داد:
الف)رشد لايه به لايه (سازوکار وَن در مرو)1

1. Van der merwe
ب) هسته بندي سه بعدي، تشکيل، رشد و به هم پيوستن جزيره ها (سازوکارولمر- وِبِر)1
ج)جذب سطحي تک لايه و هسته بندي بعدي روي اين لايه (سازوکار استرانسکي-کراستانف)2
در بيشتر موارد سازوکار (ب) صورت مي گيرد و حالا ما آن را با تفصيل بيشتري بررسي مي کنيم. با مشاهده لايه ها که مستقيماً در ميدان ديد ميکروسکوپ الکتروني تبخير مي شوند، معلوم شده است که رشد لايه را معمولاً مي توان به سه مرحله مشخص تقسيم کرد. اين مرحله ها عبارتند از :
1)هسته بندي، که در طول آن، هسته هاي کوچک تشکيل مي شوند که به طور تصادفي روي سطح زير لايه توزيع مي شوند.
2)رشد هسته ها و تشکيل جزيره هاي بزرگتر که اغلب شکل خرده بلور ها را دارند.
3)به هم پيوستن جزيره ها و تشکيل شبکه اي کم و بيش متصل که داراي کانالهاي خالي است.
نکته مهمي که بايد به آن توجه داشت اين است که پس از رسيدن به تراکم مشخصي از هسته ها ذرات اضافي که به سطح برخورد مي کنند ديگر تشکيل هسته نمي دهند، بلکه به هسته هاي موجود يا به جزيره هاي تشکيل شده، مي چسبند. فرايند هسته بندي و رشد و به هم پيوستن جزيره هاي جدا اهميت بنيادي در تشکيل ساختار لايه، يعني اندازه خرده بلور ها، جهت آنها و غيره دارند[2-3] .

1-3 خواص لايه هاي نازک

لايه هاي نازک خواص بسيار جالبي دارند که متفاوت از خواص توده اي مواد تشکيل دهنده آنها مي باشد. در اين مبحث به بررسي رفتار لايه هاي نازک از ديدگاه خواص مختلف آنها پرداخته شده است که اين خواص شامل الکتريکي، خواص نوري، خواص مکانيکي، خواص شيميايي و خواص حرارتي لايه هاي نازک مي باشد.

1. volmer – weber
2. stranski – krastanov
1-3-1 خواص لايه نازک :

خواص لايه هاي نازک نظير خواص مکانيکي، نوري، الکتريکي و. . . به پارامتر هاي زيادي وابسته است که اين پارامتر ها مربوط به روش توليد و کيفيت و نوع ماده زير لايه خواهند بود. در مورد روش هاي لايه نشاني از پارامتر هاي مربوط به روش توليدي مي توان به ميزان خلاء جريان گاز عبوري حين فرآيند رشد لايه، سرعت لايه نشاني و خلوص مواد پوشش اشاره کرد[4] .

1-3-2 خواص مکانيکي :

يکي از خواص مهم لايه هاي نازک خواص مکانيکي مي باشد. روش هاي مختلف توليد وساخت لايه هاي نازک، باعث ايجاد عيوب از جمله نابه جايي ها در لايه ها مي شود چون در لايه هاي نازک اين عيوب قابليت حرکت ندارند در جاي خود قفل مي شوند. غلظت بالاي نابه جايي ها و عدم تحرک آنها در لايه نازک سبب افزايش خواص مکانيکي نظير سختي و مقاومت به سايش آنها مي شود که قابل مقايسه با بالک ماده نيست. از طرفي، افزايش شديد غلظت نابه جايي ها موجب ايجاد تنش در ساختار لايه نازک مي شود و از آنجا که مقداري تنش حرارتي نيز در لايه نازک ايجاد مي شود که مقدار آن تابع اختلاف دماي لايه نشاني و دماي کاربردي لايه نازک مي باشد (نظير روش هاي CVD و PVD که در ادامه توضيح داده خواهد شد. )معمولاًبيشتر روش هاي لايه نشاني در دماي بالاتر از دماي محيط استفاده مي شوند. رفتار مکانيکي لايه هاي نازک مانند استحکام و چسبندگي آنها سهم به سزايي در کارايي لايه هاي نازک دارد. عوامل مؤثر بر خواص مکانيکي شامل اندازه و شکل دانه هاي تشکيل شده درون لايه ها، حضور شخصي جاها، نابه جايي ها، خلل و فرج و. . . مي باشد.
تنش نوع اول، به اين دليل ايجاد مي شود که اکثر فرآيند هاي لايه نشاني در دماي بالا انجام مي شود و چون مواد مختلف، ضرايب انبساط گرمايي متفاوتي دارند، در هنگام لايه نشاني بين لايه، لايه هاي نازک به دو نوع تنش هاي گرمايي و تنش هاي ذاتي تقسيم مي شود. دومين نوع تنش که به تنش ذاتي يا داخلي معروف است به عواملي چون فرايند هاي رشد غير تعادلي بستگي دارد و موجب تشکيل ساختار هاي غير تعادلي مي شود. از ديگر خواص مکانيکي لايه هاي نازک استقامت کششي لايه هاي نازک مي باشد که به طور کلي استقامت کششي لايه، تابع ضخامت لايه است[5] .
1-3-3 خواص الکتريکي

