوة الطاقة من خالل حساب معامل االمتصاص لمادة الغشاء :[10]اآلتیةخالل تطبیق المعادلة Tt 1 ln 1  …(6) :حیث T: نفاذیة الغشاء t : سمك الغشاء وتحدد قیمة فجوة الطاقة من خالل رسم المنحني مابین طاقة مع فیكون تقاطع الخط المستقیم αhv)(٢و , (hv)الفوتون الساقط .سیمثل قیمة فجوة الطاقة (hv)المحور النتائج و المناقشة.٤ السینیة األشعةحیود إنوجد X-Ray Diffractionحیود إجراءمن خالل من القمم أيالغشاء ذو طور مكعب و عشوائي ویالحظ عدم بروز لكن بترسیب طبقتین و ثالث نجد ان ھناك بروز لمستویات ) ٢٠٠(وللمستوى ،)6,5,4,3( األشكال كما فيوبشدات مختلفة وھذا جاء متوافقًا مع األخرىشدة من بین المستویات أعلى حیث وجد كل من الباحثین البحوث التي تضمنت ھذا الموضوع [11] H. Yanglong,and K. Hiroshi ان للغشاء شدة اعلى ومن العودة إلى ،مقارنة مع بقیة المستویات) ٢٠٠(للمستوى بمعنى أينجد انھ ال یوجد انحناء في الزوایا الحیود شكال نفسھا األ انھ الیوجد تشوه للمادة المترسبة فقط یكون ھناك زیادة في شدة ).١١١(او ) ٢٠٠(المستوى سواء كان كل اء -٣ - الش ینیة لغش عة الس ود األش ص حی راء فح ح أج PbSیوض ولطبقة واحدة 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 laye r 1 2θ In te n si ty ن -٤ -كل الش ین م ینیة لطبقت یوضح أجراء فحص حیود األشعة الس PbSغشاء ١١١ 220 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 layer 2 In te n si ty 2θ ١١١ ٢٠٠ ٢٢٠ 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 layer 3 2θ In te n si ty كل ثالث -٥ - الش ینیة ل عة الس ود األش ص حی راء فح ح أج یوض PbSطبقات لغشاء ١١١ ٢٠٠ ٢٢٠ ١٠ This page was created using Nitro PDF trial software. To purchase, go to http://www.nitropdf.com/ http://www.nitropdf.com/ )2010( 99-93، صفحة 2، العدد 6مجلة الخوارزمي الھندسیة المجلد سل االطرقجياھند ب 96 توسط الحجم الحبیبيم أصبح باإلمكان حساب متوسط X-Rayخالل فحص من الحجم الحبیبي للمادة المترسبة عند كل طبقة مع األخذ بنظر لعدم g.sاالعتبار إن الطبقة األولى الیمكن من خاللھا حساب لكن یبدأ الحساب من الطبقة PbSظھور أي من القمم الممثلة لمادة للمادة إننجد ) ٧(ومن مالحظة الشكل الرابعةالثانیة صعودا إلى nm (8-5)تتراوح مابین صغیرة g.sتركیب دقیق لكون قیم عدد الطبقات وھذه الزیادة متوسط الحجم الحبیبي یزداد بزیادة .سنرى الحقا للغشاء وكمازیادة في قیم السمك إلىبالنتیجة أدت جاءت نتیجة اتحاد ة الحبیبی األحجامھذه الزیادة في قیم متوسط إن زیادة في مسببًةعملیة الترسیب أثناءالحبیبات مع بعضھا البعض حیث یمثل تصویر ) ٨(و كما مبین في الشكل الواحدقطر الحبیبة .مجھري لعینات من غشاء كبریتید الرصاص مرسب بعدة طبقات التغیر في متوسط الحجم الحبیبي و عدد الطبقاتیبین -٨ -الشكل السمك زیادة عدد إنمن خالل حساب السمك باستخدام اللیزر نجد العالقة طردیة كما أيزیادة في قیم السمك إلىالطبقات تؤدي وھذه الزیادة في السمك لم یكن نتیجة زیادة ،)٩(مبین في الشكل و كما متوسط الحجم الحبیبيزیادة إلىعدد الطبقات فقط بل نتیجة .)١٠(الشكل موضح في ١ ١ ٢ ٠ ٢٢ ١ ة -٦ -الشكل ینیة ألربع عة الس ود األش یوضح أجراء فحص حی PbSطبقات لغشاء 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 layer 4 2θ In te n si ty ١٠٠ ١١١ ٢٠٠ ٢٢٢ ادة -٧ - الشكل ع زی ي م م الحبیب ط الحج یم متوس ي ق ر ف یبین التغی عدد الطبقات a متوسط حجم الحبیبة b متوسط حجم الحبیبة a .الطبقة الثانیة b .الطبقة الرابعة كل ات -٩ -الش دد الطبق ادة ع ع زی مك م یم الس ي ق ر ف ین التغی یب المرسبة This page was created using Nitro PDF trial software. To purchase, go to http://www.nitropdf.com/ http://www.nitropdf.com/ )2010( 99-93، صفحة 2، العدد 6مجلة الخوارزمي الھندسیة المجلد سل االطرقجياھند ب 97 فجوة الطاقة البصریة نجد ان للغشاء فجوة طاقة صغیرة و ) ١١(من مالحظة الشكل و عند ترسیب اربعة طبقات ال نجد اي 0.36eVضیقة تساوي السمك او الزیادة في تغیر في قیمتھا و ھذا یدل على ان زیادة متوسط الحجم الحبیبي ال تؤثر في قیم فجوة الطاقة كما في . حیث یكون التغیر مقدار طفیف جدا) ١٢(الشكل No. f layers G ra in s iz e n m T h ic k n es s n m دد -١٠ - الشكل ادة ع مك بزی ي و الس یبین العالقة ما بین التغیر في قیم متوسط الحجم الحبیب الطبقات لغشاء كبریتید الرصاص 0.00E+00 1.00E+02 2.00E+02 3.00E+02 4.00E+02 5.00E+02 6.00E+02 7.00E+02 8.00E+02 9.00E+02 1.00E+03 1.10E+03 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 hv (α h v )2 Eg=0.3 اص ) ١١(الشكل د الرص اء كبریتی یبین حساب قیمة فجوة الطاقة لغش المرسب بطبقة واحدة فقط 0.00E+00 1.00E+02 2.00E+02 3.00E+02 4.00E+02 5.00E+02 6.00E+02 7.00E+02 8.00E+02 9.00E+02 1.00E+03 1.10E+03 1.20E+03 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 hv (α h v )2 كل د ا ) ١٢(الش اء كبریتی ة لغش وة الطاق ة فج اب قیم ین حس اصیب لرص المرسب بأربعة طبقات Eg=0.358 eV This page was created using Nitro PDF trial software. To purchase, go to http://www.nitropdf.com/ http://www.nitropdf.com/ )2010( 99-93، صفحة 2، العدد 6مجلة الخوارزمي الھندسیة المجلد سل االطرقجياھند ب 98 االستنتاجات.