Материалдарды шектеусіз жүктеңіз ҚМЖ, ашық сабақтар, презентациялар, көрнекіліктер, дидактикалық материалдар, авторлық бағдарламалар және тағы басқа 400 000-астам материалды шексіз жүктеп алғыңыз келе ме?

Толығырақ

Тақырып бойынша 11 материал табылды

Мырыш оксиді негізіндегі жұқа пленкалар мен құрылғылардың қасиеттері мен қолданылу салалары

Материал туралы қысқаша түсінік

Материал ғылыми бағытта жұмыс жасайтын студенттер мен оқушыларға қажет.

Материалдың қысқаша нұсқасы

ӘОЖ66-9

МЫРЫШ ОКСИДІ НЕГІЗІНДЕГІ ЖҰҚА ПЛЕНКАЛАР МЕН ҚҰРЫЛҒЫЛАРДЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ МЕН ҚОЛДАНЫЛУ САЛАЛАРЫ

Ізтай Ботакөз Болатбекқызы

Қазақ ұлттық қыздар педагогикалық университеті, Жаратылыстану факультеті, «5В011200-Химия» мамандығының IV курс студенті

Аңдатпа. Мырыш оксиді электроникада, биомедицина мен сенсорикада түрлі мақсаттарда қолдауға арналған материал. 25 мэВ галлий нитридімен салыстырғанда бөлме температурасында 60 мВ үлкен экситоникалық байланыстыру энергиясы, III-V қосылысы ZnO-ны ультракүлгін спектрлік аймақта эффективті жарық шығарғыш, сондай-ақ оптоэлектрондықолдануүшінтиімді етеді. ZnO-ны жоғары өткізгіштігі мен мөлдірлігі оны жұқа қабатты транзисторлар және мөлдір өткізгіш оксидтер сияқты құрылғылар үшін маңызды етеді. Бұл жұмыста ZnO-ны әртүрлі қосымшалар үшін тиімді ететін оптоэлектрондық, электрондық және басқа да қасиеттері туралы айтылады. ZnO негізіндегі жұқа қабықшаның және оның құрылғыларының әр түрлі зерттеу топтарымен сипатталған қолданылу аймақтары анықталды, мысалыжарықшығаратындиодтар, ультрафиолет сенсорлары, биосенсорлар, фотодетекторлар. Кілттік сөздер: мырыш оксиді, жұқа пленка, биосенсор, фотоқабылдағыш, газ сенсоры, лазер, оптикалық қасиет. Keywords:zinc oxide, thin film, biosensor, photodetector, gas sensor, laser, optical property.

Күнделікті өмірдің жартылай өткізгіш өнеркәсібі өнімдерінен тәуелділігі осы саланың өсуіне әкелді. Прогресс жоғары жылдамдықпен, иілгіштікпен, жақсы өнімділікпен және төмен бағамен кішкентай құрылғыларды әзірлеуді талап етеді. Бұл сұраныс жартылай өткізгіш өнеркәсібінің талаптарына сәйкес келетін жаңа технологиялар мен материалдарды әзірлеуге мүмкіндік берді. Өнімдер өте ұсақ бөлшектерден тұратын және ерекше қасиеттерін көрсететін нанотехнологиялар зерттеудің ең заманауи және белсенді бағыттарының бірі болып табылады. Алынған материал жаңа механикалық, химиялық, оптикалық және электрлік қасиеттерді нанометрлік ауқымға дейін азайтып көрсетеді,бұл кванттық әсерлердің нәтижесі болып табылады[1]. Жұмыстың мақсаты:мырыш оксиді негізіндегі жұқа пленкалар мен құрылғылардың қасиеттеріне тоқталу және олардың қолданылу салаларын қарастыру. Жұқа пленка физикалық немесе химиялық процестің нәтижесінде булардың, иондардың немесе молекулалардың бақыланатын конденсациясы жолымен салмақ түсетін материалға жағылған материалдың өте жұқа қабаты ретінде анықталады. Бұл технология жұқа пленкалы технология ретінде белгілі. Жұқа пленкалар материал негізінде әртүрлі санаттарға жіктелуі мүмкін: мысалы, металл, диэлектрлік, органикалық немесе жартылай өткізгіш пленкалар. Материал монокристалды, поликристалды немесе аморфты түрде болуы мүмкін. Жұқа пленкалардың қасиеттері олардың көлемді пішінінен толық ерекшеленеді. Сонымен қатар, жұқа пленкалардың қасиеттері легирлеу, қалыңдығын өзгерту немесе бетті өңдеу сияқты әртүрлі әдістермен модуляциялануы мүмкін. Көп қабатты жұқа пленкалар мүлдем белгісіз қасиеттерді көрсете алады. Жұқа пленкалы технология шикізатты тиімді пайдалануға мүмкіндік береді[2]. Жұқа пленкалы техниканың прогрессивті дамуы оны оптика, электроника, авиациялық, қорғаныс, ғарыш және басқа да өнеркәсіп салаларында кеңінен қолдануға әкелді. Жұқа пленкалы технология механикалық, химиялық, термиялық, электрлік, магниттік, электрондық, химиялық, оптикалық және оптоэлектронды салаларда қолданылады. Жұқа пленкалы технологияны қолданудың негізгі салалары бірінші кезекте оптикалық жабындар мен жартылай өткізгіштік жұқа пленкалы құрылғыларды қамтиды. Жұқа пленкалы технологияны қолданудың әртүрлі салалары 1-кестеде көрсетілген.

1-кесте. Жұқа пленка технологиясын қолдану

Категория	Типтік қолданылуы
Өңдеу	Тозуды, коррозияны және эрозияны төмендетуге арналған үйкеліс коэффициенті төмен қорғаныс қабаттары мен жабындар; Жоғары температуралы коррозия; беттік пассивация; сәндік жабындар; каталитикалық жабындар
Оптоэлектроника	Фотоқабылдағыштар; сұйық кристалды дисплей; оптикалық есте сақтау құрылғылары; сәулеленудің ынталандырылған сәулеленуімен жарықты күшейту
Оптика	Интеграцияланған оптика; антирефлексті және жоғары шағылыстырғыш жабындар (лазерлік айналар, интерференциялық сүзгілер, айналар); Жарық бөлгіш; жұқа пленкалы поляризатор
Электроника	Белсенді жұқа пленкалы элементтер (диодтар, транзисторлар); пассивті жұқа пленкалы элементтер (қосылымдар, резисторлар, конденсаторлар); зарядтау байланысы бар құрылғы; өте ірі масштабты интегралды схемалар
Криотехника	Аса өткізгіш кванттық интерференциялық құрылғылар; аса өткізгіш жұқа пленкалар; ауыстырып қосқыштар; есте сақтау құрылғылары
Сенсор	Газ сенсоры, биосенсорлар.

Нанотехнологиялар мен жұқа пленкаларды тұндыру әдістерінің дамуымен соңғы жылдары фотоэлектрлік құрылғыларды, батареяларды, датчиктерді, ақпаратты сақтау жүйелерін, жарықтандыруды әзірлеуге айтарлықтай қызығушылық туындады. Кремний, галлий арсениді және оксиді негізіндегі жартылай өткізгіштер (ZnO қоса алғанда) сияқты әртүрлі материалдар іргелі және қолданбалы зерттеулер үшін елеулі орын алады. Алайда, ZnO-ға ғылыми қызығушылық оның тамаша оптикалық, электрлік, магниттік, каталитикалық және газ сезімтал қасиеттеріне байланысты артады, ол әсіресе наноэлектрондық, оптоэлектрондық, нанофотондық құрылғылар үшін. Үлкен монокристалды ZnO болған кезде өте аз ақаулары бар эпитаксиалды пленкалар алынуы мүмкін, бұл өте жоғары тиімді электрондық және оптоэлектронды құрылғыларды жасауға мүмкіндік береді. ZnO наноқұрылымдарын өңдеу температурасы өте төмен. Сондықтан, шыны және пластик сияқты арзан төсеніштер ZnO негізінде құрылғыларды жасау үшін пайдаланылуы мүмкін[3]. Оптоэлектрондық қолдануға арналғанжартылай өткізгіш материалдар. Жартылай өткізгіш материалдарды екі санатқа бөлуге болады: тар жолақты және кең жолақты материалдар. Оларды әрі қарай жанама және тікелей деп жіктеуге болады. Тікелей өткізу жолағы бар тар жолақты материалдар көзге көрінетін (инфрақызыл) аймақтағы оптоэлектрондық құрылғылар үшін, ал кең және тікелей жолақты жиіліктегі материалдар ультракүлгін (көк) аймақтағы оптоэлектрондық құрылғылар үшін қажет. Cu өзінің ерекше материалдық қасиеттері мен дәстүрлі өңдеумен үйлесімділігі арқасында жартылай өткізгіштік салада басым болатыны белгілі. Алайда, Cu жанама өткізу қабілеті оны оптоэлектрондық құрылғыларда қолдануды айтарлықтай шектейді. Ультракүлгін спектрлі диапазондағы оптоэлектрондық құрылғылар астрономия, медицина, денсаулық сақтау, әскери қызмет және коммерциялық салаларда қолдануға өте қажет. Мырыш оксидінің қасиеттері. Электрондық және оптоэлектронды құрылғылар үшін ZnO-ның кейбір физикалық қасиеттері 2-кестеде көрсетілген.

2-кесте. Мырыш оксидінің негізгі қасиеттері

Параметрлер	Өлшемі
Тыйым салынған аймақтың ені	3.4 эВ
Тығыздық	5.606 г см^-3
Кристалдық құрылым	Вюрцит, тас тұзы және мырыш
300К кезінде тұрақты фаза	Вюрцит
Сипаты	Аморфты ақ немесе сарғыш ақ ұнтақ
Балқу температурасы	1975°C
Иісі	Иіссіз
Оксидтің табиғаты	Амфотерлі оксид
300К кезіндегі тұрақты торлар	а0: 0,32495 Нм
300К кезіндегі тұрақты торлар	c0: 0,52069 Нм
Салыстырмалы диэлектрлік өткізгіштігі	8.66
Сыну көрсеткіші	2.0041
Суда ерігіштігі	0,16 мг 100 мл^–1
Тасымалдаушының ішкі концентрациясы	10¹⁶-10²⁰ см^-3
Сынама кернеу	5.0 × 10⁶ см^-1
Электронның эффективті массасы	0.24 m₀
Экситондардың байланыс энергиясы	60 меВ
Ионизация	62%

Оптикалық қасиеттері.Оптикалық сәулелендіру құрылғыларында пайдаланылатын материалдар үшін олардың тікелей өткізу жолағы және жоғары экситондық энергиясы болуы тиіс. ZnO-бұл жоғары сыну көрсеткіші бар түзу және кең жолақты жартылай өткізгіш. Оның өткізу жолағы бөлме температурасында 3,4 эВ-ға жуық. Төменгі энергетикалық күйлердің ішкі ақауларына байланысты күлгін, көк және жасыл жарық сәулелері де байқалды. Осылайша, ZnO люминофорды қолдану үшін тиімді материал[4]. Мырыш оксидінің қолданылуы. Мөлдір өткізгіш оксидтер.Мөлдір өткізгіш оксидтер жарықдиодтары және органикалық жарық диодтары сияқты оптикалық және электрондық құрылғыларда электрод ретінде кеңінен қолданылады. ZnO қол жетімді, арзанжәне көрінетін аймақта өте жақсы мөлдірлік пен жақсы өткізгіштікке ие. Жақсы өткізгіштігі бар жоғары кристалды мөлдір пленка ZnO төмен температураларда оңай өңделеді, бұл оны пластикалық және шыны төсеніштермен үйлесімді етеді. Газ сенсоры. Газ сенсорлары қоршаған ортаның ластануын бақылау, өртті анықтау, шахталар мен басқа да өнеркәсіп салаларында зиянды газдардың ағып кетуін анықтау үшін қолданылады. Жартылай өткізгіш оксидті газ сенсорларын дайындау оңай, құны төмен, ал олардың беттері адсорбцияланған газдарға жақсы сезімтал. ZnO физикалық және химиялық тұрақты болғандықтан жұқа пленкалы газ сенсоры үшін жақсы таңдау. Лазер. Қысқа толқынды жартылай өткізгіш лазерлік диодтар үшін кең жолақты материалдар өте қолайлы. Қазіргі уақытта көк және ультракүлгін лазерлер GaN материалдарына негізделген. Оптикалық айдау кезінде ZnO жұқа пленканың беті мен шетінен ынталандырылған сәулелену байқалады. Сондықтан ZnO негізіндегі лазерлер төменгі шекті мәнге ие. Биосенсорлар. Биосенсор дегеніміз - биологиялық реакцияны анықтайтын және оны баламалы электр сигналына айналдыратын түрлендіргіш. Биосенсорлар денсаулық сақтау және тамақ өнеркәсібіндехимиялық және биологиялық талдау үшін қолданылады. Олар сонымен қатар клиникалық талдау және экологиялық мониторинг үшін де қолданылады. Биосенсор ретіндегі ZnO наноқұрылымдарын сутегі асқын тотығы, несепнәр, ақуыз, глюкоза, ДНҚ, фенол, холестерин сияқты түрлерді анықтау үшін пайдалануға болады. Фотоқабылдағыш. Фотоқабылдағыш-электромагниттік толқындарды қабылдайтын құрылғы. Ол оптикалық сигналды баламалы электр сигналына түрлендіреді. Егер оған жартылай өткізгіштің тыйым салынған аймағына үлкен немесе тең энергиясы бар жарық толқыны құлайтын болса, онда электронды жұптар түзіледі. Зарядтардың жұптары тиісті электр өрісінің әсерінен анодқа және катодқа дрейфтенеді, бұл токтың пайда болуына әкеледі. Бұл ток фототок деп аталады және ол жартылай өткізгішке түсетін жарық қарқындылығына пропорционалды. Фотоқабылдағыштарды фотоөткізгіштер мен фотодиодтар ретінде жіктеуге болады[5]. Қорыта келгенде, мырыш оксиді негізіндегі жұқа пленкалардың қасиеттері мен қолданылу салалары қарастырылды.

