دانشکده
1-3-1 خواص لايه نازک : 6
1-3-2 خواص مکانيکي : 7
1-3-3 خواص الکتريکي 7
1-3-4 خواص مغناطيسي : 8
1-3-5 خواص نوري 9
1-3-6 خواص شيميايي : 9
1-3-7 خواص حرارتي : 9
1-4 روش هاي تهيه لايه هاي نازک 10
1-5 رسوب فيزيکي بخار PVD : 10
1-6 روش تبخير حرارتي : 11
1-6-1 تبخير حرارتي مقاومتي 11
1-6-2 روش تبخير حرارتي پرتو الکتروني : 11
1-6-3 روش تبخير حرارتي ليزري 12
1-6-4 روش آني تبخير 12
1-6-5 تبخير با استفاده از قوس الکتريکي : 12
1-7 کند وپاش 13
1-8 رسوب شيميايي بخار CVD 13
1-9 اپي تکسي باريکه مولکولي : MBE 15
1-10 لايه گذاري به وسيله پالس ليزري PLD : 15
1-11 لايه نشاني حمام شيميايي CBD : 16
1-12 روش لايه نشان سل ژل 16
1-12-1 مراحل فرآيند سل ژل 18
فصل 2 25
نيمه هادي ها و بررسي خواص اپتيکي 25
مقدمه 25
2-1 نيمه هادي ها 26
2-2 نيمه هادي هاي نوع N و P 26
2-3 گاف انرژي 28
2-4 نظريه نوار ها 28
2-4-1 نوار هاي الکترونيکي 29
2-4-2 جابه جايي بين نواري 29
2-5 مواد از نظر گسيل فوتوني 30
2-5-1 گاف انرژي مستقيم و غير مستقيم : 30
2-6 وابستگي گاف انرژي به دما و فشار 33
2-7 ماهيت نور 34
2-8 بيان کمي پديده ها اپتيکي 34
2-8-1 فرآيند جذب 35
2-9 مدل سازي تابع دي الکتريک 37
2-9-1 مدل تاک لورنتز 37
2-10 نيمه هادي ZnO 38
فصل 3 41
انواع روش هاي اندازه گيري ناهمواري هاي سطح لايه هاي نازک 41
مقدمه 41
3-1 ميکروسکوپ هم کانوني 42
3-1-1 اساس کار ميکروسکوپ هم کانوني 43
3-1-2 پارامتر هاي اپتيکي در ميکروسکوپ هم کانوني 51
3-2 ميکروسکوپ نيروي اتمي (AFM) 53
3-2-2 آشکار سازي جهت گيري تيرک 55
3-2-3 مدهاي مختلف AFM 56
3-2-4 مدهاي تماسي 57
3-2-5 روش هاي شبه تماسي 58
3-3 ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) 59
3-4 ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) 61
3-4-1 ميکروسکوپ الکتروني عبوري 62
3-4-2 عملکرد ميکروسکوپ 62
3-5 مزيت و توانمندي هاي هر يک از ميکروسکوپ ها 63
3-6 محدوديت هاي هر يک از اين روش ها 64
3-7 بيضي سنجي 65
3-7-1 اساس کار بيضي سنجي 65
فصل 4 68
کارهاي آزمايشگاهي، بحث و نتيجه گيري 68
مقدمه 68
4-1 روش هاي عملي و ساخت نمونه ها 69
4-2 اندازه گيري ناهمواري سطح و بستگي ضرايب اپتيکي به آن 71
4-3 نتيجه گيري 88
4-4 پيشنهادات 89
منابع و مراجع 90

فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل (1-1) نماي کلي از تمامي مراحل سل ژل 19
شکل (2-1) باند هاي انرژي براي نيمه هادي نوع n 28
شکل (2-2) باندهاي انرژي براي نيمه هادي نوع P 28
شکل (2-3) نمايش باندهاي انرژي 29
شکل (2-4) تصوير گاف انرژي نيمه هادي ها به صورت : الف) غير مستقيم ب) مستقيم 32
شکل (2-5) فرآيند جذب اساسي در نيمه هادي را نشان مي دهد. 36
شکل (2-6)ساختار فضايي ZnO داراي ثابت هاي شبکه cو a 40
شکل (2-7)ساختار شش ضلعي ZnO 40
شکل (3-1) نماي شماتيک ميکروسکوپ هم کانوني 45
شکل (3-2)اساس عملکرد ميکروسکوپ هم کانوني 46
شکل (3-3) نمودار توزيع و پخش بسامد 50
شکل(3-4) شماتيک اصول عملکرد AFM 55
شکل (3-5) در بيان جابجايي عمودي و افقي باريکه ليزر بازتابيده به تيرک بر اثر نيروي عمود و مماس بر افق وارد بر تيرک . 57
شکل (3-6) خميدگي ? تيرک موجب جابه جايي 2? باريکه ليزر بازتابيده بر روي ديود نوري مي شود. 57
شکل (3-7) نيروهاي وارد بر تيرک در فاصله هاي مختلف از سطح نمونه 58
شکل (3-8) مقايسه نمادين بين حالت تماسي و حالت غير تماسي 59
شکل (3-9) طرحي از ميکروسکوپ الکتروني روبشي 60
شکل (3-10) سه نوع سيگنال در مد رسانايي SEM : 61
شکل(3-11)نماي شماتيک از عملکرد ميکروسکوپ الکتروني عبوري 64
شکل (3-12) طرح واره بيضي سنج که شامل منبع نور، قطبي کننده، جبران کننده، آناليزور و آشکارساز است 67
شکل (3-13)در بيضي سنجي زاويه تابش با زاويه بازتاب برابر است 68
شكل (4-1) نمودار ناهمواري براي نمونه S1 73
شکل (4-2) نمودار ناهمواري براي نمونه S2 74
شکل (4-3) نمودار ناهمواري براي نمونهS3 75
شکل (4-4) نمودار ناهمواري براي نمونهS4 76
شکل (4-5) نمودار ناهمواري براي نمونهS5 77
شکل (4-6) نمودار ناهمواري براي نمونهS6 78
شکل (4-7) نمودار ضريب شكست براي نمونه S1 80
شکل (4-8) نمودار ضريب شكست براي نمونه S2 81
شکل (4-9) نمودار ضريب شكست براي نمونهS3 82
شکل (4-10) نمودار ضريب شكست براي سه نمونه S3 و S2 و S1 83
شکل (4-11) نمودار ضريب شكست براي نمونه S4 84
شکل (4-12) نمودار ضريب شكست براي نمونه S5 85
شکل (4-13) نمودار ضريب شكست براي نمونه S6 86
شکل (4-14) نمودار ضريب شكست براي سه نمونه S6 و S5 و S4 87

چکيده

امروزه مطالعات فراواني در خصوص مواد نيمه هادي و اثر جا نشاني اين مواد با مواد ديگر صورت گرفته است. ما در اين پايان نامه خواص اپتيکي لايه هاي نازک ZnO و ZnO آلاييده شده با Mn، تهيه شده به روش سل-ژل را مطالعه کرده ايم و ناهمواريهاي سطحي لايه هاي نازک تهيه شده را توسط ميکروسکوپ هم کانوني اندازه گرفته ايم.
نتايج اين تحقيق نشان مي دهد که خواص اپتيکي لايه هاي ZnO خالص و آلاييده شده با Mn با تغيير ناهمواري سطح تغيير ميکند.