بررسي خواص الکتريکي مواد عمدتاً بر اساس نظريه نواري صورت مي گيرد که در آن تراز هاي انرژي الکتروني و چگالي حالت ها، فلز يا نيم رسانا و يا عايق بودن ماده را تعيين مي کنند. اين تراز هاي انرژي در توده مواد و در سطح مربوط به لايه هاي نازک با يکديگر متفاوتند. به اين ترتيب که برخي تراز هاي انرژي ممنوعه در حالت توده مواد تبديل به ترازهاي گسسته مجاز مي شوند. همچنين در فصل مشترکي که دو سطح با يکديگر بر همکنش دارند، ترازهاي انرژي ديگري را تحت تأثير قرار مي دهند. در مورد لايه هاي نازک علاوه بر اين که تعداد حامل هاي بار کاهش مي يابد، به علت کاهش ضخامت لايه، حرکت الکترونها نيز محدود مي شود. فاصله يک انحراف از مسير حرکت تا انحراف ديگر را طول پويش آزاد ميانگين مي نامند که رسانايي ماده تابع اين پارامتر مي باشد. ضخامت لايه نازک مي تواند کمتر از طول پويش آزاد آن گردد، در اين حالت الکترون ها دائماً با ديواره لايه نازک برخورد مي کند و رسانايي ماده بسيار کاهش مي بايد و اين به معني افزايش شديد مقاومت الکتريکي لايه نازک خواهد بود. در لايه هاي نازک فلزي، مقاومت الکتريکي بيشتر از بالک ماده است که اين ميزان با افزايش ضخامت لايه نازک، کاهش پيدا مي کند[6] .

در ساخت لايه هاي نازک سه نوع ساختار مي تواند ايجاد شود:
1- لايه ساختار کاملاً منسجم داشته باشد.
2- لايه داراي تخلخل باشد.
3- لايه به صورت ذرات جدا از هم تشکيل شود. خواص الکتريکي لايه هاي نازک شديداً به ساختار آن بستگي دارد. در اين ميان بهترين رسانايي مربوط به لايه هاي نازک منسجم و کمترين ميزان رسانايي در لايه هاي با ذرات جدا از هم مي باشد. در لايه هاي فلزي منسجم نيز، رسانايي بسيار بيشتر از لايه هاي فلزي غير منسجم مي باشد. اما بر خلاف لايه هاي فلزي منسجم، با افزايش دما رسانايي لايه هاي فلزي غير منسجم افزايش مي يابد[7] .

1-3-4 خواص مغناطيسي :

در لايه هاي نازک آثار پارا مغناطيسي و ديا مغناطيسي به قدري ضعيف است که به سختي آشکار مي شود. خواص فرو مغناطيسي به دماي زير لايه، آهنگ لايه نشاني و اجزاي سازنده بستگي دارد.
خاصيت مغناطيسي لايه هاي نازک به شدت به مرفولوژي و ميکروساختار و تا حدودي به شکل هندسي لايه بستگي دارد[8] .

1-3-5 خواص نوري

معمولاً براي لايه نشاني با اهداف نوري، از روش هاي فيزيکي استفاده مي شود و در مباحث خواص نوري در لايه هاي نازک، بيشترين کاربرد مربوط به سيستم هاي چندلايه است که با ترکيب چندلايه با ضخامت ها و ضريب شکست هاي متفاوت مي توان در کاربرد هاي وسيعي نظير آينه ها و لايه هاي ضد انعکاس مي توان کاربرد هاي متفاوتي را ايجاد نمود[9] .

1-3-6 خواص شيميايي :

در لايه هاي نازک به علت سطح تماس زياد لايه با محيط، واکنش پذيري لايه نسبت به ماده افزايش مي يابد، لذا از اين خاصيت لايه هاي نازک مي توان به عنوان سنسور شناسايي مواد شيميايي استفاده نمود[10] .

1-3-7 خواص حرارتي :

لايه هاي نازک از آنجا که نسبت سطح به حجم بالايي دارند لذا تعداد اتم هاي سطحي آنها بيشتر است و چون اتم هاي سطحي ماده آزادي عمل بيشتري نسبت به اتم درون شبکه دارند، به همين دليل دماي ذوب لايه نازک کمتر از دماي ذوب همان ماده در حالت بالک ماده مي باشد.
از بررسي خواص لايه هاي نازک نتيجه مي گيريم که در بررسي خواص لايه هاي نازک مشخص است که خواص لايه نسبت به توده ماده رفتار متفاوتي از خود نشان مي دهد. خواص الکتريکي وابسته به نوع عيوب ايجاد شده خواهد بود. در بحث خواص الکتريکي لايه هاي نازک گفته شد که رسانايي الکتريکي لايه با کاهش ضخامت آن، کاهش مي يابد و در مقابل ميزان مقاومت الکتريکي در لايه هاي نازکتر، مقادير بزرگتري خواهد داشت. با کاهش ضخامت لايه هاي نازک ميزان مغناطيس شدن آنها نيز کم مي شود و در مورد خواص نوري، با کاهش ضخامت لايه، جذب نور در آن افزايش خواهد داشت. همچنين به علت افزايش ميزان سطح به حجم در لايه هاي نازک، تغيير دما و واکنش شيميايي نسبت به توده ماده با سرعت بيشتري انجام خواهد گرفت[11] .

1-4 روش هاي تهيه لايه هاي نازک

روش هايي را که براي ساخت لايه هاي نازک مورد استفاده قرار مي گيرد، مي توان به شش گروه اصلي دسته بندي کرد :
1- روش هاي رسوب فيزيکي بخار PVD
2- روش هاي رسوب شيميايي بخار CVD
3- روش هاي رسوب به کمک باريکه يوني
4- روش هاي اپي تکسي باريکه مولکولي MBE
5- روش هاي رسوب با پالس ليزر PLD
6- روش هاي حمام شيميايي CBD

1-5 رسوب فيزيکي بخار PVD :

فرايند رسوب فيزيکي بخار(PVD) در ابتدا فقط براي رسوب دادن بخار فلزات توسط انتقال در خلاء و بدون انجام واکنش شيميايي مورد استفاده قرار مي گرفته است.
سيستم و فرايند PVD از کارايي بسيار بالايي برخوردار بوده و دامنه وسيعي از متغير ها را در بر مي گيرد که برخي از آنها شامل واکنش هاي شيميايي نيز مي باشد. از اين فرايند براي توليد رسوب هايي از فلزات خاص، آلياژ ها، ترکيبات و سراميک ها برروي تقريباً انواع مختلف زير لايه ها با شکل هاي مختلف استفاده مي شود. سرعت تشکيل پوشش در اين روش تا 50 ميکرون در دقيقه مي رسد، دامنه کاربرد اين روش در تمام زمينه هاي صنعتي و تکنولوژي براي ايجاد خواص سطحي مانند خواص الکتريکي نوري، مکانيکي، شيميايي و غيره است. مهم ترين روش هاي فيزيکي در ساخت لايه هاي نازک عبارتند از [12] :
1)روش تبخير حرارتي
2)روش کند و پاش (اسپاترينگ)1

1-6 روش تبخير حرارتي :

در روش تبخير حرارتي از يک منبع بخار و يک زير لايه در يک محفظه خلاء استفاده مي شود. محفظه تا فشاري معمولاً کمتر از 5 تا 10 تور تخليه مي شود. منبع بخار معمولاً يک بوته گرم شده است. بدين ترتيب ماده پوشش به صورت بخار در آمده و اتم هاي بخار در خط مستقيم به سمت زير لايه حرکت کرده برروي آن کندانس شده و رسوب مي کند. تبخير حرارتي مواد به صورت هاي مختلفي انجام مي شود از جمله :

1-6-1 تبخير حرارتي مقاومتي

ساده ترين روش براي تبخير مواد استفاده از روش تبخير حرارتي مقاومتي است. در اين روش از يک بوته تبخير از جنس فلزات مقاوم مانند تنگستن(w)، تانتالوم (Ta) و. . . که داراي نقطه ذوب بالايي هستند، براي تبخير مواد استفاده مي شود[13] .

1-6-2 روش تبخير حرارتي پرتو الکتروني :

چشمه تبخيري جديدتر و کارامد تر، تبخير با پرتو الکتروني است. از اين روش براي تبخير موادي از قبيل اکسيد ها، فلزات مقاوم، نيمه رسانا ها و عايق ها استفاده شده است. ماده مورد نظر در داخل يک بوته مناسب که به وسيله جريان آب خنک مي شود قرار داده
1. sputtring
مي شود، سپس تفنگ الکتروني، پرتوي از الکترون را ساتع مي کند که با اعمال ولتاژ زياد، داراي انرژي جنبشي زيادي مي شوند و با هدايت و کانوني شدن روي سطح ماده مي تواند ماده را گرم و در نهايت تبخير برروي بستره جايگذاري کند، در واقع سمت مرکزي ماده هدف با پرتو الکترون گرم و تبخير مي شود، ديواره هاي ماده که با بوته در تماس هستند با جريان آب سرد خنک مي شود و جريان آب سرد باعث مي شود تا واکنش هاي ناخواسته بين مواد مذاب و ديواره ها رخ ندهد، دسترسي به انرژي هاي زياد به کمک ولتاژ زياد، نيز امکان تبخير مواد برگدازي مانندSio2، Tio2، ITO و. . . را فراهم مي سازد[14-13] .

1-6-3 روش تبخير حرارتي ليزري

در روش رسوب با ليزر، يک پرتو تابش ليزري بر ماده هدف مي تابد و باعث گرم شدن ماده و تبخير آن مي شود. فرآيند رسوب با ليزر مي تواند به سه مرحله تقسيم گردد :
1) برهم کنش هدف با ليزر
2) توزيع حبابي شکل ذرات تبخير شده
3) رسوب لايه
در اي

متن کامل در سایت sabzfile.com

دیدگاهتان را بنویسید