ويژگي‌هاي ساختاري، اپتيكي و الكتريكي نانوكامپوزيت‌هاي ZnO/CuO

Study of structural, optical and electrical properties of ZnO/CuO nanocomposites

در اين كار، نانوكامپوزيت­ هاي ZnO/CuO به­ روش­ هاي نهشت بخار شيميايي ­(CVD)­، نهشت بخار فيزيكي (PVD) و كندوپاش بسامد راديويي­ بر زيرلايه­ هاي سيليكوني (Si) سنتز شده ­و سپس ويژگي­ هاي ساختاري، اپتيكي و الكتريكي آن­ها بررسي گرديد. بررسي طرح ­هاي پراش پرتوي X نمونه­ ها­ تشكيل فاز مخلوط شش ­گوشي اكسيد­روي (­ZnO­) و فاز تك ­ميلي اكسيد­مس (­CuO­) و در نتيجه كامپوزيت ZnO/CuO تهيه شده به همه روش ­ها را تأييد كرد­. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي اثر ميداني (FESEM) نشان داد كه ريختار كامپوزيت تهيه شده به روش CVD متفاوت از دو روش PVD و كندوپاش بوده و شامل نانو رشته هايي با قطر متوسط nm 400 است. بررسي ­هاي اپتيكي كامپوزيت­ ها نشان داد كه گاف نواري آن­ها در گستره eV 2/05 –2/18 قرار دارد­ كه بزرگ­تر از گاف نواري اكسيد مس (eV 1/2) و كوچك­تر از گاف نواري اكسيد­روي (eV 3/3) است. همچنين كامپوزيت­ هاي سنتز شده به روش­ هاي CVD و PVD به ترتيب داراي كمترين و بيشترين بازتابندگي در گستره نور­ مرئي و نزديك قرمز هستند­. براساس طيف نورتابي (PL) كامپوزيت تهيه شده به روش PVD در دماي اتاق، اين نمونه داراي قله­ هاي نشري با شدت نسبي قابل توجه در گستره فرابنفش و مرئي است­. بررسي­ هاي الكتريكي نمونه­ ها نيز نشان داد كه كامپوزيت ZnO/CuO سنتز شده به روش كندوپاش داراي كمترين مقاومت الكتريكي و كامپوزيت سنتز شده به روش CVD داراي بيشترين مقاومت الكتريكي هستند­. بررسي پاسخ نوري كامپوزيت­ ها نيز آشكار شد كه نمونه ZnO تهيه شده به روش PVD و نانوكامپوزيت ZnO/CuO تهيه شده به روش كندوپاش داراي بيشترين پاسخ نوري هستند. براساس نتايج اين پژوهش، به­ طور كلي ويژگي­ هاي ساختاري و اپتيكي و الكتريكي و همچنين ريختار نانوكامپوزيت­ هاي ZnO/CuO به طور قابل ملاحظه ­اي به روش سنتز آن­ها بستگي دارد.

In this work, the first ZnO/CuO nanocomposites were synthesized by chemical vapour deposition (CVD), thermal evaporation (PVD) and sputtering on silicon substrates (Si). Then, the structural, optical and electrical properties of the samples were investigated. Examination of the X-ray diffraction patterns confirmed the mixed-phase formation of hexagonal zinc oxide (ZnO) and monoclinic copper oxide (CuO) phases, resulting in the formation of ZnO/CuO composite in all methods. The plan view images obtained from FESEM analysis showed that the morphology of the samples prepared by the CVD method differs from other samples and is as nanowires with an average radius of about 400 nm. Examining the samples' optical properties showed that their bandgap is in the range of 2.05 eV-2.18 eV, which is larger than the bandgap of copper oxide (1.2 eV) and smaller than zinc oxide (3.3 eV). The composite synthesized by the CVD method has the lowest reflectance, and the sample prepared by the PVD method has the highest reflectance in the visible and near-infrared ranges. Examination of the room temperature photoluminescence (PL) spectrum of the sample prepared by PVD showed that these samples have emission peaks with significant intensities in the ultraviolet and visible ranges. The samples' electrical properties showed that the ZnO/CuO composite synthesized by sputtering and CVD had the lowest and highest electrical resistance, respectively. The samples' optical response study showed that the sputtering method's nanocomposites have the highest response. This study showed that, in general, the structural, optical and electrical properties and morphology of synthesized ZnO/CuO composites are significantly affected by their synthesis method.