واژگان کليدي : ميکروسکوپ هم کانوني، لايه هاي نازک، جا نشاني، سل ژل، خواص اپتيکي، ZnO

مقدمه

گفته مي شود که در قرن 21 سه علم در عرصه زندگي انسان پيشرو ساير علوم مي گردند. اين سه علم بيوتکنولوژي، نانو تکنولوژي و فن آوري اطلاعات مي باشند. از اين ميان نانو تکنولوژي يکي از پيامدهاي زندگي مدرن مي باشد. نياز هاي همچون سرعت بيشتر، دقت افزونتر، فضاي فيزيکي و بازتر و بالاخره رفاه مناسب تر، بيشتر را متوجه استفاده از ابزار کوچک از مرتبه يک ميلياردم متر نموده است. يکي از مهم ترين عرصه هاي فناوري نانو، لايه هاي نازک مي باشد. از اين رو در تحقيقات و صنايع امروزي نيمه هادي ها داراي کاربردهاي فراواني هستند چون خواص اپتيکي و الکتريکي جالبي از خود نشان مي دهند.
همچنين اثبات شده است که با افزودن نا خالصي به نيمه هادي ها، خواص اپتيکي و الکتريکي آنها تغييراتي پيدا کرده و عملکرد متفاوتي از خود نشان مي دهند. يکي از نيمه هادي هاي بسيار پر کاربرد نيمه هادي اکسيد روي مي باشد که با توجه به خواص اپتيکي و الکتريکي خاصي که دارد کابرد هاي بسياري در شاخه هاي مختلف علوم و فناوري را دارد. در اين پايان نامه ZnO را با Mn جا نشاني کرده و پس از تهيه لايه نازک آن، نتايج اين جا نشاني را بر خواص اپتيکي ZnO به دست مي آوريم. اهميت موضوع اين پايان نامه در روش به کار رفته در تهيه لايه نازک مي باشد که با توجه به حاصل شدن ساختار متفاوت نسبت به ساير روش هاي لايه نشاني، خواص اپتيکي اين لايه ها اهميت پيدا مي کند.
در فصل اول مقدمه اي برلايه هاي نازک و انواع روشهاي لايه نشاني از جمله PVD، CVD و کندوپاش و سل ژل را آورده ايم، در فصل دوم خواص اپتيکي نيمه هادي ها، تعريف نيمه هادي ها، ZnO، وتوابع دي الکتريک را مورد بحث قرار داده ايم، در فصل سوم انواع روش هاي مطالعه لايه هاي نازک و ضخامت سنجي از جمله ميکروسکوپ هم کانوني، بيضي سنجي، ميکروسکوپ هاي AFM، SEM، TEM را به اختصار بررسي کرده ايم و در فصل چهارم کارهاي تجربي را آورده و در مورد نتايج بدست آمده از نمونه ها بحث کرده ايم.

