293الفيزياء | 2015) عام 1(العدد 28المجلد مجلة إبن الھيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol. 28 (1) 2015 دراسة تأثير درجة حرارة التلدين على الخواص التركيبية والبصرية ألغشية ZnSe الرقيقة شھاب المحسن عبد علية خضير حميد إيمان معيبد بجاي فاضل جامعة بغداد / )ابن الھيثم(كلية التربية للعلوم الصرفة /قسم الفيزياء 2014ايلول 8 في: قبل 2014حزيران 3 في:استلم الخالصة الرقيقة المحضرة بطريقة التبخير ZnSeبعض الخواص التركيبية والبصرية ألغشية فيتأثير التلدين الحراري درس من خالل تقنية حيود مدة ساعتين )473,373(Kتتراوح حرارة اتبدرج والملدنة )nm (20±550الحراري بسمك بعد اجراء المعاملة والخواص التركيبية واظھرت بأن االغشية تمتلك طبيعة بلورية (تركيب مكعب). درستاالشعة السينية ادة في كثافة االنخال عات اما الخواص الحرارية للغشاء وجد ان عملية التلدين ادت الى نقصان في المقاس البلوري وزي فجوة الطاقة البصرية التي حسبتالبصرية فقد الحظنا زيادة في االمتصاصية ونقصان النفاذية, ومن طيف االمتصاصية .تناقصت قيمتھا بعد اجراء المعاملة الحرارية ) ثم eV )2.68-2.50تراوحت قيمتھا التركيبية ,الخصائص البصرية الرقيقة, التلدين , الخصائص ZnSeاغشية الكلمات المفتاحية: 294الفيزياء | 2015) عام 1(العدد 28المجلد مجلة إبن الھيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol. 28 (1) 2015 ةالمقدم تعد فيزياء األغشية الرقيقة واحدة من الفروع المھمة في فيزياء الحالة الصلبة التي تتعامل مع أنظمة ذات سمك قليل جداً ترسب على فأنھا وسھولة تشققھا ةغشيألولقلة سمك ھذه ا[2,1 ] يتراوح بين عشرات النانومترات وبضع من مايكرومتر مثل الزجاج والكوارتز والسليكون ةعلى طبيعة االستخدام والدراس ةمواد اخرى تستخدم قواعد ترسيب ويعتمد نوع القاعد ].3[وااللمنيوم أوائل القرن التاسع وقد أسھمت تقنية األغشية الرقيقة إسھاماً كبيراً في دراسة أشباه الموصالت التي بدأ االھتمام فيھا منذ عن عدد من خواصھا الفيزيائية التي تختلف عن خواص المواد المكونة لھا وھي في وأعطت فكرة واضحة. [4]عشر .(Bulk) [5]حالتھا الحجمية استعملت األغشية الرقيقة في عملية التداخل المستخدمة في أجھزة االستنساخ والتصوير الفوتوغرافي، كذلك استخدمت ا في ي الخالي ا ف تفادة منھ ة لالس ة ذات المواصفات الخاص وال الموجي بعض األط حات ل ا والمرش ات والمراي الء العدس ط .[6] بشكل عام ,(Detectors) والكواشف, (Solar cells) والخاليا الشمسية ,(Photo cells) الضوئية والذي ,الجدول الدوري ) منII-VIلمجموعة (من اشباه الموصالت الذي ينتمي الى ا (ZnSe)غشاء سيلينيد الخارصين االت المتعددة فقد مجالعملية في ال ZnSeھمية اغشية وأل. ]7[في درجة حرارة الغرفة 2.7eV)(يمتلك فجوة طاقة مقدارھا )انعلو(درس الباحث ونذكر ھنا بعض الدراسات التي قام بھا الباحثون في ھذا المجال فقد ااھتم الباحثون بدراسة خواصھ الرقيقة المحضرة بطريقة التبخير الحراري في الفراغ فقد حصل على ZnSe غشيةالخواص البصرية والكھربائية أل [8] ادة نسبة الخارصين وان التوصيلية cm410-1قيم اكبر من لمعامل االمتصاص وان قيم فجوة الطاقة الممنوعة تزداد بزي ادة الكھربائية تزداد بازدياد درجة الحرارة كما اثير ھول ان كثافة حامالت الشحنة تزداد بزي اثبت من خالل نتائج تجربة ت التي لدنت في الھواء ZnSeقيمة فجوة الطاقة الغشية فيبين تأثير التلدين ف ]Garicia) (]9.اما الباحث نسبة الخارصين .