دانلود پایان نامه ارشد : اثر ناهمواری سطح و ضخامت لایه های نازک ZnO جانشانی شده با Mn بر روی خواص اپتیکی آنها

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : فیزیک

گرایش : حالت جامد

عنوان : اثر ناهمواری سطح و ضخامت لایه های نازک ZnO جانشانی شده با Mn بر روی خواص اپتیکی آنها

دانشگاه ارومیه

دانشکده علوم

گروه فیزیک

 

پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد رشته فیزیک در گرایش حالت جامد

 

عنوان :

اثر ناهمواری سطح و ضخامت لایه های نازک ZnO جانشانی شده با Mn

بر روی خواص اپتیکی آنها

 

استاد راهنما :

دکتر حسن صدقی

 

 استاد مشاور :

دکتر اصغر اسمعیلی

  

بهمن ماه 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است) عنوان                                                                                                                                                                                  صفحهچکیده 1مقدمه. 2فصل اول. 3لایه های نازک، خواص آنها و روش های ساخت آنها 3مقدمه. 31-1 تعریف لایه های نازک.. 41-2 مراحل تشکیل لایه های نازک.. 51-3 خواص لایه های نازک.. 61-3-1 خواص لایه نازک : 61-3-2 خواص مکانیکی : 71-3-3 خواص الکتریکی.. 71-3-4 خواص مغناطیسی : 81-3-5 خواص نوری.. 91-3-6 خواص شیمیایی : 91-3-7 خواص حرارتی : 91-4 روش های تهیه لایه های نازک.. 101-5 رسوب فیزیکی بخار PVD : 101-6 روش تبخیر حرارتی : 111-6-1 تبخیر حرارتی مقاومتی.. 111-6-2 روش تبخیر حرارتی پرتو الکترونی : 111-6-3 روش تبخیر حرارتی لیزری.. 121-6-4 روش آنی تبخیر. 121-6-5  تبخیر با استفاده از قوس الکتریکی : 121-7 کند وپاش... 131-8 رسوب شیمیایی بخار CVD.. 131-9  اپی تکسی باریکه مولکولی  : MBE.. 151-10   لایه گذاری به وسیله پالس لیزری PLD  : 151-11  لایه نشانی حمام شیمیایی CBD  : 161-12  روش لایه نشان سل ژل. 161-12-1 مراحل فرآیند سل ژل. 18فصل 2. 25نیمه هادی ها و بررسی خواص اپتیکی.. 25مقدمه. 252-1 نیمه هادی ها 262-2 نیمه هادی های نوع N و P. 262-3 گاف انرژی.. 282-4  نظریه نوار ها 282-4-1  نوار های الکترونیکی.. 292-4-2 جابه جایی بین نواری.. 292-5  مواد از نظر گسیل فوتونی.. 302-5-1  گاف انرژی مستقیم و غیر مستقیم : 302-6 وابستگی گاف انرژی به دما و فشار. 332-7 ماهیت نور. 342-8  بیان کمی پدیده ها اپتیکی.. 342-8-1 فرآیند جذب... 352-9  مدل سازی تابع دی الکتریک... 372-9-1 مدل تاک لورنتز. 372-10 نیمه هادی .. 38فصل 3. 41انواع روش های اندازه گیری ناهمواری های سطح لایه های نازک.. 41مقدمه. 413-1 میکروسکوپ هم کانونی.. 423-1-1  اساس کار میکروسکوپ هم کانونی.. 433-1-2  پارامتر های اپتیکی در میکروسکوپ هم کانونی.. 513-2 میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) 533-2-2 آشکار سازی جهت گیری تیرک.. 553-2-3 مدهای مختلف AFM... 563-2-4 مدهای تماسی.. 573-2-5 روش های شبه تماسی.. 583-3 میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 593-4  میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) 613-4-1 میکروسکوپ الکترونی عبوری.. 623-4-2  عملکرد میکروسکوپ... 