٥ :من النتائج اعاله نجد إمكانیة تحضیر أغشیة ذات تركیب دقیق او ما یعرف .١ .ستخدام الحمام الكیمیائيبا nanostructure)(بـ لغشاء كبریتید الرصاص تركیب عشوائي وتبدأ المادة .٢ بالتبلور تدریجیًا بزیادة عدد الطبقات ویالحظ إن المادة تكون متعددة البلورات نتیجة لظھور أكثر من قمة او أكثر من .مستوي .یزداد متوسط الحجم الحبیبي بزیادة عدد الطبقات المرسبة.٣ .ادة بزیادة متوسط األحجام الحبیبیة یزداد سمك الم.٤ PbSزیادة عدد الطبقات ال تغیر من قیمة فجوة الطاقة لمادة .٥ .اال بمقدار طفیف جدًا المصادر.٦ [1] R.S.Patil, H.M.Pathan, “Preparation and Charization of nanocrystalline lead Sulfide Thin Films by (SILAR) Method”, Department of Physics, Shivaji University, Kolapure, India, 2000. [2] Pathan,H.&Lokhande,C.,”Deposition of Metal Cholcogenide thin film by SILVER method”, Mcgram-Hill,New York 1998. [3] K.L.Chopra, “Thin Films Phenomena”, McGraw-Hill, New York, 1969. [4] E.Gornik, H. Heinrich, “Physics of Narrow Gab Semiconductors”, Spring verlag, Berlin Heidelberg, New York, 1981. [5] P.K.Nair and M.T.S. Nair, Solar Cells, 22,1987 , 103-122. [6] L.P.Deshmukh,A.B.Palwe,and V.S.Sawant, SolerEnergy Materials,20,1990,341-348. [7] H.M.Salma,"Physical Properties of CdS Prepeared by Chamical Bath Deposition" Department of Applied Scines, University of Technology,2006. [8] B.D.Cullity and S.R.Stock,"Elements of X- Ray Diffractio",Third edition,Prentic-Hell in united states of American,2001. [9] D.D. O. Eya,* A.J .Ekpunobi and C.E. Okeke,” Optical properties and applications of lead oxide thin film prepared by chemical Bath deposition Technique” Department of Industrial physics, Nnamdi Azikiwe University, Awka, Nigeria. * Department of physics, federal University of Technology, Owerri, Nigeria,2003. [10] S.M.Sze,"Physicas of Semicoundector Devices"Secound edition,Jon Wiley Sous,New York,1981. [11] H. Yanglong,and K. Hiroshi "PbS Cubes with Pyramidal Pits: An Example of Etching Growth", Crystal growth &design,Vol 9,No.7, 3119-3123,2009. [12] 12. M. SIHAM and H.OMAR," Growth and Characterization of Lead-Sulfide Films Deposited on Glass Substances, Code Fizea E4, ISSN1330-0008,2001. [13] 13. Y. Dingshan, Ch.Yujie, and L. Baojun." Fabrication and characterization of PbS/ multiwalled carbon nanotube heterostructures, Applied Physics Letters 90, 161103 ,2007. This page was created using Nitro PDF trial software. To purchase, go to http://www.nitropdf.com/ http://www.nitropdf.com/ Hind Basil Al-Atraqji Al-Khwarizmi Engineering Journal, Vol. 6, No. 2, PP 93-99 (2010) 99 Study the Structure Properties of Semiconductor Film Multilayered Hind Basil Al-Atraqji Hanaa Arer Al.Kaisy Department of Material Engineering/ University of Technology Abstract In this research was study the effect of increasing the number of layers of the semiconductor films as PbS on the average grain sizes and illustrate the relationship between the increase in the average grain size and thickness of the membrane, and membrane was prepared using the easy and simple and does not need the complexity of which is that the chemical bath , and from an X-ray diffraction found that the material and the installation of a random cubic and when increasing the number of layers deposited note the emergence of a number of vertices of a substance and PbS at different levels but the level is more severe (200) as well as the value is calculated optical energy gap and found to be not affected by increase thickness and from this value can be determined the applications of semiconductor materials and elected on the basis of Article absorbed optical radiation that incident on them. This page was created using Nitro PDF trial software. To purchase, go to http://www.nitropdf.com/ http://www.nitropdf.com/