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ:

H. Morkoç and U. Özgür, “Zinc Oxide – Fundamentals, Materials and Device Technology”, Wiley-VCH Verlag GmbH and Co KGaA, Weinheim, Germany, 2009, 477 pp
Johnson Matthey Technol. Rev., 2020, 64, (2), 202, SumitVyas, «A Short Review on Properties and Applications of Zinc Oxide Based Thin Films and Devices», Department of Electronics and Communication Engineering, Thapar Institute of Engineering and Technology, Patiala-147001, India
K. Wasa, M. Kitabatake and H. Adachi, ‘Deposition of Compound Thin Films’, in “Thin Film Materials Technology – Sputtering of Compound Materials”, Ch. 5, William Andrew Inc, Norwich, New York, USA, 2004, pp. 191–403
C. F. Klingshirn, B. K. Meyer, A. Waag, A. Hoffmann and J. Geurts, “Zinc Oxide – From Fundamental Properties Towards Novel Applications”, Springer-Verlag, Berlin, Germany, 2010, 359 pp
H. J. Choi, W. Jang, B. C. Mohanty, Y. S. Jung, A. Soon and Y. S. Cho, J. Phys. Chem. Lett., 2018, 9, (20), 5934

Резюме.Рассмотрены свойства и области применения тонких пленок на основе оксида цинка.

Abstract.Properties and applications of thin films based on zinc oxide are considered.

Жүктеу

Бөлісу

ЖИ арқылы жасау

Файл форматы:

docx

Химия Мақала Барлық сыныптар

17.02.2021

406

Жүктеу

ЖИ арқылы жасау

Бұл материалды қолданушы жариялаған. Ustaz Tilegi ақпаратты жеткізуші ғана болып табылады. Жарияланған материалдың мазмұны мен авторлық құқық толықтай автордың жауапкершілігінде. Егер материал авторлық құқықты бұзады немесе сайттан алынуы тиіс деп есептесеңіз,
шағым қалдыра аласыз

Қазақстандағы ең үлкен материалдар базасынан іздеу

Сіз үшін 400 000 ұстаздардың еңбегі мен тәжірибесін біріктіріп, ең үлкен материалдар базасын жасадық. Төменде керек материалды іздеп, жүктеп алып сабағыңызға қолдана аласыз

Материал жариялап, аттестацияға 100% жарамды сертификатты тегін алыңыз!

Ustaz tilegi журналы министірліктің тізіміне енген. Qr коды мен тіркеу номері беріледі. Материал жариялаған соң сертификат тегін бірден беріледі.

Оқу-ағарту министірлігінің ресми жауабы

Сайтқа 5 материал жариялап, тегін АЛҒЫС ХАТ алыңыз!

Қазақстан Республикасының білім беру жүйесін дамытуға қосқан жеке үлесі үшін және де Республика деңгейінде «Ustaz tilegi» Республикалық ғылыми – әдістемелік журналының желілік басылымына өз авторлық материалыңызбен бөлісіп, белсенді болғаныңыз үшін алғыс білдіреміз!

Сайтқа 25 материал жариялап, тегін ҚҰРМЕТ ГРОМАТАСЫН алыңыз!

Тәуелсіз Қазақстанның білім беру жүйесін дамытуға және білім беру сапасын арттыру мақсатында Республика деңгейінде «Ustaz tilegi» Республикалық ғылыми – әдістемелік журналының желілік басылымына өз авторлық жұмысын жариялағаны үшін марапатталасыз!