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 ر ZnSeبعض الخواص التركيبية والبصرية ألغشية فيتأثير التلدين الحراري درس ة التبخي ة المحضرة بطريق الرقيق ة )nm (20±550الحراري بسمك درج والملدن رارة اتب راوح ح اعتين )K)473,373تت دة س ود م ة حي ن خالل تقني م ة والخواص التركيبية واظھرت بأن االغشية تمتلك طبيعة بلورية (تركيب مكعب). درستاالشعة السينية بعد اجراء المعامل ة االنخال ادة في كثاف وري وزي اس البل ي المق ى نقصان ف دين ادت ال ة التل ا الخواص الحرارية للغشاء وجد ان عملي عات ام ي حسبتالبصرية فقد الحظنا زيادة في االمتصاصية ونقصان النفاذية, ومن طيف االمتصاصية ة البصرية الت فجوة الطاق .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 ققھا ةغشيألولقلة سمك ھذه ا[2,1 ] يتراوح بين عشرات النانومترات وبضع من مايكرومتر ا وسھولة تش ى فأنھ ترسب عل تخدام والدراس ةمواد اخرى تستخدم قواعد ترسيب ويعتمد نوع القاعد ليكون ةعلى طبيعة االس وارتز والس ل الزجاج والك مث ].3[وااللمنيوم رن التاسع وقد أسھمت تقنية األغشية الرقيقة إسھاماً كبيراً في دراسة أشباه الموصالت التي بدأ االھتمام فيھا منذ أوائل الق ي وأعطت فكرة واضحة. [4]عشر ا وھي ف ة لھ واد المكون ي تختلف عن خواص الم ة الت دد من خواصھا الفيزيائي عن ع .(Bulk) [5]حالتھا الحجمية تخدمت ذلك اس وغرافي، ك استعملت األغشية الرقيقة في عملية التداخل المستخدمة في أجھزة االستنساخ والتصوير الفوت ي ا ف ي الخالي ا ف تفادة منھ ة ذات المواصفات الخاصة لالس 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 ى ا (ZnSe)غشاء سيلينيد الخارصين دوري ) منII-VIلمجموعة (من اشباه الموصالت الذي ينتمي ال ذي ,الجدول ال وال د مجالعملية في ال ZnSeھمية اغشية وأل. ]7[في درجة حرارة الغرفة 2.7eV)(يمتلك فجوة طاقة مقدارھا ددة فق االت المتع د ااھتم الباحثون بدراسة خواصھ و(درس الباحث ونذكر ھنا بعض الدراسات التي قام بھا الباحثون في ھذا المجال فق )انعل ى ZnSe غشيةالخواص البصرية والكھربائية أل [8] د حصل عل راغ فق الرقيقة المحضرة بطريقة التبخير الحراري في الف ر من بة الخارصين وان التوصيلية cm410-1قيم اكب ادة نس زداد بزي ة الممنوعة ت يم فجوة الطاق لمعامل االمتصاص وان ق ادة الكھربائية تزداد بازدياد درجة الحرارة كما زداد بزي ة حامالت الشحنة ت اثير ھول ان كثاف اثبت من خالل نتائج تجربة ت ية فيبين تأثير التلدين ف ]Garicia) (]9.اما الباحث نسبة الخارصين ة الغش واء ZnSeقيمة فجوة الطاق ي الھ دنت ف ي ل الت .دقيقة ووجد زيادة في قيمة فجوة الطاقة 15لمدة K(522,573)بدرجة ة ZnSeھو تحضير اغشية بحث ال ھدفاما أثير درجة حرارةوالرقيق دين دراسة ت يالتل ة ف بعض الخصائص التركيبي بيكةك ت الش اسوال ثاب اتال مق ة االنخالع وري وكثاف ى بل ذلك عل وة وك ل االمتصاص وفج ل معام الخصائص البصرية مث الطاقة. الجانب العملي الفراغ وب ZnSeاغشية حضرت ر أستخدامالرقيقة بطريقة التبخير الحراري ب ة التبخي ) Coating Unit (306منظوم راغ رسبت إذ، (Edwards)من نوع ز ذي ف ي حي ية ف ى (ياالغش ا mbar 5 -10صل ال د ) تقريب ةدرجة حرارة اعن لغرف دل ترسيب )nm550(20± ولسمك افة nm /Sec2 (0.01±وبمع ا وبمس ا (cm 9) تقريب ين المصدر) م واالرضية ب المعتمدة في وقد استعملت الطريقة الوزنية التقريبية لقياس السمك . وباستخدام حوض من مادة المولبدنيوم ذي الغطاء المثقب .[6]بحوث سابقة ة K(373,473)الرقيقة بدرجتي حرارة ZnSeوقد تم تلدين اغشية في الھواء مدة ساعتين وقد تمت الفحوصات التركيبي وع ينية من الن ود األشعة الس وجيوب) XRD600 )Cu,kα (SHIMADZU Japan)للغشاء بأستخدام جھاز حي طول م )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( دن بدرجة حرارة نالحظ, اذ [10] عليھاوھذا يتفق مع النتائج التي حصل ة مع ) K (473تناقص بالشدة للغشاء المل مقارن اه ) 1كما في الشكل ( (G.s)االغشية غير الملدنة مع نقصان بالمقاس البلوري دة لالتج يم الش ي ق دل النقصان الحاصل ف وي [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 : ي ة (قد تم الحصول على ثابت شبيكة مطابق لما ھو موجود ف ة (ASTMبطاق ي [13]) 05 0552-) المرقم . والموضح ف )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 ( ية إذوالنفاذية تبعا لظروف التحضير ة الغش ي الخصائص النھائي ؤثر ف دين ت ة وضمن ZnSe ان درجة حرارة التل الرقيق ة دى االطوال الموجي ي .الحظ ي إذ nm(1100-400)م ا نقصان ف وجي ويقابلھ ادة الطول الم ع زي بية م ة النس ادة النفاذي 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 ) opt gE-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.