دقيقة ووجد زيادة في قيمة فجوة الطاقة 15لمدة K(522,573)بدرجة أثير درجة حرارةوالرقيقة ZnSeھو تحضير اغشية بحث ال ھدفاما بعض الخصائص التركيبية فيالتلدين دراسة ت الخصائص البصرية مثل معامل االمتصاص وفجوة وكذلك على بلوري وكثافة االنخالعاتال مقاسوال ثابت الشبيكةك الطاقة. الجانب العملي الفراغ وب ZnSeاغشية حضرت ) Coating Unit (306منظومة التبخير أستخدامالرقيقة بطريقة التبخير الحراري ب ا mbar 5 -10صل الى (ياالغشية في حيز ذي فراغ رسبت إذ، (Edwards)من نوع لغرفةدرجة حرارة اعند ) تقريب ا وبمسافة nm /Sec2 (0.01±وبمعدل ترسيب )nm550(20± ولسمك واالرضية بين المصدر) ما (cm 9) تقريب المعتمدة في وقد استعملت الطريقة الوزنية التقريبية لقياس السمك . وباستخدام حوض من مادة المولبدنيوم ذي الغطاء المثقب .[6]بحوث سابقة في الھواء مدة ساعتين وقد تمت الفحوصات التركيبية K(373,473)الرقيقة بدرجتي حرارة ZnSeوقد تم تلدين اغشية طول موجيوب) XRD600 )Cu,kα (SHIMADZU Japan)للغشاء بأستخدام جھاز حيود األشعة السينية من النوع )o(1.5406A رية ات البص ا القياس يس, ام ية ق ي االمتصاص ة (A)طيف ة (T)والنفاذي وال الموجي دى األط لم (400-1100)nm ستعمال مطياف نوع (األغشية المحضرة بلجميع اUV - Visible 1800 Spectra Photometer.( النتائج والمناقشة الخواص التركيبية - )111( غشية طبيعة بلورية وباالتجاه السائد)الرقيقة وجد ان لأل ZnSeمن خالل فحوصات حيود االشعة السينية الغشية( مقارنة مع ) K (473تناقص بالشدة للغشاء الملدن بدرجة حرارة نالحظ, اذ [10] عليھاوھذا يتفق مع النتائج التي حصل ويدل النقصان الحاصل في قيم الشدة لالتجاه ) 1كما في الشكل ( (G.s)االغشية غير الملدنة مع نقصان بالمقاس البلوري [11] وھذا ال يتفق مع الباحثبلورية السائد على نقصان تبلور الغشاء في ھذا االتجاه، واالبتعاد عن الحالة ال ):aثابت الشبيكة ( [12])1) من خالل المعادلة (aثابت الشبيكة ( حسب (1)------------------------ 2=(h2+k2+l2)/a21/d (h,k,l) ، معامالت ميلر :d المسافة بين المستويات : . والموضح في [13]) 05 0552-) المرقمة (ASTMبطاقة (قد تم الحصول على ثابت شبيكة مطابق لما ھو موجود في )1الجدول رقم ( :معدل المقاس الحبيبي (1)والمبين في جدول رقم 14][(Scherer's formula) الحبيبي باعتماد عالقة شيرر المقاس يمكن إيجاد معدل G.s . ---------------------------(2) 295الفيزياء | 2015) عام 1(العدد 28المجلد مجلة إبن الھيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol. 28 (1) 2015 إذ إن: G.sالمقاس الحبيبي بـ : )nm ( λ : طول موجه األشعة السينية الساقطة. :β عرض منتصف الشدة (FWHM)ة .مقاس بالزاوية نصف القطري θ.(بالدرجات) زاوية براك : :(δ)كثافة االنخالعات الطول الكلي لجميع كثافة االنخالع ھي عدد خطوط االنخالع التي تقطع وحدة مساحة في تلك البلورة، وتتمثل بالنسبة بين ]:15خطوط االنخالع وحجم البلورة، وتحسب قيمتھا باستخدام العالقة اآلتية [ . ---------------------(3) 4) (- --------------- . =οN οN. عدد البلورات المتكونة ظ نقصان بالمقاس وقد لوح. οNوعدد البلورات المتكونة ),δ(وكثافة االنخالعات ,الحبيبي الحجم) قيم 2الجدول ( يبين البلوري, وزيادة في كثافة االنخالعات, وعدد البلوريات المتكونة الخواص البصرية - والنفاذية االمتصاصية كل من طيف االمتصاصية اً فيتغيران ھناك الحظ ) تغير االمتصاصية والنفاذية دالة للطول الموجي وي2يبين الشكل ( الرقيقة وضمن ZnSe ان درجة حرارة التلدين تؤثر في الخصائص النھائية الغشية إذوالنفاذية تبعا لظروف التحضير ادة الطول الموجي ويقابلھا نقصان في .الحظ ي إذ nm(1100-400)مدى االطوال الموجية ادة النفاذية النسبية مع زي زي .