دراسة الخصائص التركيبية والبصرية لأغشية أكسيد النحاس الرقيقة الممزوجة بأكسيد اللانثانيوم المترسبة باستخدام الترسيب بالليزر النبضي لتطبيقات الأجهزة الالكتروبصرية وأجهزة استشعار الغاز المستقبلية
DOI:
https://doi.org/10.54153/sjpas.2025.v7i2.1123الكلمات المفتاحية:
أكسيد النحاس، العناصر الأرضية النادرة، PLD، La2O3، الإلكترونيات البصرية، مستشعر الغازالملخص
يُظهر مزيج طلاءات أكأسيد المعادن الرقيقة مع العناصر الأرضية النادرة إمكانات كبيرة لتحسين الخصائص التركيبية والبصرية في تطوير الأجهزة البصرية الإلكترونية وأجهزة استشعار الغاز. بحثت هذه الدراسة في تأثير مزج نسب وزنية متباينة لأكسيد اللانثانيوم (La₂O₃) على الخصائص التركيبية والطوبوغرافية والتركيب المايكروي والانتقال الإلكتروني لأغشية أكسيد النحاس الرقيقة (CuO). تم فحص خصائص الأغشية المطورة عبر الترسيب بالليزر النبضي باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD) وتقنية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) ومجهر القوى الذرية (AFM) والمجهر الالكتروني الماسح ذو المجال الانبعاثي (FE-SEM) والتآلق الضوئي (PL) وتقنية الأشعة فوق البنفسجية المرئية. وفقًا لحليل النتائج التركيبية، كان تبلور غشاء أكسيد النحاس متعدد البلورات مع ذروة مهيمنة نحو ذروة الحيود (111). انخفضت شدة الذروة السائدة مع زيادة محتوى أكسيد اللانثانيوم، وانخفض الحجم البلوري من 19 إلى 17.4 نانومتر. أكد التحليل الأولي للعناصر وجود عناصرالاوكسجين والنحاس واللانثانيوم وعدم وجود ذروات انبعاث EDX أخرى تتوافق مع عناصر أو شوائب غريبة. كان لغشاء CuO المترسب توزيع حبيبات نانوية واسع، بمتوسط حجم حبيبات 100 نانومتر ومتوسط جذر تربيعي لمعدل الخشونة 3.7 نانومتر. في المقابل، أظهرت عينات La₂O₃ الممزوجة مع CuO انخفاضًا في متوسط حجم الحبيبات وزيادة ومتوسط الجذر التربيعي لمعدل الخشونة إلى 4.9 نانومتر لأكبر نسبة خلط من La₂O₃. أكد التحليل البصري انخفاض في طيف امتصاص CuO وتحول أزرق في حافة الامتصاص مع زيادة نسبة خلط La₂O₃، مما رفع مقدار فجوة الطاقة البصرية من 2.25 إلكترون فولت إلى 2.85 إلكترون فولت. تشير النتائج إلى أن خلط La₂O₃ يعدل بشكل كبير الخصائص البنيوية والبصرية لأغشية CuO الرقيقة، مما يجعل الأغشية المطورة مرشحة مناسبة لاستشعار الغاز والتطبيقات البصرية الإلكترونية..
