مجلۀ پژوهش فیزیک ایران

بهبود اندازه بلورک‌ها، گاف نواری و رسانندگی الکتریکی در لایه‌های نازک Co₃O₄ آلایش‌یافته با مس که به روش پیرولیز پاششی تهیه شده‌اند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

صباح حفاص 1
نادجت بلهامرا 1
عقبه بلاحسن 2
نورالهدا ردجوه 1
فریال بلهمرا 1
زهیا بن شارف 1

1 آزمایشگاه فیزیک لایه‌های نازک و کاربردها، دانشگاه بسکره، صندوق پستی 145 RP، بسکره 07000، الجزایر

2 آزمایشگاه مواد فلزی و نیمه‌رسانا، دانشگاه بسکره، صندوق پستی 145، 07000 بسکره، الجزایر

https://doi.org/10.47176/ijpr.25.3.82159
چکیده
در این پژوهش، لایه‌های نازک اکسید کبالت (Co₃O₄) بدون آلایش و آلایش‌یافته با غلظت 2/0 مولار، با در نظر گرفتن مقادیر مختلف آلایش مس شامل 2، 4، 6، 8 و 10 درصد وزنی، به روش پیرولیز پاششی (SPT) سنتز شدند. هدف اصلی این تحقیق، بهبود ویژگی‌های لایه‌ها از جمله اندازه بلورک‌ها، انرژی گاف نواری و رسانندگی الکتریکی است. الگوهای پراش پرتو ایکس (XRD) برای تعیین اندازه ساختارهای بلوری مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که افزودن مس منجر به افزایش اندازه بلورک‌ها می‌شود؛ به‌طوری‌که اندازه بلورک (D) با آلایش 10 درصد وزنی مس به 94/40 نانومتر رسید. تحلیل نقشه‌برداری پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDX) ، حضور مس در لایه‌های نازک Co₃O₄  را تأیید کرد. از اندازه‌گیری ضریب جذب، دو گاف نواری متمایز با نام‌های E₁ و E₂ شناسایی شد. مقادیر انرژی گاف نواری بسته به غلظت آلایش مس، به‌ترتیب در بازه‌های 441/1 تا 388/1 الکترون‌ولت و 061/2 تا 012/2 الکترون‌ولت قرار گرفتند. بررسی نتایج الکتریکی نشان داد که با افزایش غلظت مس، مقاومت ورقه‌ای (Rsheet)  کاهش یافته و رسانندگی الکتریکی بهبود پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها

Co₃O₄
آلایش مس
خواص ساختاری
نتایج نوری
ویژگی‌های الکتریکی
موضوعات

عنوان مقاله English

Improvement of crystallite size, band gap, and electrical conductivity in Cu-doped Co₃O₄ thin films prepared by spray pyrolysis

نویسندگان English

Sabah Haffas 1
Nadjette Belhamra 1
Okba Belahsen 2
Nourelhouda Redjouh 1
Nadjette Belhamra 1
Zahia Bencharef 1
1 Physics Laboratory of Thin Layers and Applications, University of Biskra, BP 145 RP, Biskra 07000, Algeria
2 Laboratory of Metallic and Semi-Conducting Materials, University of Biskra, B.P. 145, 07000 Biskra, Algeria
چکیده English

In this study, we synthesized undoped and doped cobalt oxide (Co3O4) thin films at a concentration of 0.2 M, incorporating varying copper doping levels of 2, 4, 6, 8, and 10 wt. % through spray pyrolysis technique (SPT). The present investigation aims to enhance the characteristics of the films, including the crystalline size, band gap energy, and electrical conductivity. X-ray diffraction patterns (XRD) were used to determine the size of the crystalline structures. The findings indicate that incorporating Cu leads to an increase in the crystallite size. The crystal size (D) increased to 40.94 nm after doping with 10 wt.% Cu. Energy-dispersive X-ray (EDX) mapping analysis validated the presence of copper within the Co3O4 thin films. We identified two distinct band gaps from the absorption coefficient measurements: E1 and E2. The band gap energy values ranged from 1.441 to 1.388 eV and from 2.061 to 2.012 eV, depending on the Cu doping concentration. The electrical properties demonstrated a reduction in the Rsheet resistance and an enhancement in the electrical conductivity as the concentration of Cu increased.