فصل اول
لايه هاي نازک، خواص آنها و روش هاي ساخت آنها

مقدمه

بررسي خواص فيزيکي ماده در طول صد سال اخير آن قدر پيشرفت کرده است که امروزه علم فيزيک به گروه بزرگي از شاخه هاي خاص که اغلب شکاف بزرگي هم بين آنها وجود دارد، تقسيم شده است. اين شاخه ها در واقع به علت گستردگي بسيار خود علم به وجود آمده اند، و عملاً با بخش خاصي که مطالعه مي شود، و روش بررسي و چيزهايي از اين قبيل متمايز مي شوند. يکي از اين شاخه هاي مهم و مستقل که درسال هاي اخير توسعه يافته فيزيک لايه هاي نازک است. اين شاخه از فيزيک با سيستم هايي سروکار دارد که فقط يک ويژگي مشترک دارند، يعني آنهايي که يکي از ابعاد شان بسيار کوچک است، درحالي که ممکن است ساير خواص چنين سيستم هايي و همچنين روش هاي بررسي آنها متفاوت باشند.
معمولاً ما در جست و جوي مشخصه هاي فيزيکي اجسام سه بعدي هستيم و خواص مشخصه اين اجسام را هم غالباً براي واحد حجم در نظر مي گيريم، يعني فرض مي کنيم که اين مشخصه ها به حجم جسم بستگي ندارد. اين فرض ما دام که ابعاد جسم “معمولي” يعني کم و بيش در حد ماکروسکوپي باشد پذيرفتني است، اما به محض اين که با کوچک شدن يکي از ابعاد افزايش قابل ملاحظه اي در نسبت سطح به حجم پديد بيايد ديگر معتبر نيست. در صورت کاهش دو بعد ديگر هم تغييرات بيشتري را مي توان مشاهده کرد. مثلا ذره هاي بسيار کوچک پخش شده در يک ماتريس يا لايه هاي بسيار نازک مشتمل بر نواحي مجزا بي هنجاريهاي قابل ملاحظه اي را در خواصشان بروز مي دهند.
اگر لايه بسياز نازکي از يک ماده را در نظر بگيريم، با وضعي مواجه هستيم که در آن دو سطح آن قدر به هم نزديک اند که مي توانند تأثير به سزايي روي خواص فيزيکي داخلي و فرايند هاي جسم بگذارند. اين کاهش فاصله بين سطوح، و برهمکنش متقابل آنها مي تواند به پديده هاي کاملاً جديدي بيانجامد. علاوه بر اين کاهش يک بعد ماده تا مرتبه چندلايه اتمي سيستم حد فاصلي بين ماکروسيستمها و سيستم هايي مولکولي پديد مي آورد و به اين ترتيب روشي براي بررسي ماهيت ميکروفيزيکي فرايندهاي گوناگون در دسترس قرار مي دهد. مطالب بالا از جمله دلايل توجه فيزيک دان ها به موضوع لايه هاي نازک، و اختصاص شاخه کاملي از فيزيک به اين موضوع، و رشد شاخه هاي فناوري مربوط به آن اند.

1-1 تعريف لايه هاي نازک

به طور کلي لايه به ماده يا موادي گفته مي شود که به صورت پوششي برروي يک سطح يا ماده مي نشيند و باعث ايجاد خواص الکتريکي، فيزيکي و مکانيکي سطحي جديدي مي شود که نه خصوصيات ماده تشکيل دهنده آن را دارد و نه خصوصيات سطحي را که لايه برروي آن رسوبه شده است و خصوصيات سطحي زير لايه را ارتقاء مي بخشد. لايه هاي نازک را مي توان به لايه هاي رسانا (فلزي)، لايه هاي نيمه رسانا، و لايه هاي نارسانا(عايق) از مواد معدني و آلي تقسيم بندي کرد. در عموم روش هاي لايه نشاني، هنگامي که ماده از حالت توده اي به صورت ورقه خيلي نازکي از اتم ها. مولکول ها يا يون هاي مجزا در آيند و توسط چگالش روي سطح زير لايه نشينند، پوششي ايجاد مي شود که آن را لايه و يا فيلم مي نامند. چگالش ذرات اتمي مولکولي يا يوني براي تشکيل لايه بر روي زيرلايه توسط فرآيند هاي فيزيکي و شيميايي مختلفي صورت مي گيرد. معمولاً اگر لايه تشکيل شده نازک باشد، خواص فيزيکي جديدي از خود بروز مي دهد که با خواص همان لايه به صورت توده اي متفاوت است که به اين ترتيب مي توان قابيلت هاي جديدي به محصول افزود. اصولاً لايه ها و پوشش هاي مختلف از نقطه نظر ضخامت به سه گروه تقسيم مي شوند که عبارتنداز:
1- لايه هاي بسيار نازک با ضخامت کمتر از 50 آنگستروم (5نانومتر) .
2-لايه هاي نازک با ضخامت بين 50 تا 5000 آنگستروم .
3- لايه هاي ضخيم با ضخامت بيش از 5000 آنگستروم[1] .
1-2 مراحل تشکيل لايه هاي نازک

عمدتاً سازو کار مختلف چگالش لايه نازک را بسته به شدت برهمکنش بين اتم هاي لايه در حال رشد و بين اتم هاي لايه و زير لايه مي توان تشخيص

متن کامل در سایت sabzfile.com

دیدگاهتان را بنویسید