دة الطول الموجياالمتصاصية النسبية مع زيا  )α( معامل االمتصاص ) بأنه نسبة النقصان في فيض طاقات اإلشعاع الساقط بالنسبة إلى وحدة المسافة باتجاه انتشار αيعرف معامل االمتصاص ( معرفة ومن الموجة داخل الوسط، ويعتمد معامل االمتصاص على طاقة الفوتونات الساقطة وعلى خواص شبه الموصل، ، ويمكن إيجاده [16]قيم معامل االمتصاص يمكن استنتاج طبيعة االنتقاالت االلكترونية إن كانت مباشرة أو غير مباشرة . [17]من المعادلة اآلتية α 2.303 --------------- (5) α 1(: معامل االمتصاص-(cm. t ) السمكnm(. A االمتصاصية. α) أن قيم معامل االمتصاص لجميع األغشية قبل التلدين وبعده كانت3الشكل (ويالحظ من 10 cm وھذا يدل على احتمالية كبيرة لحدوث انتقاالت الكترونية مباشرة عند الطاقات العليا ، وأن معظم المصادر تؤكد أن فجوة الطاقة الممنوعة [18,19]ة مباشرة السداسية) ھي فجوة طاق- لمركبات المجموعة (الثنائية ) ان معامل األمتصاص يزداد بعد التلدين، وتعزى ھذه الزيادة في قيم معامل 3اما تأثير التلدين فقد لوحظ من الشكل( .االمتصاص الى تكوين بعض المستويات الموضعية قريبة من حافة التوصيل مل االمتصاص تزداد في مديات الطاقة المقابلة ) فيالحظ ان قيمة معاk 473الغشاء الملدن بدرجة حرارة ( يستثنى من ذلك .) وما بعد ھذا المدى تقل قيمته عن الغشاء غير الملدنnm)535-485لالطوال الموجية فجوة الطاقة ) تبين أن نوع االنتقاالت من النوع المباشر ألن قيمة معامل االمتصاص 5بعد حساب معامل االمتصاص من المعادلة ( [20].)(6فجوة الطاقة من المعادلة حسبتوعلى ھذا األساس α≥10)cm4-1(كانت (6) ------------------------------------------- 1/2 ) optgE-ʋ=B(hʋhα hv طاقة الفوتون الساقط :E فجوة الطاقة البصرية :(eV) r)االنتقال المباشر المسموح : قيمة تعتمد على نوع االنتقال r =1/2واالنتقال المباشر الممنوع),(r =3/2( : :Bثابت يعتمد على خواص حزمتي التكافؤ والتوصيل. محور السينات ومد الخط المستقيم من (hʋ)الفوتون (محور الصادات) وطاقة(αhʋ )2وبرسم العالقة البيانية بين الطاقة البصرية لالنتقال المباشر المسموح ) يعطي قيمة فجوة (αhʋ)2(0=عند (hʋ)المنحني وتقاطعه مع محور السينات ) 2.68-2.50(eV تراوحت قيمتھما إذ ) تناقص في قيم فجوة الطاقة بعد اجراء المعاملة الحرارية 4(ويالحظ من الشكل التكافؤ ويعزى ذلك الى ان التلدين ادى الى زيادة في كثافة المستويات الموضعية بين حزمتي . [21]وھذا يتفق مع الباحث والتوصيل . 296الفيزياء | 2015) عام 1(العدد 28المجلد مجلة إبن الھيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol. 28 (1) 2015 االستنتاجات  غشية لسينية ألااظھرت نتائج حيود االشعةZnSe من النوع المكعب الرقيقة ان االغشية تمتلك طبيعة بلورية وعدد البلوريات بعد اجراء نخالعات وزيادة بكثافة األوان ھنالك نقصان في ثابت الشبيكة والمقاس البلوري عملية التلدين .  غشية طيف النفاذية أل فينتائج القياسات البصرية ان التلدين اثر اظھرتZnSe, اذ تقل النفاذية بزيادة درجة حرارة التلدين وتزداد االمتصاصية بزيادة درجة حرارة التلدين  اظھرت نتائج القياسات البصرية بأن معامل االمتصاص يزداد بزيادة درجة حرارة التلدين  ادة درجة حرارة التلديننقصان فجوة الطاقة بزي المصادر 1 . Heavens, O.S. (1973) Thin Film Physics, John Wily and Sons Inc , New York. 2 . Ueda, R. and Millin, J. B. (1975) Crystal Growth and Characterization, Mc Graw-Hill , New York 3 . Simmons, J.G. (1971) Hand book of thin film Technology, Edited by IMissia L and