کلیدواژه‌ها English

Co3O4
Copper doping
structural properties
optical results
Electrical findings
  1. E C Okpara, O C Olatunde, O B Wojuola, and D C Onwudiwe, Adv. 11 (2023) 100341.
  2. I Concina and A Vomiero, Small 11 (2015) 1744.
  3. X Yu, T J Marks, and A Facchetti, Mater. Chem. C 15 (2016) 383.
  4. R Marnadu, M Shakir, J Hakami, I M Ashraf, P Baskaran, D Sivaganesh, K V Chandekar, W K Kim, S Gedi, Interfaces 34, 102366 (2022).
  5. J W Kim, S J Lee, P Biswas, T I Lee, and J M Myoung, Surf. Sci. 406 (2017) 192.
  6. Y Zhang, J Ge, B Mahmoudi, S Förster, F Syrowatka, A W Maijenburg, and R Scheer, ACS Appl. Energy Mater. 3 (2020) 3755.
  7. L Qiao, H Y Xiao, H M Meyer, J N Sun, C M Rouleau, A A Puretzky, D B Geohegan, I N Ivanov, M Yoon, W J Weber, and M D Biegalski, Mater. Chem. C 1 (2013) 4628.
  8. K J Kim and Y R Park, Solid State Commun. 127 (2003) 25.
  9. D Barreca, C Massignan, S Daolio, M Fabrizio, C Piccirillo, L Armelao, and E Tondello, Mater. 13 (2001) 588.
  10. C L Liao, Y H Lee, S T Chang, and K Z Fung, Power Sources 158 (2006) 1379.
  11. M B Muradov, S J Mammadyarova, G M Eyvazova, O O Balayeva, I Hasanova, G Aliyeva, S Z Melikova, and M Abdullayev, Mater. 142 (2023) 114001.
  12. Q Cheng, R Zhu, J Zhengzhou, Y Zhang, B Yang, and W Zhang, Alloys Compd. (2024).
  13. L Abdelhak, B Amar, B Bedhiaf, D Cherifa, and B Hadj, High Temp. Mater. Process. 38 (2019) 237.
  14. P Wei, J Liang, Q Liu, L Xie, X Tong, Y Ren, T Li, Y Luo, N Li, B Tang, A M Asiri, M S Hamdy, Q Kong, Z Wang, and X Sun, Colloid Interface Sci. 615 (2022) 636.
  15. A V Koroleva, A S Ilin, V M Smirnova, N Martyshov, V B Platonov, M N Rumyantseva, A P Forsh, P K Kashkarov, and K Kashkarov, ChemistrySelect (2023).
  16. G A Babu, G Ravi, T Mahalingam, M Navaneethan, M Arivanandhan, and Y Hayakawa, Phys. Chem. C 118 (2014).
  17. C Schuschke, L Fusek, V Uvarov, M Vorokhta, B Šmíd, V Johánek, Y Lykhach, J Libuda, J Mysliveček, and O Brummel, Catal. React. Interfaces (2021).
  18. Z Wang, H Liu, R Ge, R Xiang, J Ren, D Yang, L Zhang, and X Sun, ACS Catal. 8, Issue 3 (2018).
  19. J X Flores-Lasluisa, J Quílez-Bermejo, A C Ramírez-Pérez, F Huerta, D Cazorla-Amorós, and E Morallón, Materials 12 (2019) 1302.
  20. M Zahan and J Podder, Biointerface Res. Appl. Chem. 12 (2022) 6321.
  21. R Venkatesha, C Ravi Dhasa, R Sivakumar, T Dhandayuthapani, B Subramanian, C Sanjeeviraja, and A M Ezhil Raje, Solid State Ionics 334 (2019) 5.
  22. Z Bencharef, A Chalaa, R Messemeche, and Y Benkhetta, Main Group Chem. 21 (2022) 329.
  23. J H Richter, Digital Comprehensive Summaries of Uppsala Faculty of Science and Technology 228 (1969).
  24. A Abdelkrim, S Rahmane, O Abdelouahab, A Hafida, and N Kabila, Phys. B (2016).
  25. C Dalache, H Benhebal, B Benrabah, A Ammari, A Kharroubi, and A Lakhal, Rev. Lett. 26 (2019) 1.
  26. M Shkir, Alloys Compd. 967 (2023) 171637.
  27. I B Kherkhachi, A Attaf, H Saidi, A Bouhdjar, H Bendjdidi, Y Benkhetta, R Azizi, and M S Aida, Optik 127 (2016) 2266.
  28. A Derbali, H Saidi, A Attaf, H Benamra, A Bouhdjer, N Attaf, H Ezzaouia, L Derbali, and M S Aida, Semicond. 39 (2018) 093001.
  29. R D Prabu, S Valanarasu, V Ganesh, M Shkir, S AlFaify, and A Kathalingam, Interface Anal. 50 (2018) 346.
  30. R C Ambare, S R Bharadwaj, and B J Lokhande, Appl. Phys. 14 (2014) 1582.
  31. A Lakehal, B Benrabah, A Bouaza, C Dalache, and B Hadj, J. Phys. (2018).
  32. V V Petrov, V V Sysoev, I O Ignatieva, I A Gulyaeva, M G Volkova, A P Ivanishcheva, S A Khubezhov, Y N Varzarev, and E M Bayan, Sensors 23 (2023) 5617.
  33. M Manickam, V Ponnuswamy, C Sankar, R Suresh, R Mariappan, A Chandra, and J Chandrasekaran, Mater. Sci. Mater. Electron. 28 (2017) 18951.
  34. M Zahan and J Podder, Biointerface Res. Appl. Chem. 12 (2022) 6321
  35. I Azhar, H Sahar, and I Maki, Int. Conf. TMREES17, Beirut, Lebanon (2017).

XML
اصل مقاله 554.56 K
فایل‌های تکمیلی/اضافی
17-Belhamra-eddited.pdf

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما

تحت نظارت وف بومی