عنوان

طراحی و ساخت آشکارساز فرابنفش با استفاده از سنتز نانوذرات اکسید روی

‭۵۱۳۸پ‬

per

طراحی و ساخت آشکارساز فرابنفش با استفاده از سنتز نانوذرات اکسید روی

/الهام امینی

دانشگاه تبریز: دانشکده مهندسی فناوریهای نوین، گروه مهندسی نانوالکترونیک

‮‭۱۵۵‬ص‬

چاپی

کارشناسی ارشد

نانوالکترونیک

‮‭۱۳۹۰/۱۱/۱۶‬

دانشگاه تبریز: دانشکده مهندسی فناوریهای نوین، گروه مهندسی نانوالکترونیک

آشکارسازهای فرابنفش کاربردهای صنعتی و محیطی زیادی از قبیل مونیتورینگ لایه ازن، پرتودرمانی، تشخیص شعله، سنسورهای زیستی و شیمیایی دارند .در سال‌صهای اخیر، آشکارسازهای فرابنفش با استفاده از مواد با گاف انرژی پهن ساخته شده‌صاند.اکسید روی یک ماده نیمه‌صهادی با گاف انرژی مستقیم و پهن ‮‭(eV۳/۳)‬ با انرژی اکسیتونی زیادی حدود ‮‭meV۶۰‬ می‌صباشد .ساختار این ماده هگزاگونال ورتزیت است که قابلیت کاربرد برای سنسورهای گازی، دیودهای گسیل نور، لیزرهای فرابنفش و به خصوص آشکارسازهای فرابنفش را دارد.در این پایان‌صنامه، نانوذرات ‮‭ZnO‬ با چهار روش شیمیایی محلول) سونوشیمی، هیدروترمال، سل- ژل و حمام شیمیایی (سنتز و با تغییر شرایط سنتز مانند زمان و دمای واکنش نانوذراتی با اندازه و مورفولوژی‌صهای مختلف بدست آمده است .نانوذرات با آنالیز‮‭XRD‬ ، طیف‌صسنجی ‮‭UV‬ و اسپکتروسکوپی‮‭IR - FT‬مشخصه‌صیابی شدند .و مورفولوژی آنها، توسط تصاویر ‮‭SEM‬ تعیین شده و مورفولوژی نانوذرات سنتز شده با روش سونوشیمی صفحه-ای شکل بوده درحالیکه با روش هیدروترمال و سل-ژل به ترتیب نانوذرات میله‌صای و کروی حاصل شده است .نانوذرات حاصله در ناحیه فرابنفش جذب و در ناحیه مرئی عبور خوبی نشان می‌صدهند .نانوذرات تهیه شده به روش سل- ژل، بسیار ریز بوده و خلوص بالایی نشان می‌صدهند .همچنین استفاده از امواج فراصوت در طی فرایند سنتز، نانوذرات یکنواختی ایجاد می-کند .از نانوذرات سنتز شده، آشکارساز فرابنفش تهیه شد و اثر تغییر شرایط واکنش، روی پارامترهای آشکارسازی آنها بررسی گردید .آشکارسازهای فرابنفش ساخته شده در این پروژه، با یک روش ساده و اقتصادی ساخته شده‌صاند که ساختار آنها فلز-نیمه-هادی فلز بوده و در آن از الکترودهای مس لایه نشانی شده روی زیرلایه فایبرگلاس استفاده شده است و نانوذرات سنتز شده، روی این زیرلایه قرار می‌صگیرند .با اعمال بایاس خارجی به آشکارسازهای ساخته شده، جریان تاریکی و جریان تحت تابش نور فرابنفش اندازه‌صگیری شد .مشخصه جریان ولتاژ این آشکارسازها، خطی بوده و جریان تاریکی کمی دارند .سایر پارامترهای آشکارساز این نمونه‌صها مانند پاسخ‌صدهی، دتکتیویته، بهره و حساسیت نیز محاسبه شده است .اشکارسازهای ساخته شده با نانوذرات سنتز شده به روش سل- ژل نتایج آشکارسازی بهتری نشان می‌صدهند به عنوان مثال، پاسخ‌صدهی‮‭(A/W)۴۶۷/۳۱‬ ، بهره ‮‭۸۰۶/۱۷۷‬ و حساسیت ‮‭۹۴۴۰۰‬ برای یکی از نمونه‌صها مشاهده شده است .سریعترین پاسخ‌صدهی برای دتکتورهای ساخته شده از نانوذراتی که به روش هیدروترمال سنتز شده بودند، مشاهده شده است که این پاسخ حدود) ‮‭ms۱۰۰‬ زمان رسیدن به جریان اشباع (برای تعدادی از نمونه‌صها ثبت شده است.

Ultraviolet (UV) detectors have a wide range of industrial and environmental applications, such as ozone layer monitoring, communications, radiometry, flame detection, biological and chemical sensors. In recent years, UV photodetectors have been fabricated on wide bandgap materials. ZnO is a wide and direct band gap (3.3 eV) semiconductor material With a larger exciton binding energy (60 meV). The structure of this material is hexagonal wurtzite and has potential applications for gas sensors, light-emitting diodes (LEDs), ultraviolet (UV) lasers and especially the UV detectors. In this thesis, ZnO nanoparticles, synthesised by four solution methods (Sonochemical, hydrothermal, Sol-Gel and Chemical Bath deposition). The effect of time and temperature of reaction on the properties of nanoparticles have been investigated. These nanoparticles characterized by X-ray diffraction analysis, UV-Vis absorption spectra and FT-IR spectroscopy. The morphologies of the synthesized materials were characterized by scanning electron microscopy (SEM). Using sonochemical method nano plates are obtained, while nanorod and nanospherical nanoparticles have been synthesized by hydrothermal and sol-gel method, respectively. The transmission coefficients of these nanoparticles are high at visible light wave band and low at UV light wave band. The Preparation of nanoparticles using sol- gel method leads to pure and small particles. Using ultrasonic radiation in duration of process results uniform nanoparticles. Photoconductive ultraviolet detectors have been fabricated based on ZnO nanoparticles. In this research, ZnO UV detector is fabricated by a simple and economical method. Metal-semiconductor-metal (MSM) tape detectors were fabricated by coating interdigitted Cu electrods deposited on fiber glass substrate with the synthesized materials.By applying an external bias, dark and photo current have been measured. The current-voltage (I-V) characteristics show a linear behavior with low dark Current. Additionally, detector parameters of these samples, such as responsivity, detectivity, gain and sensitivity have been calculated. Excellent detectivity results were observed for the fabricated detectors using nanoparticles synthesized by sol- gel method. For example one of the photodetectors exhibits a responsivity of 31.467A/W, gain of 177.806 and sensitivity of 94400 under 15 V bias. The faster resposivities were recorded for the detectors fabricated using ZnO nano rods, synthesized by hydrothermal method with a rise time about of 100 ms (Time to reach the saturation current) for some of detectors.

UV Detector

Photodetector

Ultra Violet radiation

ZnO

Nanoparticles

Sonochemical

Hydrothermal

Sol

Gel

Chemical Bath

امینی، الهام

رستمی، علی، استادراهنما

شکاری، حمایت، استادراهنما

عباسیان، کریم، استادمشاور

کیانی، غلامرضا، استادمشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی