ن روش منبع ايجاد پرتو ليزري در خارج دستگاه خلاء قرار دارد و با توجه به عمق نفوذ کم ليزر، تبخير ماده ابتدا از سطح ماده شروع مي شود.

1-6-4 روش آني تبخير

در روش آني تبخير با استفاده از يک سيستم تغذيه مواد جديد، مواد مورد نياز براي فرآيند لايه نشاني به سرعت روي منبع تبخير بسيار داغ ريخته مي شود.

1-6-5 تبخير با استفاده از قوس الکتريکي :

در اين روش منبع حرارتي با ايجاد قوس الکتريکي بين دو سيم از جنس ماده پوشان تأمين مي گردد و به عبارت ديگر اين روش مخصوص پوشش دادن مواد رسانا مي باشد. قوس بين دو سيم از جنس ماده پوشان ايجاد مي گردد و آنها را ذوب مي کند، سپس با استفاده از يک جريان گاز ذرات برروي زير لايه قرار مي گيرند. اين روش سرعت پوشش دهي بسيار بالايي دارد و نسبتاً ارزان مي باشد و نياز به گاز هاي گران قيمت ندارد. اين پوشش ها داراي چسبندگي و پيوستگي خوبي هستند.

1-7 کند وپاش

کندو پاش يکي از روش هاي لايه نشاني از فاز بخار است که به طور عمده براي توليد فيلم فلزات با ضخامت از نانو تا ميکرو مي باشد و تحت شرايط کنترل شده مي توان نانو ذراتي تا حد 3 نانومتر هم به اين شيوه بدست آورد. اما فرايند کندوپاش عبارت است از کندو پاش اتم ها يا مولکول هاي هدف و ايجاد يک فيلم با يون هاي يک گاز خنثي که در پلاسما ايجاد شده و در ميدان ايجاد کننده پلاسما شتاب مي گيرند.
لايه نشاني کندوپاش به طور ذاتي يک روش پوشش دهي خلاء است. در عمل ماده مورد نظر جهت لايه نشاني يا همان هدف در مقابل زير لايه و در فشار اوليه 6-10 تا 10-10 تور قرار مي گيرند. معمول ترين شيوه تامين يون، عبور مداوم گازي همچون آرگون است که فشار را به 1 تا 100 تور افزايش داده پلاسما را تشکيل مي دهد. پتانسيل منفي بين 5/0 تا KV 5 به هدف اعمال مي شود]15-17[ .
يون هاي شتابدار انرژي جنبشي بسيار بالايي دارند به طوري که رسيدن به اين سطح انرژي با حرارت دادن به نمونه امکان پذير است. به علاوه لايه ايجاد شده مورد اصابت ذرات مختلف اما کم انرژي مثل اتم هاي هدف، يون هاي برگشتي گاز آلاينده و غيره قرار مي گيرند. بنابراين اندر کنش يون – سطح تنها منحصر به هدف نيست بلکه در سنتيک جوانه زني و رشد فيلم نيز تاثير به سزايي دارد و کنترل بمباران يوني در هدف، خواص و زير ساختار فيلم را تعيين مي کند]18-19[.

1-8 رسوب شيميايي بخار CVD

لايه نشاني بخار شيميايي عبارت است از يک سري واکنش هاي فاز گازي که برروي يک زير لايه جامد صورت مي گيرد و موجب لايه نشاني برروي سطح آن مي شود روش رسوب شيميايي فاز بخار مستلزم رسوب گذاري ماده شامل نانوذرات از فاز گازي است. ماده آن قدر گرم مي شود تا به صورت گاز درآيد و سپس به صورت يک ماده جامد برروي سطح معمولاً، تحت خلاء رسوب گذاري مي گردد. به عبارتي ديگر لايه نشاني بخار شيميايي يک فرآيند شيميايي براي ساخت مواد جامد عملياتي با خلوص بالاست روش هاي رسوب شيميايي از بخار شامل روش هايي است که در آن جريان از گاز که حاوي ترکيبات فرار ماده يا موادي است که مي خواهيم پوشش دهيم، وارد يک محفظه خلاء مي شود. شرايط درون اين محفظه کنترل شده است به نحوي که کنترل شرايط باعث انجام واکنش هاي شيميايي در نزديکي بستر يا روي بستر مي شود و پوشش مورد نظر برروي سطح تشکيل مي گردد، مواد اضافي حاصل از واکنش هاي شيميايي در طول فرايند از سيستم خارج مي شوند، لايه هاي بدست آمده از اين روش مي تواند لايه هاي فلزي – آلياژي و ترکيبات نسوز نيمه هادي باشند. پارامتر هاي مربوط به فرآيند نظير دماي بستر، فشار گاز، غلظت مواد واکنش دهنده و نرخ جريان گاز تأثير قابل توجهي بر خواص لايه بدست آمده دارند و با کنترل مناسب اين پارامتر ها مي توان به خواص مورد نظر دست يافت. به طور کلي واکنش هايي که در فرآيند CVD انجام مي شود عبارتند از :
يک سيستم CVD به طور کلي از سه قسمت اصلي تشکيل شده است :
سيستم توزيع گاز، راکتور و سيستم تخليه، سرعت لايه نشاني در اين روش نسبتاًبالاست و به حدود 10 تا 100 نانومتر در ثانيه مي رسد. ضخامت لايه رسوبه شده نيز يکنواخت و بدون تأثير از شکل بستر است که يکي از روش هاي متداول لايه نشاني شيميايي بخار، رسوب شيميايي بخار به کمک پلاسما است.

مزاياي روش CVD :
1) امکان تشکيل انواع مختلف پوشش ها
2)تشکيل رسوبات با کيفيت بالا.
3)سرعت زياد تشکيل رسوب.
محدوديت هاي روش CVD :
1)نياز به دماي بالا در برخي حالات.
2)فشار هاي کم (پمپ خاص)
3) مشکلات حرارت دادن زير لايه در برخي مواقع مثلاً پلاستيک ها [20] .

1-9 اپي تکسي باريکه مولکولي MBE1

در اين روش، منابع عنصري از طريق حرارت دادن با نرخ کنترل شده، تبخير شده و سپس برروي زير لايه با دماي مناسب تقطير مي شوند. اين عمل را تکنيک فوق خلاء UHV مي گويند، که در آن اشعه هاي مولکولي با اتم هاي تبخير شده برروي زير کار متمرکز مي گردند. براي اطمينان از خلوص لايه با اندازه کافي، وجود شرايط فوق خلاء (حدود 9-10 تور ) لازم است. استفاده از شرايط فوق خلاء داراي دو مزيت است، اولاً اتم ها و مولکول ها به صورت خيلي خالص به سطح رشد مي رسند ثانياً فرآيند رشد را مي توان با تکنيک هاي تشخيص و مشاهده در حالي که بلور به صورت لايه اتمي رشد مي کند، تحت نظارت و کنترل در آورد، تکنيک MBE به عنوان يک فناوري عالي جهت رشد بلوري و براي توليد ساختارهاي پيچيده و متنوع و به ويژه براي ساختار هاي چند لايه با مبناي GaAs شناخته شده است[20]. اين روش مارا قادر مي سازد تا کنترل دقيقي بر صفحات لايه و نيم رخ آن داشته باشيم، البته اين روش به علت استفاده از دستگاه فوق خلاء روش گران قيمتي است.

1. Mulecular Beam Epitaxy
1-10 لايه گذاري به وسيله پالس ليزري PLD 1 :

لايه گذاري به وسيله پالس ليزري PLD يکي از روش هاي ارتقاء يافته PVD ست که براي بهبود کيفي لايه هاي اکسيدي چند جزي مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين روش خروجي پالس کوتاه ليزري برروي هدف جامد متمرکز شده و دماي قسمت کوچکي از هدف را بيش از دماي بخار افزايش مي دهد، توده مواد بخار شده از لايه رسوب شده، لايه نازک را به وجود آورده که به وسيله تکنيک هاي ديگرPVD غير قابل رسوب مي باشد. در روش PVD و در حالتي که منابع تک عنصري مورد استفاده قرار گيرد، دستيابي به لايه هاي نازک با ترکيب استو کيومتري مشکل است، زيرا نسبت ورودي هر جز بايد کاليبره شده باشند. در روش PLD ترکيب بخار همان ترکيبي مي باشد که در هدف وجود دارد، بنابراين رشد رسوب لايه آسانتر مي شود. توانايي پالس ليزري مواد مي تواند از چند نظر مورد بررسي قرار گيرد، ليزر انرژي را در هدف ذخيره مي ساخته و جذب پرتو به وسيله ماده هدف باعث داغ شدن سطح و تأثير بر شکل آن مي گردد. انرژي جذب شده در واحد حجم بستگي به عمق نفوذ چشمي، پراکندگي حرارت و نسبتي که انرژي ذخيره شده است دارد. ميزان انرژي ذخيره شده توسط پهناي PL تعيين مي گردد. افزايش حرارت در سطح مي تواند با توجه به نسبت ميزان انرژي که در ماده ذخيره شده و ميزان حرارتي که از دست رفته مورد محاسبه قرار گيرد، ليزر براي نقاط ريز تمرکز نموده (به عنوان نمونه چند ميلي متر مربع) تا حجم ماده اي را که بايد حرارت داده شود، به حداقل رساند، که در بيشتر موارد حرارت سطحي در ماده، به دنبال ذوب و بخار به وجود مي آيد.

1-11 لايه نشاني حمام شيميايي CBD 2 :

روش CBD به لحاظ سادگي و اقتصادي بودن از دير باز مورد توجه قرار گرفته است. از اين روش مي توان براي تهيه لايه هاي نازک يکنواخت نيمه هادي ها، لايه هاي اکسيدي و آلياژ ها استفاده کرد. همچنين مي توان سطوح بزرگ را با اين روش لايه نشاني کرد. اساس اين روش بدين گونه است که محلول هاي به وجود آورنده لايه مرکب در داخل ظرفي ريخته مي شوند و بعد بستر به طور عمودي در ظرف حاوي محلول فرو برده مي شود.