623-5  مزیت و توانمندی های هر یک از میکروسکوپ ها 633-6 محدودیت های هر یک از این روش ها 643-7  بیضی سنجی.. 653-7-1  اساس کار بیضی سنجی.. 65فصل 4. 68کارهای آزمایشگاهی، بحث و نتیجه گیری.. 68مقدمه. 684-1 روش های عملی و ساخت نمونه ها 694-2  اندازه گیری ناهمواری سطح و بستگی ضرایب اپتیکی به آن. 714-3  نتیجه گیری.. 884-4 پیشنهادات... 89منابع و مراجع. 90فهرست شکل هاعنوان                                                                                                                                                      صفحهشکل (1-1) نمای کلی از تمامی مراحل سل ژل. 19شکل (2-1) باند های انرژی برای نیمه هادی نوع n. 28شکل (2-2) باندهای انرژی برای نیمه هادی نوع P.. 28شکل (2-3) نمایش باندهای انرژی.. 29شکل (2-4) تصویر گاف انرژی نیمه هادی ها به صورت : الف) غیر مستقیم  ب) مستقیم. 32شکل (2-5) فرآیند جذب اساسی در نیمه هادی را نشان می دهد. 36شکل (2-6)ساختار فضایی ZnO دارای ثابت های شبکه cو a. 40شکل (2-7)ساختار شش ضلعی ZnO 40شکل (3-1) نمای شماتیک میکروسکوپ هم کانونی.. 45شکل (3-2)اساس عملکرد میکروسکوپ هم کانونی.. 46شکل (3-3) نمودار توزیع و پخش بسامد. 50شکل(3-4) شماتیک اصول عملکرد AFM... 55شکل (3-5) در بیان جابجایی عمودی و افقی باریکه لیزر بازتابیده به تیرک بر اثر نیروی عمود و مماس بر افق وارد بر تیرک . 57شکل (3-6) خمیدگی  تیرک موجب جابه جایی  باریکه لیزر بازتابیده بر روی دیود نوری می شود. 57شکل (3-7) نیروهای وارد بر تیرک در فاصله های مختلف از سطح نمونه. 58شکل (3-8) مقایسه نمادین بین حالت تماسی و حالت غیر تماسی.. 59شکل (3-9) طرحی از میکروسکوپ الکترونی روبشی.. 60شکل (3-10) سه نوع سیگنال در مد رسانایی SEM : 61شکل(3-11)نمای شماتیک از عملکرد میکروسکوپ الکترونی عبوری 64شکل (3-12) طرح واره بیضی سنج که شامل منبع نور، قطبی کننده، جبران کننده، آنالیزور و آشکارساز است... 67شکل (3-13)در بیضی سنجی زاویه تابش با زاویه بازتاب برابر است... 68شکل (4-1) نمودار ناهمواری برای نمونه .. 73شکل (4-2)  نمودار ناهمواری برای نمونه .. 74شکل (4-3) نمودار ناهمواری برای نمونه .. 75شکل (4-4) نمودار ناهمواری برای نمونه .. 76شکل (4-5)  نمودار ناهمواری برای نمونه .. 77شکل (4-6)  نمودار ناهمواری برای نمونه .. 78شکل (4-7)  نمودار ضریب شکست برای نمونه .. 80شکل (4-8)  نمودار ضریب شکست برای نمونه .. 81شکل (4-9) نمودار ضریب شکست برای نمونه .. 82شکل (4-10)  نمودار ضریب شکست برای سه نمونه .. 83شکل (4-11) نمودار ضریب شکست برای نمونه .. 84شکل (4-12)  نمودار ضریب شکست برای نمونه .. 85شکل (4-13)  نمودار ضریب شکست برای نمونه .. 86شکل (4-14) نمودار ضریب شکست برای سه نمونه .. 87چکیده امروزه مطالعات فراوانی در خصوص مواد نیمه هادی و اثر جا نشانی این مواد با مواد دیگر صورت گرفته است. ما در این پایان نامه خواص اپتیکی لایه های نازک  ZnO و ZnO آلاییده شده با Mn، تهیه شده به روش سل-ژل را مطالعه کرده ایم و ناهمواریهای سطحی لایه های نازک تهیه شده را توسط میکروسکوپ هم کانونی اندازه گرفته ایم.نتایج این تحقیق نشان می دهد که خواص اپتیکی لایه های  ZnO  خالص و آلاییده شده با Mn  با تغییر ناهمواری سطح تغییر میکند. واژگان کلیدی : میکروسکوپ هم کانونی، لایه های نازک، جا نشانی، سل ژل، خواص اپتیکی، ZnOمقدمه گفته می شود که در قرن 21 سه علم در عرصه زندگی انسان پیشرو سایر علوم می گردند. این سه علم بیوتکنولوژی، نانو تکنولوژی و فن آوری اطلاعات می باشند. از این میان نانو تکنولوژی یکی از پیامدهای زندگی مدرن می باشد. نیاز های همچون سرعت بیشتر، دقت افزونتر، فضای فیزیکی و بازتر و بالاخره رفاه مناسب تر، بیشتر را متوجه استفاده از ابزار کوچک از مرتبه یک میلیاردم متر نموده است. یکی از مهم ترین عرصه های فناوری نانو، لایه های نازک می باشد. از این رو در تحقیقات و صنایع امروزی نیمه هادی ها دارای کاربردهای فراوانی هستند چون خواص اپتیکی و الکتریکی جالبی از خود نشان می دهند.همچنین اثبات شده است که با افزودن نا خالصی به نیمه هادی ها، خواص اپتیکی و الکتریکی آنها تغییراتی پیدا کرده و عملکرد متفاوتی از خود نشان می دهند. یکی از نیمه هادی های بسیار پر کاربرد نیمه هادی اکسید روی می باشد که با توجه به خواص اپتیکی و الکتریکی خاصی که دارد کابرد های بسیاری در شاخه های مختلف علوم و فناوری را دارد. در این پایان نامه ZnO را با Mn جا نشانی کرده و پس از تهیه لایه نازک آن، نتایج این جا نشانی را بر خواص اپتیکی ZnO به دست می آوریم. اهمیت موضوع این پایان نامه در روش به کار رفته در تهیه لایه نازک می باشد که با توجه به حاصل شدن ساختار متفاوت نسبت به سایر روش های لایه نشانی، خواص اپتیکی این لایه ها اهمیت پیدا می کند.در فصل اول مقدمه ای برلایه های نازک و انواع روشهای لایه نشانی از جمله PVD، CVD و کندوپاش و سل ژل را آورده ایم، در فصل دوم خواص اپتیکی نیمه هادی ها، تعریف نیمه هادی ها، ZnO، وتوابع دی الکتریک را مورد بحث قرار داده ایم، در فصل سوم انواع روش های مطالعه لایه های نازک و ضخامت سنجی از جمله میکروسکوپ هم کانونی، بیضی سنجی، میکروسکوپ های AFM، SEM، TEM را به اختصار بررسی کرده ایم و در فصل چهارم کارهای تجربی را آورده و در مورد نتایج بدست آمده از نمونه ها بحث کرده ایم.مقدمه بررسی خواص فیزیکی ماده در طول صد سال اخیر آن قدر پیشرفت کرده است که امروزه علم فیزیک به گروه بزرگی از شاخه های خاص که اغلب شکاف بزرگی هم بین آنها وجود دارد، تقسیم شده است. این شاخه ها در واقع به علت گستردگی بسیار خود علم به وجود آمده اند، و عملاً با بخش خاصی که مطالعه می شود، و روش بررسی و چیزهایی از این قبیل متمایز می شوند. یکی از این شاخه های مهم و مستقل که درسال های اخیر توسعه یافته فیزیک لایه های نازک است. این شاخه از فیزیک با سیستم هایی سروکار دارد که فقط یک ویژگی مشترک دارند، یعنی آنهایی که یکی از ابعاد شان بسیار کوچک است، درحالی که ممکن است سایر خواص چنین سیستم هایی و همچنین روش های بررسی آنها متفاوت باشند.معمولاً ما در جست و جوی مشخصه های فیزیکی اجسام سه بعدی هستیم و خواص مشخصه این اجسام را هم غالباً برای واحد حجم در نظر می گیریم، یعنی فرض می کنیم که این مشخصه ها به حجم جسم بستگی ندارد. این فرض ما دام که ابعاد جسم «معمولی» یعنی کم و بیش در حد ماکروسکوپی باشد پذیرفتنی است، اما به محض این که با کوچک شدن یکی از ابعاد افزایش قابل ملاحظه ای در نسبت سطح به حجم پدید بیاید دیگر معتبر نیست. در صورت کاهش دو بعد دیگر هم تغییرات بیشتری را می توان مشاهده کرد. مثلا ذره های بسیار کوچک پخش شده در یک ماتریس یا لایه های بسیار نازک مشتمل بر نواحی مجزا بی هنجاریهای قابل ملاحظه ای را در خواصشان بروز می دهند.