Ging R. (Mc Graw-Hill New York) 4. Ali Sh,M. (1996)Theoretical study for the heterojunction (n-p amorphous c crystalline Silicon), M.Sc. Thesis, Science College, Al-Mustansiriya U University, 5 . Chopra, K.L. (1968) Thin film phenomena, Mc Grw-Hill, Inc. Company, New York. 6 . Eckortova, L. (1977) Physics of Thin Films, (plenum press), New York and London, 7 . Makhniy, V.P.; Slyotov, M. T.;Kachenko, I.; Sylotov, A.; Horley, P, Vorobiev Yu , Gonzalet J and Ukr Hernades.,(2009), J Phys. Opt, 10,.4,.206 الرقيقة المحضرة بطريقة التبخير الحراري في الفراغ ZnSe1-xالخواص البصرية الغشية دراسة (1997)علوان، .8 الجامعة المستنصرية-كلية العلوم -ماجستير فيزياء 9 .Garscia, Vm.; Nair, M. T. S. and Nair, P .K. (1999) (Formation of a ZnSe:In2O3 heterstructure by air annealing ZnSe-In thin film).Semiconductors Science and Technology,.14,.4 10. Khairnar, U.Behere, S. and Pawar, P.(2012), Optical properties of polycrystalline Zinc Selenide thin films, .Materials Sciences and Applications, .3. 36-40 11. Bacaksiz, E.; Aksu, S. ; Polat, I. ;Yilmaz ,S. and Altunbas, M. (2009) The hnfluence of substrate temperature on the morphology) Journal of alloys and compound 487 (280-285) 12. Ilican, S.;Caglar, M. and Yakuphanoglu, F.(2009 ) A study of Structural and Optical Properties of CdO Al Films Deposited by Sol-gel Process , Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 3(2)135- 140. 13. ASTM-Card,(05-0522) 14. Pawlowski, L. (2007) The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings, John Wiley and sons , 2nd. Edition, France . 15 Lalita, S.; Sathyamorthy, R.; Senthilarasu, S.; Subbarayan , A. and Natarajan, K. ( 2004). (Characterization of CdTe thin film—dependence of structural and optical properties on temperature and thickness) Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 82, 187-199. 16 Al- Rawi, S.S . ; Shaker, S.J. and M.Husan, Y.(1999)Solid state physics ‚ publishing of Mosel University Arabic version 17 Neamen ,D.A. (1992 ) Semiconductor Physics and Devices: Basic Principles, Richard D. Irwin, Inc., University of New Mexico 18 Erhaima‚ M.K.( 2010.) Structural and Optical Properties of ZnO : Co (CZO) Thin Films Prepared by Chemical Spray Pyrolysis Method” ‚ M. Sc. Thesis‚ University of Baghdad‚ 19 J. Singh, ( 2006) Optical properties of Condensed matter and Applications( Charles Darwin Univeersity,Darwin,Australia) 297الفيزياء | 2015) عام 1(العدد 28المجلد مجلة إبن الھيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol. 28 (1) 2015 20 Kumar, V.; Sandhu, G. S.;Sharma,T. P. and Hussain, M. (2007) Growth and Characterization of Cd1−XZnXTe-Sintered Films”, Research Letters in Materials Science .(Impact Fctor:0.5). 21 Kale,R.P.and Lokhande,C.D.(2005)Influnce of air annealing on the structural,morphological,optcal and electrical properties of chemical deposited ZnSe. Applied Surface Science. 