تحضير وتوصيف أغشية كبريتيد الرصاص المطعمة بالكادميوم والكروم بطريقة الترسيب بالليزر النبضي لتطبيقات المتحسس الغازي

رسالة ماجستير

اسم الباحث : خضير عبيس محمود

اسم المشرف : أ.م. د. ماجد حسين دويج أ. د. كاظم عبد الواحد عادم

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية العلوم

الاختصاص : علوم الفيزياء

سنة نشر البحث : 2021

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

في هذا العمل ، تم ترسيب الأغشية الرقيقةPbS المطعمة بالكادميوم والكروميومWt% (X=2,4,6) على قاعدة زجاجية في درجة حرارة الغرفة بواسطة تقنية الترسيب بالليزر النبضي. تم دراسة تأثير زيادة طاقة الليزر ونسب التطعيم على الخصائص التركيبية والبصرية لأغشية pbs باستخدام الليزر Nd:YAG ذو طاقات ليزر مختلفة من (200350-) ملي جول بزياده 50 ملي جول لكل خطوة. ضبطت نبضات الليزر بشكل ثابت على 100 نبضة لكل عينة.

تم دراسة تراكيب مسحوق( (PbS (PbS: Cd , PbS: Cr) الأغشية الرقيقة باستخدام تقنية حيود الأشعة السينية .حيث أظهرت دراسة الأشعة السينية أن الهيكل متعدد البلورات وأحادي الميل مع مستوى اتجاه مفضل (200) وأن حجم البلورة يزداد مع زيادة طاقة الليزر وزيادة نسبة التطعيم .

أكدت القياسات المجهرية للقوة الذرية (AFM) أن الأغشية تمت ترسيبها بتقنية PLD لها سطح بلوري جيد ومتجانس. وبلغ متوسط قطر الجسيمات لجميع الأفلام المعدة أقل من 100 نانومتر ، لذا فهو يقع ضمن نطاق المواد النانوية.

اجريت القياسات البصرية باستخدام مقياس الطيف الضوئي UV-ViS ، حيث أظهرت النتائج أن الأغشية الرقيقة (PbS) ، (PbS: Cd) (PbS:Cr) لها انتقال مباشر لفجوة الطاقة وزيادة امتصاص الأغشية مع زيادة طاقة الليزر ونسب التطعيم. كما تم حساب الثوابت البصرية مثل معامل الانكسار (n) ومعامل الامتصاص (α) ومعامل الخمود (k) وثابت العزل الكهربائي للجزء الحقيقي والخيال( εi , εr )،. اما فجوة الطاقة فأنها تزداد مع زيادة طاقة الليزر وزيادة نسبة التطعيم (1.5 – 2.8) الكترون-فولت عن طريق التطعيم بالكادميوم و (1.6 – 1.8) الكترون-فولت عن طريق التطعيم بالكروم.

أظهرت قياسات مستشعر الغاز أن أفضل مستشعر لغاز NO2 كان للعينة بنسبة 5٪ (PbS: Cd) X = 4% مع حساسية( 137%( عند 523كلفن وانخفضت حساسية العينة PbS وغاز NH3 وطاقة ليزر 250 ملي جول عند درجة حرارة 523 كلفن إلى 19٪.

Preparation and characterization of PbS films doped by Cd and Cr via pulsed laser deposition for gas sensor applications

Abstract

In this work, cadmium-chromium-doped(X=2,4,6)Wt% lead sulfide PbS thin films were deposited on a glass substrate at room temperature by means of a pulsed laser deposition (PLD) technique. The effect of laser energy and different doping ratios on the structural and optical properties of PbS films were studied using Nd:YAG laser with different laser energies from (200 – 350) mJ in increments of 50 mJ per step. The number of laser pulses was fixedly set to 100 pulses per sample.
The structures of (PbS, PbS:Cd and PbS:Cr) powder and thin films were studied using X-ray diffraction technique. X-ray study showed that the structure is polycrystalline and monoclinic with a preferred orientation plane (200) and that the crystal size increases with increasing laser energy and increases at different doping ratio .
Atomic force microscopic measurements (AFM) confirmed that the films grown by PLD technique have good crystalline and homogeneous surface. The average particle diameter for all prepared films is less than 100 nm ,so it is in the range of nanomaterial’s.
The optical measurements were studied using UV-ViS- spectrophotometer. The results showed that the (PbS, PbS:Cd and PbS:Cr) thin films have direct allowed energy gap transition and the absorbance of films increases with the increasing of laser energy and increases at different doping ratio . Also, the optical constants such as the refractive index(n), absorption coefficient (α), extinction coefficient(k) and dielectric constant real and imaginary parts(εr,εi) have been calculated. The energy gap increases with increases of laser energy and increases at different doping ratio (1.5 – 2.8) eV by doping with cadmium and (1.6 -1.8) eV by doping with Chrome.
The gas sensor measurements showed that the best sensor for NO2 gas was for the sample with a percentage of 5% PbS:Cd X = 4% with a sensitivity of 137% at 523 K and the sensitivity of the sample was decreased for PbS and for NH3 gas at an energy of 250 mJ at 523 K to 19%.