Modification of Morphological, Structural and Optical Properties of CBD-Based Growth of PbS Films on Glass Substrates by Addition of Saccharin

Abstract

Saccharin which so-called as benzoic sulfimide is an artificial sweetener. In this paper, nanostructured lead sulfide (PbS) thin films were produced in the presence of additive known as saccharin via chemical bath deposition (CBD). Effect of the saccharin content on the morphological, optical and structural properties of the films has been investigated. Lead sulfide (PbS) films that included additive were prepared at five different concentrations of saccharin (from 0 to 5%). The fabricated samples were characterized by surface roughness, scanning electron microscopy (SEM), X-Ray diffraction and UV-vis spectroscopy. It was found that the presence of saccharin highly affected the optical and structural properties of PbS thin films. According to the X-Ray diffraction results, crystallite size values of the films decreased from 12.88 to 5.25 nm with increasing of saccharin content. UV-vis measurements showed that both the band gap and transmission properties of the films increased as a result of increasing saccharin concentration. Further, Surface roughness measurements exhibited that average surface roughness was diminished with increasing saccharin content. As a result, it has been found that the presence of saccharin in growth solution played a significant mission in adjusting the main physical properties of the samples. Sakarin İlavesiyle Cam Altlıklar Üzerine CBD ile Büyütülen PbS Filmlerin Morfolojik, Yapısal ve Optik Özelliklerinin Modifikasyonu Anahtar KelimelerYüzey pürüzlülüğü, Kurşun sülfür, Sakarin, Kimyasal banyo depolama Özet: Benzoik sülfimid olarak da bilinen sakarin yapay bir tatlandırıcıdır. Bu makalede, nanoboyutlu kurşun sülfür (PbS) ince filmler sakarin olarak bilinen katkı maddesi varlığında kimyasal banyo depolama (CBD) ile üretilmiştir. Sakkarin miktarının filmlerin morfolojik, optik ve yapısal özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Katkı maddesi içeren kurşun sülfür (PbS) filmler sakarinin beş farklı konsantrasyonunda (%0 dan %5'e) hazırlanmıştır. Üretilen numuneler yüzey pürüzlülüğü metodu, taramalı elektron mikroskopisi (SEM), X-Işını kırınımı ve UVvis spektroskopisi ile karakterize edilmiştir. Sakarin varlığının PbS ince filmlerin optik ve yapısal özelliklerini oldukça etkilediği bulunmuştur. X-Işını kırınımı sonuçlarına göre, filmlerin kristal boyutu değerleri sakarin içeriğinin artmasıyla 12.88 nm'den 5.25 nm'ye düşmüştür. UV-vis ölçümleri artan sakarin konsantrasyonunun bir sonucu olarak hem filmlerin bant aralığının hem de geçirgenlik özelliklerinin arttığını göstermiştir. Ayrıca, yüzey pürüzlülüğü ölçümleri sakarin miktarının artmasıyla ortalama yüzey pürüzlülüğünün azaldığını göstermiştir. Sonuç olarak, büyütme çözeltisinde sakarin varlığının numunelerin temel fiziksel özelliklerini ayarlamada önemli bir görev üstlendiği tespit edilmiştir.

Farklı Oranlarda Sürfaktan İçeren PbS İnce Filmlerin Fiziksel Özelliklerinin İncelenmesi

“…Metal-kalkojenit ince filmlerin üretiminde kullanılan deney koşullarının ince filmlerin kristal büyüklükleri üzerinde önemli rol oynadığı ve farklı sürfaktanların nanoparçacıkların büyüklüğünü değiştirebildiği bilinmektedir. Büyüme çözeltisindeki kokamid dietanolamin varlığı çekirdeklenme sürecini etkileyerek daha küçük kristallerin oluşumuna yol açmış olabilir [1, 19,20]. Ayrıca, artan sürfaktan katkısıyla numunelerin mikrogerilme ve dislokasyon yoğunluğu değerleri artmaktadır.…”

“…Piklerdeki genişleme kristal büyüklüklerindeki azalma ile ilişkilendirilebilir. Kristal büyüklüklerinin azalması tane sınırında bir artışa neden olabilir ve bunun sonucunda yapıdaki mikrogerilme ve dislokasyon yoğunluğu artabilir [1, 19,21].…”