252, 4, (929-938)   .R.T (b) Ta=373 K (a)الرقيقة قبل وبعد التلدين ZnSeحيود االشعة السينية الغشية (1)شكل (c) Ta=473 K   0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 20 25 30 35 40 45 50 55 60 I( a .u ) 2θ(degree) (R.T) (a) (b)(Ta=373 K) (c) (Ta=473 K) (111) ) XRD) بعض النتائج المستحصلة من حيود االشعة السينية (1( رقم جدول )˚a (A )˚a (A (ASTM) (hkl) )˚d (A ) d (A˚ (ASTM) 2θ  bserved 2 θ (ASTM) Ta (K) 5.655 5.667 (111) 3.265 3.273 27.285 27.223 R.T 5.707 5.667 (111) 3.295 3.273 27.037 27.223 (373) 5.646 5.667 (111) 3.260 3.273 27.331 27.223 (473) 2‐m15 * 10ο N 2‐m15 δ* 10G.s(nm)FWHM  (deg.)  (hkl) Ta(K) 15.56 0.932.8 0.260 (111) R.T 20.70 1.12 29.8 0.286 (111) (373)  18.11 1.02 31.19 0.273 (111) (473) (ZnSe)) الثوابت التركيبية الغشية الـ2( رقم جدول 298الفيزياء | 2015) عام 1(العدد 28المجلد مجلة إبن الھيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol. 28 (1) 2015                                       االمتصاصية والنفاذية كدالة للطول الموجي :)2(رقم شكل )aغشيةالالمتصاصية )طيف ا ZnSe مختلفةتلدين الرقيقة لدرجات حرارة )bغشيةفاذية الن) طيف ال ZnSe مختلفة تلدين الرقيقة لدرجات حرارة .R.T (b) Ta=373 K (a) هوبعد الرقيقة قبل التلدين ZnSeحيود االشعة السينية الغشية ر :)1رقم( شكل (c) Ta=473 K 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 20 25 30 35 40 45 50 55 60 I( a .u ) 2θ(degree) (R.T) (a) (b)(Ta=373 K) (c) (Ta=473 K) (111) 299الفيزياء | 2015) عام 1(العدد 28المجلد مجلة إبن الھيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol. 28 (1) 2015                           0 2 4 6 8 10 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 x  1 0 0 0 0 Ta= (R.T) Ta=373 k Ta=473 k α (c m )‐ 1 hʋ(eV)     ZnSe . (c) Ta=473 (b) Ta=373 K (a) R.Tالغشية ʋ(h (مع طاقة الفوتون αh)ʋ(2تغير :)4( رقم شكل هوبعد قبل التلدين )hʋدالة لطاقة الفوتون ( )αمعامل االمتصاص( :)3رقم ( شكل 300الفيزياء | 2015) عام 1(العدد 28المجلد مجلة إبن الھيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol. 28 (1) 2015 Studying the Effect of Annealing Temperature on Structural and Optical Properties of ZnSe Thin Films Allia A. Shehab Iman H. Kudayer Fadhil B.Muebed Dept. of Physics/ College of Education For Pure Science ( Ibn Al-Hatham)/ University of Baghdad Received in :3June 2014 Accepted in:8 September 2014 Abstract The effect of thermal annealing on some structural and optical properties of ZnSe thin films was studied which prepared by thermal evaporation method with (550±20) nm thickness and annealing at (373,473)K for (2h), By using X-ray diffraction technique structural properties studied and showed that the films are crystalline nature and have ( cubic structure ) .From the observed results after heating treatment, We found that the annealing to perform decreases in grain size and increases in dislocation and observed the optical properties increase in absorption and decrease in transmission. From absorption spectra optical energy gap calculated about (2.66,2.68)eV which decreases value after heating treatment. Keywords: ZnSe thin films ,Annealing, structural properties, optical properties.