تغییر خواص ساختاری و نوری نانولایه اکسید روی آلایش شده توسط منگنز با پارامترهای فیزیکی

نوع مقاله: مقاله مروری

نویسندگان

1 دانشکده علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد آیت اله آملی، آمل، ایران

2 دانشکده علوم پایه دانشگاه آزاد اسلامی واحد آیت اله آملی

چکیده

لایه های نازک اکسید روی خالص و آلایش یافته با منگنز (ZnO:Mn) به روش سل – ژل برروی زیرلایه های شیشه تهیه شده و خواص فیزیکی آن بررسی شده است. مطابق نتایج به دست آمده، با افزایش ضخامت، دمای بازپخت و افزایش لایه ها طیف تراگسیل نمونه ها در طول موج های اندازه گیری شده کاهش می یابد. همچنین افزایش دمای بازپخت و لایه ها موجب کاهش گاف انرژی نانو فیلم ها می شود. این تغییرات بین 45/3 تا 84/3 الکترون ولت برای دمای بازپخت و بین 38/3 تا 41/3 الکترون ولت برای تغییرات لایه است. با افزایش ضخامت ثابت های اپتیکی نانو لایه ها افزایش می یابند که به دلیل افزایش کیفیت بلوری در اثر افزایش دما می باشد. اثر 4حلال مختلف به کار رفته در نمونه ها نیز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج محاسبات نشان می دهند نمونه تهیه شده با حلال متانول بزرگترین گاف انرژی، کوچکترین اندازه دانه و بالاترین درصد تراگسیل را دارد. بیشترین عمق نفوذ نیز مربوط به نمونه های تهیه شده با حلال های متانول و 1-بوتانول می باشند. لذا می توان از متانول در حسگرهای گازی اکسید روی با کارایی بالاتر استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Cganging of optical and structural properties of nano layer zinc oxide doping with manganese with physical parametres.

نویسندگان [English]

  • Mehrane Nemti 1
  • Mohammad Yuonesi 2
1 Department of basic science, Ayatolah amoli branch
2 Department of basic science, Islamic Azad university, Ayatollah Amoli branch
چکیده [English]

Pure and Mn-doped ZnO nano films were prepared onto glass substrates using the sol - gel method, and optical properties of pure and ZnO:Mn were investigated with regard to different thickness, different annealing temperature and effects of layers. According to our results, increasing the thickness and annealing temperature decrease the measured transmittance spectrum. XRD spectrum shows the crystal structures are formed at high annealing temperature. The band gap energy of nano-films decreases with increasing the annealing temperature (3.45 eV-3.84 eV) and thickness of the nano films (3.38 eV-3.41 eV). This increase is due to improvement of the crystal quality owing to the increase of annealing and thickness of the nano films. Influence of four different solvents that used in the samples, also was investigated. The results of calculating band gap show that the prepared sample by methanol has the highest energy gap and the smallest grain size. This solvent has also the highest transmittance. Samples prepared by ethanol and 1-butanol have the most penetration depth. Gas sensing performance of ZnO depends on the grain size, so using methanol on ZnO can be used in the gas sensor devices for more precise result.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Zinc oxide
  • Sol-gel
  • Nano Film
  • Doping
  • Thickness
  • Temperature
 

]1[ع. ق.دزفولی، ح. گودرزی، ز. صیدالی لیر، ساخت نانومیله‌های هسته/پوسته ZnO/ZnS به‌روش آبی-حرارتی و بررسی خواص ساختاری و نوری آنها، مجلة‌ پژوهش سیستم‌های بس‌ذره‌ای 8(1397)، 181-171.

[1]H. Goudarzi, Z. Seidali lir, Fabrication of core-shell ZnO/ZnS nanorods by hydrothermal method and study of their structural and optical properties, Journal of Research on Many-body Systems 8 (2018) 171-181.  

[2] D.R. Lide (Ed.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 73rd Edition, New York (1992).

[3] J. Jaffe, A.J. Snyder, Z. Lin, A.C. Hess, LDA and GGA calculations for high-pressure phase transitions in ZnO and MgO, Physical Review B 62 (2000) 1660.

[4] H.M. Cheng, K.F. Lin, H.C. Hsu, W.F. Hsieh, Size dependence of photoluminescence and resonant Raman scattering from ZnO quantum dots, Applied physics letters 88 26 (2006) 261909.

[5] C. Sommer, P. Krüger, J. Pollmann, Optical spectra of alkali-metal fluorides, Physics Review B 86(2012) 155212.

[6] M. Futsuhara, K. Yoshioka, O. Takai, Optical properties of zinc oxynitride thin films, Thin Solid Films 317 (1998) 322.

[7] A.V. Fonoberov, A.K. Alim, A.A. Balandin, Photoluminescence investigation of the carrier recombination processes in ZnO quantum dots and nanocrystals, Physical Review 73 (2006) 165317.

[8] R. Ghosh, GK. Paul,D. Basak, Effect of thermal annealing treatment on structural, electrical and optical properties of transparent sol-gel ZnO thin films, Materials Research Bulletin 40 (2005) 1905-1914.

[9] E.G. Birgin, I. Chambouleyron, J.M. Martinez, Estimation of the optical constants films using unconstrained optimization, Journal of Computational Physics 151 (1999) 862-880.

[10] R. Viswanath, S. Sapra, S.S. Gupta, B. Satpati, P.V. Satyam, B.N. Dev, D.D. Sarma, Synthesis and Characterization of Mn-Doped ZnO Nanocrystals, Journal Physical. Chemestery B 108 (2004) 6303.

 

[11]M. Yuonesi, M. Izadifard, M.E. Ghazi, F.E. Ghodsi, Structural and optical properties of Zn0:98Mn0:02O thin films synthesized by the sol-gel technique and different kinds of solvent, Chinese Journal of Physics 49 (2011) 941-949.

[12] M. Nemati, M. Yuonesi, Influence of Transition Elements Dopants on Physical Properties of Zinc Oxide Nanofilms, Iranian Journal of Science and Technology https://doi.org/10.1007/s40995-018-0579-8, (2018).

[13] Q. Qi, T. Zhang, S. Wang, X. Zheng, Humidity sensing properties of KCl-doped ZnO nanofibers with super-rapid response and recovery, Sensors and Actuators B 2 (2009) 649-655.

[14] A.R. Nimbalkar, M.G. Patil, Synthesis of ZnO thin film by sol-gel spin coating technique for H2S gas sensing application, Physica B: Condensed Matter 527 (2017) 7-15

[15] S. Fairose, S. Ernest, Nanostructured ZnO sensor fabricated by successive ionic layer adsorption and reaction method for ammonia sensing application, Physica B: Condensed Matter 557( 2019) 63-73.

[16] M. Wang, J. Wang, W. Chen, Y. Cui, L. Wang, Effect of preheating and annealing temperatures on quality characteristics of ZnO thin film prepared by sol–gel method, Materials Chemistry and Physics 97 (2006) 219–225.

[17] Y.S. Kim, W.P. Tai, S.J. Shu, Effect of preheating temperature on structural and optical properties of ZnO thin films by sol–gel process, Thin Solid Films 491 (2005) 153 – 160.

[18] S.W .Xue, X.T. Zu, W.L. Zhou, H.X. Deng, X. Xiang, L. Zhang, H. Dengd,Effects of post-thermal annealing on the optical constants of ZnO thin film, Journal of Alloys and Compounds 448 (2008) 21–26.

[19] Chemistry Standard Reference Materials Portal: www.nist.gov/chem-srm-portal.