المراجع
1. Rzaij, J. M., & Habubi, N. F. (2022). Enhancing the CO2 sensor response of nickel oxide-doped tin dioxide thin films synthesized by SILAR method. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 33(15), 11851–11863. https://doi.org/10.1007/s10854-022-08148-2
2. Salih, E. Y., Ali Bashir, M. B., Rajpar, A. H., & Badruddin, I. A. (2022). Fabrication and characterization of porous Si/CuO film for visible light MSM photodetector: The effect of post-processing temperature. Ceramics International, 48(7), 9965–9972. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.12.203
3. Alfaro Cruz, M. R., Sanchez-Martinez, D., & Torres-Martínez, L. M. (2020). CuO thin films deposited by DC sputtering and their photocatalytic performance under simulated sunlight. Materials Research Bulletin, 122, 110678. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2019.110678
4. Al-Kuhaili, M. F. (2008). Characterization of copper oxide thin films deposited by the thermal evaporation of cuprous oxide (Cu2O). Vacuum, 82(6), 623–629. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2007.10.004
5. Mahana, D., Mauraya, A. K., Singh, P., & Muthusamy, S. K. (2023). Evolution of CuO thin films through thermal oxidation of Cu films prepared by physical vapour deposition techniques. Solid State Communications, 366–367, 115152. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2023.115152
6. Zhong, Y., Dou, Z., Wang, R.-F., Lv, Y.-F., Han, S., Yan, H., … Xue, Q.-K. (2021). Real-space characterization of tetragonal CuO epitaxial films. Applied Physics Letters, 119(17), 172602. https://doi.org/10.1063/5.0069356
7. Welegergs, G. G., Mehabaw, Z. ., Gebretinsae, H. G., Tsegay, M. G., Kotsedi, L., Khumalo, Z., … Maaza, M. (2023). Electrodeposition of nanostructured copper oxide (CuO) coatings as spectrally solar selective absorber: Structural, optical and electrical properties. Infrared Physics & Technology, 133, 104820. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2023.104820
8. Panda, R., Patel, M., Thomas, J., & Joshi, H. C. (2022). Pulsed laser deposited Cu2O/CuO films as efficient photocatalyst. Thin Solid Films, 744, 139080. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2022.139080
9. Hassen, M. J., Seno, N. I., Alalousi, M. A., & Rzaij, J. M. (2024). Effect of copper content on the structural properties of the CuxCo1-XFe2O4 Nanostructured Spinel Ferrite Based on Williamson-Hall Analysis Maram. Samarra Journal of Pure and Applied Science www.sjpas.com, 4(6), 208–218. https://doi.org/10.54153/sjpas.2024.v6i4.950 Article
10. Singh, R. S., Patidar, R. D., Singh, A. K., Deshmukh, K., Thakur, K., & Gautam, A. (2023). Simple Thermal Annealing‐Assisted Direct Synthesis and Optical Property Study of CuO Nanoparticles Incorporated Polyvinyl Alcohol Films. physica status solidi (a), 220(17), 2300328. https://doi.org/10.1002/pssa.202300328
11. Sayyed, S. G., Shaikh, A. V., Shinde, U. P., Hiremath, P., & Naik, N. (2023). Copper oxide-based high-performance symmetric flexible supercapacitor: potentiodynamic deposition. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 34(17), 1361. https://doi.org/10.1007/s10854-023-10738-7
12. Yang, Y., Gao, L., Han, Y., Gao, Q., Lan, R., & Shen, Y. (2024). Passively Q-switched Tm:YAP laser based on WSe2/CuO heterojunction saturable absorber. Applied Physics B, 130(10), 171. https://doi.org/10.1007/s00340-024-08311-z
13. Mohammed Enad, A., & Rzaij, J. M. (2024). Synthesis of CuO Thin Film Incorporated with Nanostructured Nd 2 O 3 Deposited by Pulsed Laser Deposition for Ammonia Sensing Applications. Nano. https://doi.org/10.1142/S1793292024501133
14. Rzaij, J. M. (2023). A novel room-temperature nitrogen dioxide gas sensor based on silver-doped cerium oxide thin film. Sensors and Actuators A: Physical, 363, 114748. https://doi.org/10.1016/j.sna.2023.114748
15. Chen, X., Ren, F., Gu, S., & Ye, J. (2019). Review of gallium-oxide-based solar-blind ultraviolet photodetectors. Photonics Research, 7(4), 381. https://doi.org/10.1364/PRJ.7.000381
16. Enad, A. M., & Rzaij, J. M. (2024). Investigate the structural , morphological , and topographical characteristics of CuO thin films utilizing a pulsed laser deposition method. Journal of Theoretical and Applied Physics, 18(AICIS’23), 1–8. https://doi.org/10.57647/j.jtap.2024.si-AICIS23.03
17. Klimov, V. I. (2007). Spectral and Dynamical Properties of Multiexcitons in Semiconductor Nanocrystals. Annual Review of Physical Chemistry, 58(1), 635–673. https://doi.org/10.1146/annurev.physchem.58.032806.104537
18. Tawfeeq, H. A., & Rzaij, J. M. (2024). The effect of Nb2O5 and pdo nanostructures coating on the structural and morphological properties of CdO thin films. In 4TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON PURE SCIENCES: ICPS2023 (p. 050011). Baghdad, Iraq. https://doi.org/10.1063/5.0196260
19. Tejani, J., Shah, R., Vaghela, H., Vajapara, S., & Pathan, A. (2020). Controlled Synthesis and Characterization of Lanthanum Nanorods. International Journal of Thin Films Science and Technology, 9(2), 119–125. https://doi.org/10.18576/ijtfst/090205
20. Shawki, O. S., & Rzaij, J. M. (2023). Effect of Fe2O3 upper layer on structural, morphological, and photoluminescence characteristics of TiO2 thin film prepared by chemical spray pyrolysis. In 1st Diyala International Conference for Pure and Applied Science (ICPAS2021) (p. 020009). Iraq: AIP Conference Proceedings. https://doi.org/10.1063/5.0112172
21. Ramadhan, A. A., Hameed, M. M., Salman, M. O., & Nasir, E. M. (2024). Enhanced Gas Sensing Performance of Plasma-Treated Tin-Zinc–Oxide Thin Films Deposited by Spray Pyrolysis. Iraqi Journal of Applied Physics, 20(3), 485–492.
22. Dathan, M. J., Hassan, B. F., Abduljabbarb, Q. A., & Rzaij, J. M. (2023). Nickel oxide doping impact on the NO2 sensing properties of nanostructured zinc oxide deposited by spray pyrolysis. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 18(4), 1159–1167. https://doi.org/10.15251/DJNB.2023.184.1159
23. Farhad, S. F. U., Webster, R. F., & Cherns, D. (2018). Electron microscopy and diffraction studies of pulsed laser deposited cuprous oxide thin films grown at low substrate temperatures. Materialia, 3, 230–238. https://doi.org/10.1016/j.mtla.2018.08.032
24. Anitha, M., Anitha, N., Saravanakumar, K., Kulandaisamy, I., & Amalraj, L. (2018). Effect of Zn doping on structural, morphological, optical and electrical properties of nebulized spray-deposited CdO thin films. Applied Physics A: Materials Science and Processing, 124(8), 0. https://doi.org/10.1007/s00339-018-1993-7
25. Gnanasekar, T., Valanarasu, S., Ubaidullah, M., Alam, M., Nafady, A., Mohanraj, P., … Pandit, B. (2022). Fabrication of Er, Tb doped CuO thin films using nebulizer spray pyrolysis technique for photosensing applications. Optical Materials, 123, 111954. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111954
26. Abdo, S. K., & Rzaij, J. M. (2021). Copper Molarity Effect on the Optical Properties of Cu2CdSnS4 Quaternary Thin Films. Iraqi Journal of Science, 62(5), 1513–1523. https://doi.org/10.24996/ijs.2021.62.5.15
27. Modhi, M. K., & Rzaij, J. M. (2023). Synthesis and characterization study of CuO thin film and CuO-CeO2 nanostructured composite using chemical spray pyrolysis. In AL-KADHUM 2ND INTERNATIONAL CONFERENCE ON MODERN APPLICATIONS OF INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY (p. 030066). Baghdad, Iraq: AIP Conference Proceedings. https://doi.org/10.1063/5.0120468
28. Basith, N. M., Vijaya, J. J., Kennedy, L. J., & Bououdina, M. (2014). Structural, morphological, optical, and magnetic properties of Ni-doped CuO nanostructures prepared by a rapid microwave combustion method. Materials Science in Semiconductor Processing, 17, 110–118. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2013.09.013
29. Ong, C. H., & Gong, H. (2003). Effects of aluminum on the properties of p-type Cu–Al–O transparent oxide semiconductor prepared by reactive co-sputtering. Thin Solid Films, 445(2), 299–303. https://doi.org/10.1016/S0040-6090(03)01175-1
التنزيلات
منشور
إصدار
القسم
الرخصة
هذا العمل مرخص بموجب Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Copyright Notice
Authors retain copyright and grant the SJPAS journal right of first publication, with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in Samarra Journal of Pure and Applied Science.
The Samarra Journal of Pure and Applied Science permits and encourages authors to archive Pre-print and Post-print items submitted to the journal on personal websites or institutional repositories per the author's choice while providing bibliographic details that credit their submission, and publication in this journal. This includes the archiving of a submitted version, an accepted version, or a published version without any Risks.
