26555

بررسي پايداري الكتريكي و اپتيكي نانوميله هاي اكسيد روي به كمك گرافن جهت كاربرد در آشكارسازهاي نوري فلز- نيمه رسانا- فلز

كارشناسي ارشد

فيزيك

1398

1400/12/9

دكتر محمد رضا زماني ميميان - دكتر نيما نادري

فيزيك

در مطالعه حاضر، پايداري نوري نانوساختارهاي اكسيد روي در دماهاي مختلف محيط با استفاده از انتقال ورقه‌هاي گرافن بهبود يافت. ناپايداري نوري نانوساختارهاي اكسيد روي بيشتر به دليل افزايش سطح و جذب/ واجذب مولكول‌هاي اكسيژن است. اين پايانه¬ها تحت تاثير تغييرات دماي محيط قرار دارند و اين امر مي¬تواند منجر به ايجاد تغيير در ويژگي¬هاي نوري نانوساختارهاي اكسيد روي شود. براي حل اين مشكل، يك لايه نازك از اكسيد گرافن كاهش يافته (rGO) با استفاده از روش رسوب الكتروفورتيك (EPD) روي سطح نانوميله¬هاي اكسيد روي (ZnO NRs) قرار گرفت. بررسي‌هاي مورفولوژيكي نمونه‌ها نشان داد كه زيرلايه ZnO NRs كاملا توسط rGO پوشيده شده است. براي بررسي تاثير rGO بر پايداري نوري ZnO NRs، طيف فوتولومينسانس (PL) نمونه¬ي ZnO NRs در دماهاي مختلف، قبل و بعد از رسوب rGO اندازه‌گيري شد. قبل از انتقال ورقه‌هاي گرافن، از شدت پيك‌هاي PL در حدود 42% (در دماي K 360) كاسته شد. كاهش شدت پيك PL براي نمونه rGO/ZnO NRs به دليل جذب جزئي فوتون‌هاي ساطع شده در لايه‌هاي گرافن، در حدود 12% (در دماي K 360) بود كه اين موضوع نشان مي¬دهد حضور گرافن روي نانوساختارهاي اكسيد روي، وابستگي به دماي طيف PL را در دماهاي بالا كاهش داد. بنابراين، گرافن را مي¬توان به عنوان يك لايه شفاف براي بهبود پايداري نوري نانوساختارهاي اكسيد روي و در عين حال حفظ خواص ساختاري آن فرض كرد. براي بررسي خواص الكتريكي، حسگرهاي UV فلز- نيمه¬رسانا- فلز مبتني بر ZnO NRs قبل و بعد از انتقال rGO ساخته شدند. ويژگي¬هاي نوري هر دو افزاره با ثبت نمودارهاي جريان- ولتاژ تحت تابش فرابنفش در دماهاي مختلف اندازه گيري شد. نتايج نشان داد كه جريان نوري نمونه¬ي ZnO NRs در دماهاي بالا به دليل وجود بينابيني‌ها و جاهاي خالي اكسيژن كاهش مي‌يابد. با اين حال، پس از انتقال لايه گرافني، سرعت اين فروپاشي در دماهاي بالا به حداقل رسيد و پايداري نوري نانوساختارهاي اكسيد روي بهبود يافت.

1401/02/26

Effect of graphene on optical and electrical stability of zinc oxide nanorodes for use in metal- semiconductor- metal photodetectors

2/28/2023 12:00:00 AM

In the present study, the optical stability of ZnO nanostructures was improved at different ambient temperatures through the deposition of graphene flakes. The optical instability of ZnO nanostructures is mostly due to the elevated surface area and adsorption/desorption of oxygen molecules. These terminations are influenced by variation in ambient temperature which can alter the optical characteristics of ZnO nanostructures. To solve this problem, a thin layer of reduced graphene oxide (rGO) was deposited on the surface of ZnO nanorods (NR) using an electrophoretic deposition technique. The morphological studies of the samples revealed that ZnO NRs substrate was completely covered by rGO. For investigating the influence of rGO on optical stability of ZnO nanorods, the photoluminescence (PL) spectra of ZnO NRs were measured at different temperatures before and after deposition of rGO. Before transferring graphene sheets, the intensity of PL peaks was reduced by 42% (at 360 K). However, decay (~12%) was observed in the PL spectrum of the rGO/ZnO NRs (at 360 K) due to the slight absorption of emitted photons in the graphene layers. The presence of graphene on ZnO nanostructures reduced the temperature dependence of the PL spectrum at elevated temperatures. Therefore, graphene can be assumed as a transparent layer to improve the optical stability of ZnO nanostructures while preserving its structural properties. To investigate the electrical properties, metal-semiconductor-metal UV sensors were developed based on ZnO NRs before and after deposition of graphene. The optoelectrical characteristics of both devices were measured by recording the current-voltage plots under ultraviolet radiation at different temperatures. The results showed that the photocurrent of the bare ZnO NRs was diminished at elevated temperatures due to the presence of oxygen interstitials and vacancies. However, after deposition of the graphene layer, the rate of this decay was minimized at elevated temperatures, improving the optoelectrical stability of ZnO nanostructures.

گرافن , نانوساختارهاي اكسيد روي , آشكارسازهاي نوري , لايه ي تثبيت كننده , رسوب الكتروفورتيك

Graphene , Zinc oxide nanostructures , Photodetectors , Stabilizing layer , Electrophoretic deposition

Zahra Saberi

Mohammad-Reza Zamani Meymian - Nima Naderi