اگر لایه بسیاز نازکی از یک ماده را در نظر بگیریم، با وضعی مواجه هستیم که در آن دو سطح آن قدر به هم نزدیک اند که می توانند تأثیر به سزایی روی خواص فیزیکی داخلی و فرایند های جسم بگذارند. این کاهش فاصله بین سطوح، و برهمکنش متقابل آنها می تواند به پدیده های کاملاً جدیدی بیانجامد. علاوه بر این کاهش یک بعد ماده تا مرتبه چندلایه اتمی سیستم حد فاصلی بین ماکروسیستمها و سیستم هایی مولکولی پدید می آورد و به این ترتیب روشی برای بررسی ماهیت میکروفیزیکی فرایندهای گوناگون در دسترس قرار می دهد. مطالب بالا از جمله دلایل توجه فیزیک دان ها به موضوع لایه های نازک، و اختصاص شاخه کاملی از فیزیک به این موضوع، و رشد شاخه های فناوری مربوط به آن اند. 1-1 تعریف لایه های نازک به طور کلی لایه به ماده یا موادی گفته می شود که به صورت پوششی برروی یک سطح یا ماده می نشیند و باعث ایجاد خواص الکتریکی، فیزیکی و مکانیکی سطحی جدیدی می شود که نه خصوصیات ماده تشکیل دهنده آن را دارد و نه خصوصیات سطحی را که لایه برروی آن رسوبه شده است و خصوصیات سطحی زیر لایه را ارتقاء می بخشد. لایه های نازک را می توان به لایه های رسانا (فلزی)، لایه های نیمه رسانا، و لایه های نارسانا(عایق) از مواد معدنی و آلی تقسیم بندی کرد. در عموم روش های لایه نشانی، هنگامی که ماده از حالت توده ای به صورت ورقه خیلی نازکی از اتم ها. مولکول ها یا یون های مجزا در آیند و توسط چگالش روی سطح زیر لایه نشینند، پوششی ایجاد می شود که آن را لایه و یا فیلم می نامند. چگالش ذرات اتمی مولکولی یا یونی برای تشکیل لایه بر روی زیرلایه توسط فرآیند های فیزیکی و شیمیایی مختلفی صورت می گیرد. معمولاً اگر لایه تشکیل شده نازک باشد، خواص فیزیکی جدیدی از خود بروز می دهد که با خواص همان لایه به صورت توده ای متفاوت است که به این ترتیب می توان قابیلت های جدیدی به محصول افزود. اصولاً لایه ها و پوشش های مختلف از نقطه نظر ضخامت به سه گروه تقسیم می شوند که عبارتنداز:1- لایه های بسیار نازک با ضخامت کمتر از 50 آنگستروم (5نانومتر) .2-لایه های نازک با ضخامت بین 50 تا 5000 آنگستروم .3- لایه های ضخیم با ضخامت بیش از 5000 آنگستروم[1] .1-2 مراحل تشکیل لایه های نازک  عمدتاً سازو کار مختلف چگالش لایه نازک را بسته به شدت برهمکنش بین اتم های لایه در حال رشد و بین اتم های لایه و زیر لایه می توان تشخیص داد:الف)رشد لایه به لایه (سازوکار وَن در مرو)1  ب) هسته بندی سه بعدی، تشکیل، رشد و به هم پیوستن جزیره ها (سازوکارولمر- وِبِر)1ج)جذب سطحی تک لایه و هسته بندی بعدی روی این لایه (سازوکار استرانسکی-کراستانف)2در بیشتر موارد سازوکار (ب) صورت می گیرد و حالا ما آن را با تفصیل بیشتری بررسی می کنیم. با مشاهده لایه ها که مستقیماً در میدان دید میکروسکوپ الکترونی تبخیر می شوند، معلوم شده است که رشد لایه را معمولاً می توان به سه مرحله مشخص تقسیم کرد. این مرحله ها عبارتند از :1)هسته بندی، که در طول آن، هسته های کوچک تشکیل می شوند که به طور تصادفی روی سطح زیر لایه توزیع می شوند.2)رشد هسته ها و تشکیل جزیره های بزرگتر که اغلب شکل خرده بلور ها را دارند.3)به هم پیوستن جزیره ها و تشکیل شبکه ای کم و بیش متصل که دارای کانالهای خالی است.نکته مهمی که باید به آن توجه داشت این است که پس از رسیدن به تراکم مشخصی از هسته ها ذرات اضافی که به سطح برخورد می کنند دیگر تشکیل هسته نمی دهند، بلکه به هسته های موجود یا به جزیره های تشکیل شده، می چسبند. فرایند هسته بندی و رشد و به هم پیوستن جزیره های جدا اهمیت بنیادی در تشکیل ساختار لایه، یعنی اندازه خرده بلور ها، جهت آنها و غیره دارند[2-3] . 1-3 خواص لایه های نازک لایه های نازک خواص بسیار جالبی دارند که متفاوت از خواص توده ای مواد تشکیل دهنده آنها می باشد. در این مبحث به بررسی رفتار لایه های نازک از دیدگاه خواص مختلف آنها پرداخته شده است که این خواص شامل الکتریکی، خواص نوری، خواص مکانیکی، خواص شیمیایی و خواص حرارتی لایه های نازک می باشد. 1-3-1 خواص لایه نازک : خواص لایه های نازک نظیر خواص مکانیکی، نوری، الکتریکی و. . . به پارامتر های زیادی وابسته است که این پارامتر ها مربوط به روش تولید و کیفیت و نوع ماده زیر لایه خواهند بود. در مورد روش های لایه نشانی از پارامتر های مربوط به روش تولیدی می توان به میزان خلاء جریان گاز عبوری حین فرآیند رشد لایه، سرعت لایه نشانی و خلوص مواد پوشش اشاره کرد[4] . 1-3-2 خواص مکانیکی : یکی از خواص مهم لایه های نازک خواص مکانیکی می باشد. روش های مختلف تولید وساخت لایه های نازک، باعث ایجاد عیوب از جمله نابه جایی ها در لایه ها می شود چون در لایه های نازک این عیوب قابلیت حرکت ندارند در جای خود قفل می شوند. غلظت بالای نابه جایی ها و عدم تحرک آنها در لایه نازک سبب افزایش خواص مکانیکی نظیر سختی و مقاومت به سایش آنها می شود که قابل مقایسه با بالک ماده نیست. از طرفی، افزایش شدید غلظت نابه جایی ها موجب ایجاد تنش در ساختار لایه نازک می شود و از آنجا که مقداری تنش حرارتی نیز در لایه نازک ایجاد می شود که مقدار آن تابع اختلاف دمای لایه نشانی و دمای کاربردی لایه نازک می باشد (نظیر روش های CVD و PVD که در ادامه توضیح داده خواهد شد. )معمولاًبیشتر روش های لایه نشانی در دمای بالاتر از دمای محیط استفاده می شوند. رفتار مکانیکی لایه های نازک مانند استحکام و چسبندگی آنها سهم به سزایی در کارایی لایه های نازک دارد. عوامل مؤثر بر خواص مکانیکی شامل اندازه و شکل دانه های تشکیل شده درون لایه ها، حضور شخصی جاها، نابه جایی ها، خلل و فرج و. . . می باشد.تنش نوع اول، به این دلیل ایجاد می شود که اکثر فرآیند های لایه نشانی در دمای بالا انجام می شود و چون مواد مختلف، ضرایب انبساط گرمایی متفاوتی دارند، در هنگام لایه نشانی بین لایه، لایه های نازک به دو نوع تنش های گرمایی و تنش های ذاتی تقسیم می شود. دومین نوع تنش که به تنش ذاتی یا داخلی معروف است به عواملی چون فرایند های رشد غیر تعادلی بستگی دارد و موجب تشکیل ساختار های غیر تعادلی می شود. از دیگر خواص مکانیکی لایه های نازک استقامت کششی لایه های نازک می باشد که به طور کلی استقامت کششی لایه، تابع ضخامت لایه است[5] .تعداد صفحه : 105قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید