مطالعه فرآیند رشد نانولایه های نازک به وسیله مدل باریکه مولکولی- قسمت ۲

(۱-۱)

در رابطه بالا طول پویش آزاد الکترون، تعداد حامل های بار، بار الکترون، جرم الکترون و سرعت میانگین الکترون ها در ناحیه فرمی است].۷-۶[
۱-۳-۳ خواص مغناطیسی
اساس خاصیت مغناطیسی مواد به چرخش الکترون به دور خود یا اسپین الکترون مربوط است. مطابق شکل (۱-۲) که مربوط به نمودار تعیین مواد فرومغناطیس وآنتی فرو مغناطیسی است ] ۵[، اگر نسبت R/r(شعاع اتم به شعاع اوربیتال تک الکترونی)به گونه ای باشد که میزان انرژی تبادلی [۸]در ناحیه مثبت قرار گیرد، ماده می تواند خاصیت مغناطیسی از خود نشان دهد.]۸[
مقصود از انرژی تبادلی مقدار انرژی است که موجب موازی شدن اسپین الکترون ها می شود. به منطقه ای که در آن اسپین الکترون ها موازی و هم جهت هستند، ناحیه مغناطیسی[۹] گفته می شود.
شکل ۱-۲ : نمودار تعیین میزان انرژی تبادلی
فلزات واسطه نظیر Fe و Co و NiوGd جزء مواد مغناطیسی طبیعی هستند. اندازه دومین ها در حدود  ۵۰ میکرومتر می باشد. با کاهش ضخامت لایه نازک خاصیت مغناطیسی نیز کاهش می یابد، زیرا در این حالت به علت افزایش تعداد الکترون های سطحی و آزادی بیشتر این الکترون ها، به سختی می توان همه آن ها را هم جهت و موازی نمود. کاهش بیشتر ضخامت لایه های نازک به کمتر از اندازه دومین مغناطیسی می تواند آنها را به لایه های پارا مغناطیس تبدیل کند. اما در لایه های نازک، آثار پارا مغناطیس و دیا مغناطیس به قدری ضعیف است که به سختی آشکار می شود. خواص فرو مغناطیس به دمای زیرلایه، آهنگ لایه نشانی و اجزای سازنده بستگی دارد. با استفاده از فلزات مغناطیسی(Fe و Co وNi ) می توان لایه های نازک فرومغناطیس را تولید نمود که کاربرد وسیعی در ابزار حافظه کامپیوتر دارند، زیرا در لایه های نازک به علت کاهش تعداد دومین ها، زمان مغناطیس شدن و مغناطیس معکوس، کاهش می یابد. خاصیت مغناطیسی لایه های نازک به شدت به مورفولوژی و میکروساختار و تاحدودی به شکل هندسی لایه بستگی دارد.]۲-۴[
۱-۳-۴ خواص نوری
پدیده های مختلف نوری در مواد شامل بازتاب[۱۰]، جذب[۱۱]، عبور[۱۲]و تداخل[۱۳]نور می باشد.
(۱-۲)
به طوری که  درصد بازتاب،  درصد جذب،  درصد عبور و  درصد پراکندگی نور می باشد. پارامترهای اصلی واکنش نور با لایه های نازک شامل ضریب شکست ( n)و ثابت جذب (k) می باشد. به طور کلی هیچ ماده ای وجود ندارد که نور را کاملا جذب کند یا آن را به طور کامل بازتاب کند. تمام جامدات قسمتی از نور را جذب و قسمتی از آن را بازتاب می کنند. چنانچه در ماده ای، k>>nباشد یعنی در آن ماده جذب بالا اتفاق می افتد مانند مواد عایق و دی الکتریک ها. در لایه های نازک در محدوده نانومتری با ضخامت بالاتر از  ۱۰ نانومتر، ضریب شکست لایه از ضریب شکست همان ماده در حالت توده کوچکتر است و در مقابل، ضریب جذب آن بالاتر از حالت توده ای ماده است، پس بنابراین لایه های نازک جذب نور بالاتری دارند. درجه افزایش k و کاهش n تابع پارامترهای لایه نشانی نظیر نحوه لایه نشانی، تخلخل لایه و ضخامت آن می باشد. معمولا برای لایه نشانی با اهداف نوری، از روش های فیزیکی استفاده می شود. از تغییراتی که در ثابت های جذب و بازتاب لایه نازک ایجاد می شود، می توان در کاربردهای وسیعی نظیر آینه ها و لایه های ضدانعکاس استفاده نمود، همچنین بیشترین کاربرد آن مربوط به سیستم های چندلایه است که با ترکیب چند لایه با ضخامت ها و ضریب شکست های متفاوت ایجاد می شود.[۴-۳[
۱-۳-۵ خواص شیمیایی
در لایه های نازک به علت سطح تماس زیاد لایه با محیط، واکنش پذیری لایه نسبت به ماده توده ای افزایش می یابد، لذا از این خاصیت لایه های نازک می توان به عنوان سنسور شناسایی مواد شیمیایی استفاده نمود. ]۴[
۱-۳-۶ خواص حرارتی
از آن جا که لایه های نازک از نسبت سطح به حجم بالایی برخوردارند، لذا تعداد اتم های سطحی بیشتری دارند و چون اتم های سطحی ماده آزادی عمل بیشتری نسبت به اتم های درون شبکه دارند، به همین دلیل دمای ذوب لایه نازک کمتر از دمای ذوب همان ماده در حالت توده ای است.[۴-۷[
۱- ۴ اهمیت و کاربرد لایه نازک
در سال های اخیر، علم لایه های نازک در میان سایر علوم رشد قابل ملاحظه ای داشته و حجم وسیعی از تحقیقات را به خود اختصاص داده است. لایه های نازک با ضخامت زیر میکرونی، با خواصی ناشی از دو ویژگی اصلی آن ها که شامل نازک بودن سطح و بزرگی فوق العاده نسبت سطح به حجم است، کاربردهای فراوانی در فناوری های نوین یافته اند. برخی از خصوصیاتی که در اثر نازک بودن سطح به وجود می آید، شامل افزایش مقاومت ویژه، ایجاد پدیده تداخل نور، پدیده تونل زنی، مغناطیس شدگی سطحی، تغییر دمای بحرانی ابررساناها می باشد و همچنین برخی از خصوصیاتی که از بزرگی سطح لایه های نازک ناشی می شود شامل پدیده جذب سطحی فیزیکی، پدیده جذب سطحی شیمیایی، پدیده پخش و فعالسازی می باشد.
بی شک رشد چشمگیر ارتباطات، پردازش اطلاعات، ذخیره سازی، صفحه های نمایش، صنایع تزئینی، وسایل نوری، مواد سخت و عایق ها نتیجه تولید لایه های نازک براساس فناوری های نوین می باشد. با توجه به عملکرد و خواص لایه های نازک، می توان

این نوشته را هم بخوانید :   دسترسی متن کامل - درک زوجین از عملکرد خانواده هنگام و قوع سرطان در یکی از آنها ...

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت azarim.ir مراجعه نمایید.

از آنها جهت بهبود تکنولوژی هایی نظیر سلول های خورشیدی و سنسورها نیز استفاده نمود. اهمیت عمده لایه های نازک در صنایع الکترونیک، میکروالکترونیک و صنایع نوری می باشد که در سال های اخیر با پیشرفت فناوری نانو، رشد قابل ملاحظه ای را در اصلاح خواص سطحی مواد داشته است و این تحولات در سال های اخیر، خود ناشی از پیشرفت در فناوری خلاء، تولید میکروسکوپ های الکترونی و ساخت وسایل دقیق و پیچیده شناسایی مواد می باشد. از نقطه نظر تاریخی در ابتدا تکنولوژی لایه نازک در صنایع مدارهای مجتمع استفاده شد و در طی ۴۰ سال اخیر، نیاز صنایع به ابزارهای کوچکتر و سریعتر، تکنولوژی و فیزیک لایه های نازک را جهت رسیدن به این هدف بهبود بخشید. امروزه کاربرد لایه نشانی در صنایع، موضوع توسعه یافته ای است به گونه ای که بخش بزرگی از زندگی مدرن را مدیون توسعه صنعت لایه نشانی می دانند.]۲-۹[
۱-۵ روشهای ساخت لایه نازک
در علم لایه نازک، فرآیند لایه نشانی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بر اساس معیارهای مختلف، دسته بندی های متعددی ارائه شده که مهمترین آن تقسیمات بر اساس نوع فرآیند است. روش های سنتز لایه های نازک به دو دسته عمده، روش های فیزیکی و روش های شیمیایی تقسیم بندی می شوند.]۲-۳ [
روش های ساخت لایه نازک
شیمیایی
فیزیکی
سل ژل
آبکاری الکتریکی
انباشت بخار
تبخیری
کندوپاش
تبخیرمقاومتی
تفنگ الکترونی
باریکه مولکولی خالص(MBE)
تبخیرلیزری
DC
RF
مگنترون
شکل ۱-۳ : نمودار روش های ساخت لایه نازک