1. Pulsed Laser Deposition
2. Chemical Bath Deposition
ماده مورد نظر روي بستر به طور يکنواخت مي نشيند. روش CBD مستلزم کنترل رسوب از محلول ماده مرکب روي بستر مناسب مي باشد، محلول معمولاً در محيط قليالي مي باشد. معمولاً با تغيير PH محلول، دماي محلول و غلظت پايدار کننده، مي توان ضخامت فيلم و سرعت لايه نشاني را کنترل کرد[21] .

1-12 روش لايه نشان سل ژل

روشهاي زيادي، از جمله رسوب فيزيکي بخار، رسوب شيميايي بخار، کندوپاش، روش پلاسما و روش هاي الکتروشيميايي وروش سل ژل از روشهاي معمول براي توليد لايه هاي نازک هستند. اگرچه همه روشهاي ذکر شده براي توليد حجم زيادي از نانو مواد استفاده مي شوند، اما روش سل ژل داراي محبوبيت وکاربرد صنعتي بالاتري نسبت به ساير روش هاي موجود است واين امر بي علت نيست. سل ژل هم اکنون مي تواند نانو ذراتي با کيفيت بالا (توليد ذرات با اندازه يکسان) را در حجمي بالا توليد کند. اين روش قادراست همزمان دو يا چند نوع نانو ذره را با هم توليد کند. مفهوم اين جمله اين است که با مخلوط کردن پيش ماده هاي سنتز دو يا چند فلز (يا اکسيد فلز) مختلف با نسبت هاي معين قادر خواهيم بود که محصولات آلياژي را در يک مرحله سنتز کنيم. البته روش هاي ديگري هم هستند که قادر به انجام چنين کاري مي باشند (روش پلاسما و روش هاي الکتروشيميايي) ولي بايد خاطر نشان کرد که در مقياس صنعتي هيچ کدام از آنها قادر به رقابت با روش سل – ژل نيستند.
همچنين اين روش قادر است به روشهاي رايج که محدوده ي دمايي بسيار بالايي ( بين 1400 تا 3600 درجه سانتيگراد )دارند، لايه هاي نازک با کيفيت و نانو مواد سراميکي و فلزي را در دماهاي بسيار پايين تري ( حدود 70 تا 320 درجه سانتيگراد ) توليد کند.

از مزاياي روش سل – ژل به اختصار مي توان موارد زير را ذکر کرد:
1) سنتز در دماي پايين.
2) سرمايه گذاري اوليه کم و در عين حال کيفيت بالاي محصول.
3) تهيه محصولاتي با خلوص بالا.
4) راندمان توليد بسيار بالا.
5) ابزار انجام آن ساده است.
6) واکنش پذيري شيميايي بالاي پيش ماده ها به دليل انجام فرآيند در فاز محلول.
7) توليد قطعات اپتيکي با شکل هاي پيچيده.
8) توليد مواد داراي خواص فيزيکي اصلاح شده مانند ضريب انبساط حرارتي پايين و جذب اشعه UV کم و شفافيت اپتيکي بالا.

1-12-1 مراحل فرآيند سل ژل

براي توليد محصول سل – ژل لازم است ابتدا مقدمات و شرايط لازم براي واکنش ها را فراهم نمود.

شکل (1-1) نماي کلي از تمامي مراحل سل ژل
1) تهيه محلول همگن
لازم است در ابتدا يک محلول همگن شامل حلال و پيش ماده هايي که قرار است در طول فرآيند، محصول نهايي را شکل دهند آماده گردد. براي اين کار ابتدا حلال ( آب يا الکل، حلال هاي آلي يا نسبتي از آنها ) و پيش ماده را در يک ظرف حل مي کنيم تا محلول همگن حاصل شود. گاهي لازم است تا از ترکيب دو حلال با نسبت هاي معين استفاده شود تا پيش ماده ها به طور کامل در آن حل شود و محلول همگن حاصل شود.

2) تشکيل سل
سل از کلمه انگليسي Solution به معناي محلول گرفته شده و لذا محلولي است از واکنش دهنده هاي مختلف، (مثل ماده ها، حلال، کاتاليزور هاي اسيدي يا بازي و ساير افزودني ها مورد نياز) که قرار است در ادامه واکنش طي مراحل هيدروليز و تراکم به ژل تبديل شود. البته لازم است که به اين نکته اشاره گردد که سل ها کمي با محلول هاي حقيقي متفاوت هستند. در محلول حقيقي جسم حل شونده به صورت اتم، مولکول و يا يون در حلال به طور يکنواخت پراکنده شده و اندازه ذرات از 1 نانومتر تجاوز نمي کند اما اگر اندازه ذرات بزرگتر از 100 نانومتر باشد، به تدريج ته نشين مي شوند (مخلوط سوسپانسيوني). اگر اندازه ذرات بين

متن کامل در سایت sabzfile.com

دیدگاهتان را بنویسید