قسم الفيزياء يناقش رسالة ماجستير تدرس خصائص الغشاء الرقيق AISb وبعض تطبيقاته

ناقش قسم الفيزياء في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) رسالة الماجستير الموسومة (دراسة خصائص الغشاء الرقيق AISb وبعض تطبيقاته) للطالبة (رنا حميد عذاب) التي انجزتها باشراف التدريسية في القسم (أ.م.د. بشرى هاشم حسين ).

ونوقشت الرسالة من قبل اعضاء لجنة المناقشة :

أ.د. علية عبد المحسن شهاب            رئيسا

أ.م.د. علي حسين عبد الرزاق             عضوا

أ.م.د. صبا جميل حسين                    عضوا  

أ.م.د. بشرى هاشم حسين            عضوا و مشرفا

ويهدف البحث الى :

1. تحضير سبيكة المركب الثنائي انتيمون الألمنيوم (AlSb) من عناصرها الاولية بنسبة مقدارها (50%) لكل عنصر بحسب الاوزان الذرية.

2. تحضير أغشية رقيقة من المادة بسمك (150) nm على قواعد من الزجاج وأخرى من السليكون عند درجة حرارة الغرفة بطريقة التبخير الحراري في الفراغ.

3. تحضير سبيكة المركب الثلاثي (Al1-xInxSb) من عناصرها الاولية بنسبة مقدارها X=0.1, 0.3, 0.5)).

4. تحضير أغشية رقيقة من المادة للنسب الثلاث بسمك (150) nm على قواعد من الزجاج وأخرى من السليكون عند درجة حرارة الغرفة بطريقة التبخير الحراري في الفراغ.

5. دراسة تأثير تغير نسب الانديوم المضافة في الخصائص التركيبية والبصرية والكهربائية لأغشية (AlSb) المرسبة على القواعد الزجاجية.

6. دراسة تأثير تغير نسب الانديوم المضافة في خصائص الخلايا الشمسية المصنعة من أغشية المادة، وتحديد القيمة المثلى في الحصول على أفضل خلية تعمل بمواصفات وخصائص عالية.

في هذا البحث تم تحضير سبائك المركب الثنائي (AISb) والثلاثي Al_1-xIn_xSb)) بنسب مختلفة من محتوى الانديوم (0.1,0.3,0.5) بإذابة عناصر السبيكة في انبوبة مفرغة من الكوارتز تحت ضغط 10^-3 torr) × (2، وتم اجراء فحوصات حيود الاشعة السينية (XRD) لمساحيق السبائك وكذلك الاغشية المحضرة ووجد انها تمتلك تركيب متعدد التبلور (Polycrystalline)، من النوع المكعب (Cubic) مع هيمنة الاتجاه السائد (211) بزيادة نسبة عنصر الانديوم يحصل زيادة في الحجم الحبيبي.

تم ترسيب اغشية المركب (AISb) وAl1_-xIn_xSb)) على قواعد من الزجاج وذلك لدراسة خصائص التركيبية والبصرية والكهربائية، وقواعد اخرى من السيليكون النقي ذي تبلور أحادي بالاتجاه (111) من النوع N-type)) لتصنيع الخلايا الشمسية من أغشية المادة، وذلك باعتماد تقانة التبخير الحراري في الفراغ عند درجة حرارة الغرفة(27^oC)، بسمك 20nm) ±150(، بمعدل ترسيبnm sec^-1 0.1) ± 4 (.

واعتمدت تقانة (AFM) لدراسة طوبوغرافية السطح وكذلك تحديد خشونة السطح إذ بينت النتائج ان بزيادة نسبة عنصر الانديوم يزداد تجانس السطح نتيجة لزيادة الحجم الحبيبي الذي يؤدي الى النقصان في الحدود الحبيبية.

وأظهرت نتائج القياسات البصرية للأغشية المحضرة أنها ذات امتصاصية عالية للأطوال الموجية الواقعة ضمن المنطقة المرئية للطيف الكهرومغناطيسي (400-700)، كما تم حساب فجوة الطاقة ذات الانتقال المباشر المسموح، وان قيمة الفجوة أظهرت التناقص من eV(2.2 الى 1.7) مع زيادة نسب عنصر الانديوم من (0.1,0.3,0.5) على التوالي، وكذلك تم حساب الثوابت البصرية التي تشمل (معامل الامتصاص ومعامل الانكسارو معامل الخمود، وثابت العزل الكهربائي بجزيئة الحقيقي والخيالي).

كما أظهرت قياسات التوصيلية الكهربائية للأغشية المحضرة كافة وجود آليتين للتوصيل مما يدل على وجود طاقتي تنشيط احداهما في درجات الحرارة الواطئة (300-415) K والأخرى في درجات الحرارة العالية (425-475) K، وبينت نتائج تأثير هول ان الاغشية المحضرة كافة هي من النوع الموجب (P-type)، وان معامل هول يقل وتزداد كل من التحركية وتركيز حاملات الشحنة بزيادة نسب عنصر الانديوم.

وبينت نتائج خصائص (تيار- جهد) للخلايا الشمسية في حالتي الإضاءة والظلام زيادة في قيم كل من) الكفاءة ղ%))، عامل الملء (F.F%)،  الفولتية العظمى Vm))، كثافة التيار العظمى (Jm)، فولتية الدائرة المفتوحة (Voc)، كثافة تيار الدائرة القصيرة (Jsc) ) وبزيادة نسبة الانديوم، اذ حصلت اعلى كفاءة (4.5) عند نسبة انديوم (0.3).

---

Study the Properties of AISb thin film and some applications

By Rana Hamid Athab

Supervised by Asst.prof.Dr.Bushra Hashim Hussein

The Abstract

In the study binary and ternary of AISb and (Al1-xInxSb) respectively have been prepared with different in concentration (x= o.1, 0.3, 0.5), by mixing the component in a quartz tube under (2×10-4 torr

The XRD result of prepared compound as well as fabricated thin films show that these samples possess(cubic) polycrystalline structure with preferred orientation of (211), and the grain size of the prepared sample increased with increasing In concentration

In order to study the structural, optical and electrical properties, AISb and Al1-xInxSb thin films20 ±150 nm, were deposited on to glass and n-type single crystal (111) silicon wafers via thermal evaporation at room temperature (27oC) and deposition rate of (4±0.1) nm cm-1

    The surface topography was studied by AFM technique and the results show that the homogeneity of the surface was improved for the sample prepared with higher In concentration due to increase the grain size that led to decrease the grain boundaries

The optical properties of the fabricated thin films show that these films possess high absorption in the visible region (400-700) nm of the electromagnetic radiation. the energy band gap calculation shows decreasing Eg from (2.2 eV) to (1.7eV) with increasing In concentration from (0.1 to 0.5) also, the optical constants (absorption coefficient, refractive index, extinction coefficient and real and imaginary dielectric constants) have been calculated

The electrical properties of the prepared thin films show two different conduction mechanisms which means there were two activation energies one at low temperature (300-415) K and the other at high temperature (425-475) K. Hall effect measure mantis show that all the prepared thin films were (p-type), and the Hall constant decreased while the carrier concentration and carrier mobility increased when concentration increased

The (I-V)characteristic curve for the prepared solar cells at both dark and light show increase the (efficiency (ղ%), Fill factor (F.F%), maximum voltage (Vm),maximum Current density (Jm), Voltage open circuit (Voc), Short current density (Jsc) )with increasing In concentration, and the highest efficiency of (4.5%) was obtained from the solar cell fabricated with 0.3 In