311الفيزياء | 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 التشويب بااللمنيوم في فجوة الطاقة البصرية الرقيقة CdSeألغشية علية عبد المحسن شھاب عباس حيدر حسين جامعة بغداد/ (ابن الھيثم) قسم الفيزياء / كلية التربية للعلوم الصرفة 2014ايلول 8: فيقبل 2014تموز 16: فياستلم الخالصة ية بت أغش اج CdSeرس ن الزج د م ى قواع تخدام عل ة بأس ر تقني راري التبخي مك الح راغ وبس ي الف ف (300±25%)nm دل ترسيب رارة nm/S(0.1±2)وبمع د درجة ح ل ) ( .R.Tعن اء ( XRD ). اظھر تحلي أن الغش االلمنيوم بنسب . ( pe td 002)الرقيق النقي ھو تركيب متعدد التبلور مع أتجاه سائد % (3,2,1)درس تأثير التشويب ب ضمن (UV-visible 1800 spectra photometer)في فجوة الطاقة البصرية . ومن دراسة االمتصاصية باستعمال وع . تم nm(1100-300)مدى الطول الموجي َدد ن اقط وح وجي الس ة للطول الم االت ايجاد معامل االمتصاص دال النتق ة البصرية ده ووجد ان فجوة الطاق ل التشويب وبع ة البصرية قب االلكترونية ووجدنھا مباشرة ومن ثم حسبت فجوة الطاق تقل بعد التشويب بااللمنيوم مع زيادة في معامل االمتصاص . : سيلينيد الكادميوم, معامل االمتصاص , فجوة الطاقة البصرية الكلمات المفتاحية 312الفيزياء | 2015) عام 1(العدد 28المجلد مجلة إبن الھيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol. 28 (1) 2015 المقدمة ) ھي واحدة من اھم فروع فيزياء الحالة الصلبة وھي تتعامل مع مواد ذي سمك Thin Filmاالغشية الرقيقة ( تقنية لقد ساھمت تلك التقنية مساھمة كبيرة في دراسة خواص اشباة الموصالت واعطت فكرة ,)1µmصغير جدا (اقل من . بشكل عام يتم استخدام تقنية االغشية الرقيقة في تصنيع [ 1 ]واضحة عن العديد من خواصھا الفيزيائية والكيميائية . [ 2 ]العديد من االجھزة المھمة وكذلك في التطبيقات االلكترونية والبصرية ) المرسبة على ھيئة أغشية رقيقة أھتمام كثير من الباحثين بسبب VI II-جذبت اشباه الموصالت الثنائية ( وھي تقع ev (3-1)تطبيقاتھا في فيزياء الحالة الصلبة . أن ھذه المركبات تمتلك فجوة طاقة مباشرة محصورة بين ضمن الطيف المرئي لذلك تستخدم في التطبيقات الكھروبصرية , و ان من المواد شبه الموصلة الثنائية االكثر أھمية التي , إذ تم التركيزعلى دراسة خصائصھا االساسية وكذلك تطبيقاتھا العملية CdSeتنتمي الى تلك المجموعة ھوالمركب وعند درجة الحرارة والضغط (1.74ev)فجوة طاقة مباشرة مقدارھا CdSeتلك يم .[ 3 ]خالل السنوات االخيرة ذي شفافية عالية نسبيا وھو ينتمي الى المواد . (Hexagonally Close Packed)االعتيادي فانه يتبلور بصيغة معامل امتصاص عال وامتالكه خواص بصرية مناسبة فان أغشيته CdSe وبسبب امتالك [4] البصرية غير الخطية لھا تطبيقات كثيرة منھا االجھزة الكھروبصرية وكاشفات اشعة كاما وكذلك الدايودات الباعثة للضوء والخاليا الشمسية ) (PVDالفراغ طرائق عديدة لترسيب االغشية الرقيقة منھا التبخير الحراري في . ھنالك والكشافات الضوئية والليزر ) (MBEوالتنضيد بالحزمة الجزئية (CVD)والترسيب بالبخار الكيميائي (CBD) وكذلك الترسيب بالحمام الكيميائي . ED ( [ 5 ]وكذلك الترسيب باالقطاب الكھربائية ( CdSe)% في فجوة الطاقة البصرية الغشية 3,2,1بحثنا الحالي الى دراسة تاثير التشويب بااللمنيوم بنسب ( يھدف .المرسبة بطريقة التبخير الحراري في الفراغ والمشوبة بطريقة االنتشار الحراري ى قواع بة عل ية المرس ة سمكھااستخدمت طريقة التبخيرالحراري في الفراغ لتحضير االغش ) و mm) 1.2د زجاجي وق الصوتية 500mm)2مساحتھا ( از الموجات الف تخدام جھ ا باس بعد غسلھا جيدا بالماء والصابون السائل وكذلك تنظيفھ . [ 6 ]بالماء المقطر والكحول وباستعمال المعادلة ……………………………………………...(1) t سمك الغشاء :(cm) m كتلة مادة الغشاء :(gm) : نصف قطر المقطع الكروي للحاملة االرضية gm/cm r)3(: كثافة مادة الغشاء ادة ق ذات سمك CdSe حسبت كمية م اء رقي ون غش زان nm) (300لتك تخدام مي ادة باس وزن الم ك ت د ذل بع دنيوم precisa (حساس ذات اربع مراتب نوع ة(Mo) وضعت المادة داخل حويض من المولدبي الترسيب ) داخل منظوم ى (Edwards)نوع د وصل الضغط داخل حجرة الترسيب ال ة الترسيب عن د تمت عملي دل Torr )5-10×3وق ) وبمع ة من ) بطريقة االنتشار الحراري وذلكAl. شوبت االغشية النقية بااللمنيوم ( ) (nm/s 2±0.1ترسيب ة ثاني بترسيب طبق د رن عن ة االنتشار داخل ف االلمنيوم على الغشاء النقي باستعمال نفس المنظومة السابقة وبثالث نسب بعد ذلك تستكمل عملي ى درجة الحرارة وزمن C 0200(درجة حرارة د عل ) مدة ساعتين , إذ ان ذرات الشوائب المنتشرة في المادة االصلية تعتم وع SHIMADZU Japanنوع ( ) (XRDالنقية بجھاز CdSeحصت اغشية, ف [ 7 ]االنتشار دفآ من ن ) وھو يمتلك ھ )kα-(Cu 40 و بفولتية تشغيل مقدارھاKV)) وتيار (mA (30 وحددت زاوية الفحصθ2 ين بسرعة ) 060-20 0( ب دارھا ح مق تم ايجاdeg/min (8مس وبة ف ة والمش ية النقي ية لالغش ف االمتصاص ا طي وع ) ام اف ن اطة مطي ا بوس دھ UV-Visible 1800 spectra photometer) ( قيست النفاذية دالة للطول الموجي ضمن مدى إذ nm )( 300 -1100 .ومن طيف االمتصاص حسب معامل االمتصاص دالة للطول الموجي ودراسة نوع االنتقاالت وحساب فجوة الطاقة النتائج والمناقشة تركيب الغشاءاوال : ور CdSe) ان اغشية 1الشكل ( (XRD)بينت نتائج حيود االشعة السينية الرقيقة غير المشوبة ھي متعدد التبل حة السطوح ( ت ان فس ا بين ة d-valuesكم ية للبطاق حة السطوح القياس ع فس ابق م د تط ن الفحص ق ة م ) الناتج ا ) و002وأن االتجاه السائد ھو( (Hexagonal wartzite)) إذ يكون التركيب سداسي JCPDS-080459المرقم ( كم ) .2موضح في الجدول ( : معامل االمتصاص وفجوة الطاقة البصرية ثانيآ ) بانه نسبة التناقص في فيض طاقة االشعة الساقطة بالنسبة لوحدة المسافة باتجاه αيعرف معامل االمتصاص ( وان معامل انتشار الموجة داخل الوسط ويعتمد معامل االمتصاص على طاقة الفوتون الساقط وعلى خواص شبه الموصل . [8] من طيف االمتصاصية بحسب المعادلة حسباالمتصاص α= . ………………………………………(2) A  االمتصاصية : t  :   سمك الغشاء(cm) α 1(: معامل االمتصاص-(cm 313الفيزياء | 2015) عام 1(العدد 28المجلد مجلة إبن الھيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol. 28 (1) 2015 االمتصاص يزداد معامل يالحظ ان و) العالقة بين معامل االمتصاص وطاقة الفوتون الساقط 2( رقم الشكليبين لوحظ زيادة , لشبه الموصل النقي والمشوبالبصرية اقل من فجوة الطاقة تھما ببطأ بزيادة طاقة الفوتون عندما تكون طاق ن عملية أ البصرية . الطاقة فجوة او تساويسريعة في معامل االمتصاص عندما تصبح طاقة الفوتون الساقط اكبر كذلك التشويب نحو الطاقات الواطئة بزيادة نسبة المنحني ادت الى زيادة في معامل االمتصاص وازاحة التشويب ] 9 [الباحثالنقية وھذا يتفق مع ما توصل اليه CdSe) الغشية cm 410-1 نالحظ ان قيمة معامل االمتصاص اكبر( تدل القيم العالية إذ ن ھذه القيمة تزداد مع زيادة طاقة الفوتون وھذا يساعد على توقع حدوث انتقاالت الكترونية مباشرة أو . بين المستويات الممتده لحزام التكافؤ والتوصيل لمعامل االمتصاص على احتمالية حدوث انتقاالت الكترونية مباشرة . (tauc) عالقة لبنوعيھا المسموح والممنوع من خال فجوة الطاقة البصرية لالنتقاالت االلكترونية المباشرة قيمحسبت ………………………………..... (3) …………………n) gE-(һυ B=υһα  α : ) 1 معامل االمتصاص-cm( υһ :) طاقة الفوتون الساقطev( B : ثابت gE طاقة الفجوة البصرية : )ev( n [10]لالنتقال المباشر الممنوع ( 2 / 3 )لالنتقال المباشر المسموح ( 2 / 1 ): مرتبة االنتقال البصري يساوي . و ( طاقة الفوتون ) ومد ( αhυ )2) ونرسم العالقة بين 3في المعادلة ( (1/2)مساويا الى (n)بعد وضع قيمة الثابت ال المباشر المس ليقطعحني نالجزء المستقيم من الم ة لالنتق ة فجوة الطاق ى قيم ي موحمحور طاقة الفوتون نحصل عل ا ف كم ال المباشر نفسھا ريقةطبال) و 6 ( الرقم ) الى3( الرقم من لشكلا ة البصرية لالنتق وعنحسب فجوة الطاق د وضع الممن بع ين ) إذ/3 2مساويا الى ( ( n ) الثابت قيمة ة ب ذه الحال ي ھ ون ( αhυ)2/3 يكون الرسم ف ة الفوت ين طاق ي ( hυ )وب ا ف كم ى فجوة الطاقة البصر ) يبن2( رقم الجدول) 10الى الرقم ( ) 7الرقم ( من الشكل ا اذ يالحظ عل ار اليھ االت المش ية لالنتق منيوم .بااللالعموم ان فجوة الطاقة البصرية تقل مع زيادة نسب التشويب ذا النقصان يمكن ان ي ى انر فسوھذا يعني ان التشويب ادى الى ازاحة حافة االمتصاص نحو الطاقات الواطئة وھ عل تويات موضعية ىالتشويب اد وين مس افْو و التوصيل الى تك ي التك ين حزمت ا ب ة المحظورة م مو ضمن فجوة الطاق من ث ل . ة االق ات ذات الطاق ذا امتصاص الفوتون االلمنيوم وھ بة التشويب ب ا ازدادت نس زداد كلم ل االمتصاص ي ا ان معام كم يؤكد دخول االلمنيوم ضمن التركيب البلوري للغشاء المحضر . االستنتاجات ومن التبلور النقية بطريقة التبخيرالحراري في الفراغ والحصول على تركيب متعدد CdSeحضير اغشية يمكن ت 1- ) . Hexagonal Wurtziteالسداسي ( النوع ى زيادة في معامل االمتصاص ونقصان في قيم فجوة الطاقة البصرية وان ھذا يشيرالى امكانيةان زيادة التشويب ادت ال 2- تصنيع خلية شمسية من ھذه االغشية المطعمة بااللمنيوم . المصادر 1. Chopra, K.L.(1969) , Thin Film Phenomena , Ch.2 , Mc Graw- Hill Book Co. , New York . 2. Eckertova, L. ( 1977) “ Physics of thin film” , Plenum Press . 3. Chowdhury,R.I. ; Islam,M.S. ; Sabeth ,F. ; Mustafa ,G. ; Farhad, S.F.U. ; Saha, D.K. ; Chowdhury, F.A. ; Hussain , S. and Islam, A.B.M.O., (2012) (January)” Characterization of Electrodeposited Cadmium Selenide Thin Films” Dhaka Univ. J. Sci. 60(1): 137-140 4.Zeng,T. ; Zhao,B. ; Zhu, S.; He, Z.; Chen,B.; and T,Zhaoyi.,(2011)”Optimizing the growth procedures for CdSe crystal by thermal analysis techniques “Journal of Crystal Growth (19-15)316 و 5.Betkar, M.M. ; and Bagde , G.D., (2012) STRUCTURAL AND OPTICAL PROPERTIES OF SPRAY DEPOSITED CdSe THIN FILMS” Materials physics and Mechanics 14(74-77) 6.Sree Harsha ,k.s.,(2006) Principles of physical vapor deposition of thin films, science direct, Elsevier, London. 7. Dimitriev,S. Understanding Semiconductor Devices, (2000) Griffth University ,New York ,Oxford 8. Dickinson ,W. C. and Cheremisionoff P. N. ,(1980) Solar Energy Technology, Handbook Part A, p. 498, Mc Graw- Hill Book Co. , New York . 9.Kender,D.R.; Pawar,A.R., and pujari,V.B.,(2012) Optical and electrical properties of pb doped CdSe thin films”, Applied Research 5(3)(10-17) 314الفيزياء | 2015) عام 1(العدد 28المجلد مجلة إبن الھيثم للعلوم الصرفة و التطبيقية Ibn Al-Haitham J. for Pure & Appl. Sci. Vol. 28 (1) 2015 10. Fox.M., (2001) Optical properties of solids, Oxford University Press النقية CdSe) القيم المستحصلة من قياسات حيود االشعة السينية الغشية 1جدول رقم ( stand 2 (degree) exp.2 (degree) (Å)stand. d ) oI/I( stand. Å)(exp. d exp.) oI/I( (hkl) 25.354 25.572 3.510 70 3.4805 100 002 ) قيم فجوة الطاقة البصرية دالة لنسب التشويب بااللمنيوم 2جدول رقم ( )evفجوة الطاقة المباشرة الممنوعة ( بااللمنيومنسبة التشويب ) evفجوة الطاقة المباشرة المسموحة ( pure 1.76 1.77 1% 1.74 1.75 2% 1.72 1.73 3% 1.65 1.66 315الفيزياء | 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 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 20 25 30 35 40 45 50 55 60 In te ns it y (a .u .) diffrction Angle 2θ النقية CdSeطيف حيود االشعة السينية الغشية ) 1(الشكل رقم 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 A b so rp ti o n c o ef fi ci en t α (c m - 1 ) x  1 0 0 0 0 hν(ev)   CdSeتغير معامل االمتصاص دالة لطاقة الفوتون الساقط الغشية) 2( الشكل رقم النقية والمشوبة pure AL1% AL2% AL3% 316الفيزياء | 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 12 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 (һ υα )² ( ev /c m )² x  1 0 0 0 0 0 0 0 0 Photon Energy (ev) النقية CdSeفجوة الطاقة البصرية لالنتقال المباشر الممنوع الغشية ) 3(الشكل Eg=1.76ev 0 5 10 15 20 25 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 (һ υα )² ( ev /c m )² x  1 0 0 0 0 0 0 0 0 Photon Energy (ev) المشوبة CdSeفجوة الطاقة البصرية لالنتقال المباشر الممنوع الغشية ) 4(الشكل %1بااللمنيوم Eg=1.74ev 317الفيزياء | 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 5 10 15 20 25 30 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 (һ υα )² ( ev /c m )² x  1 0 0 0 0 0 0 0 0 Photon Energy (ev) CdSeفجوة الطاقة البصرية لالنتقال المباشر الممنوع الغشية ) 5( الشكل %2المشوبة بااللمنيوم Eg=1.72 ev 0 10 20 30 40 50 60 70 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 (һ υα )² ( ev /c m )² x  1 0 0 0 0 0 0 0 0 Photon Energy (ev) المشوبة CdSeفجوة الطاقة البصرية لالنتقال المباشر الممنوع الغشية ) 6(الشكل %3بااللمنيوم Eg=1.65ev 318الفيزياء | 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 5 10 15 20 25 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 (һ υα )2/ 3 (e v/ cm )2/ 3 x  1 0 0 0 0 0 0 0 0 Photon Energy (ev) المشوبة CdSeفجوة الطاقة البصرية لالنتقال المباشر المسموح الغشية ) 8( الشكل %1 بااللمنيوم Eg=1.75ev Eg=1.77ev 319الفيزياء | 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 5 10 15 20 25 30 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 (һ υα )2 /3 (e v/ cm )2/ 3 x  1 0 0 0 0 0 0 0 0 Photon Energy (ev) المشوبة CdSeفجوة الطاقة البصرية لالنتقال المباشر المسموح الغشية ) 9(الشكل %2بااللمنيوم Eg=1.73ev 0 10 20 30 40 50 60 70 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 (һ υα )2 /3 (e v/ cm )2/ 3 x  1 0 0 0 0 0 0 0 0 Photon Energy (ev) المشوبة CdSeفجوة الطاقة البصرية لالنتقال المباشر المسموح الغشية ) 10(الشكل %3بااللمنيوم Eg=1.66ev 320الفيزياء | 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 Doping With Aluminum on The Optical Properties Of CdSe Thin Films Alia A. Shehab Abbas H. Hussain Dept. of Physics/College of Education for Pure Science(Ibn Al-Haitham)/ University of Baghdad Received in :16June 2014,Accepted in :8September2014 Abstract CdSe thin films were deposited on glass sudstrate by thermal evaporation method with thickness of (300±25%) nm with deposition rate (2±0.1) nm/s and at substrate temperature at (R.T.). XRD analysis reveals that the structure of pure thin films are Hexagonal and polycrystalline with preferential orientation (002). In this research ,we study the effect of doping with (1,2,3)% Aluminum on optical energy gap of (CdSe) thin film . The absorption was studied by using (UV - Visible 1800 spectra photometer ) within the wavelength (300-1100) nm absorption coefficient was calculated as a function of incident photon energy for identify type of electronic transitions it is found that the type of transition is direct , and we calculated the optical energy gap before and after doping we found that the energy gap decreases after doping and absorption coefficient increases. Keyword: CdSe , absorption coefficient , optical energy