مطالعه فرآیند رشد نانولایه های نازک به وسیله مدل باریکه مولکولی- قسمت ۴

در این فرآیند معمولاً یک یا چند گاز در فشار پایین وارد راکتور شده و بین آن ها، بر روی سطح یا نزدیک زیرلایه، واکنشی صورت می گیرد. البته به دلیل ماهیت بعضی از گازها در ایجاد محصولات سمی و یا خورنده، در خلال فرآیند انباشت، بایستی درانتخاب گازهای مورد نظر توجه بسیاری کرد.
پوشش تولیدی در این روش دانسیته و خلوص بالایی داشته و جهت کاربردهایی نظیر قطعات الکترونیکی، لایه های نازک نیمه رسانا، لایه های نازک برای ابزار برشی و صنایع هوافضا استفاده می شود.[۲-۳[
این روش لایه نشانی میتواند موادی با خلوص بسیار بالا ایجاد کند که ساختار آن تا مقیاس اتمی یا نانومتری قابل کنترل باشد. از قدیمی ترین کاربردها می توان به ساخت رنگ دانه اشاره نمود. پودرهای TiO2 ، SiO2 ، Al2O3 ، Si3N4 و کربن سیاه به صورت روتین با این روش ساخته می شوند. گستره وسیعی از مواد شامل دی الکتریک ها، مواد تک کریستالی سیلیکن، مواد پلیمری و مواد فلزی با این روش قابل لایه نشانی می باشند. ]۱۰[
یکی از روش های متداول لایه نشانی شیمیایی بخار، استفاده از یک منبع تولید پلاسما است. از مزایای عمده این روش کاهش دمای انباشت نسبت به روش های معمولی است، در حالیکه به واسطه انرژی پشتیبان حاصل از پلاسما که به مولکول های گاز وارد می گردد، این کمبود انرژی جنبشی جبران می شود. از این سامانه اغلب برای انباشت اکسیدها و نیتریدها استفاده میشود.
۱-۵-۲-۲ آبکاری الکتریکی
آبکاری الکتریکی روش الکتروشیمیایی است که از آن برای ساخت لایه های نازک فلزی بر روی زیرلایه رسانای الکتریکی استفاده می شود. از محاسن این روش، قابلیت لایه نشانی فلزات، آلیاژها، مواد کامپوزیتی و انجام فرایند لایه نشانی در دمای اتاق می باشد. در این روش، در اثر اختلاف پتانسیل بین کاتد وآند، یون های مثبت فلز که در محلول الکترولیت می باشند، به سمت کاتد رفته و با گرفتن یک یا چند الکترون به اتم فلزی تبدیل می شوند، از طرف دیگر یون های منفی به آند رفته و با دادن الکترون های خود به آند، به یک نمک محلول تبدیل می شوند و به محلول باز می گردند. الکترون های جامانده در آند از طریق منبع تغذیه به کاتد می روند و به این ترتیب، جریان الکتریکی در مدار برقرار می شود. نتیجه به دام افتادن این الکترون ها، لایه نشانی یک فلز روی زیرلایه است. فاکتورهای مهم در این روش، pH و ترکیب شیمیایی حمام، چگالی جریان، دما و سرعت همزدن حمام می باشد.]۲-۳[
۱-۵-۲-۳ سل- ژل
فرآیند سُل- ژل یک روش شیمیایی تر، برای سنتز انواع نانوساختار ها به ویژه نانوذرات ‏اکسید فلزی می باشد. در این روش ماده در آب یا الکل حل ‏شده و با حرارت و همزدن در اثر هیدرولیز، به ژل تبدیل می شود. حال باید ژل ‏را خشک کرد که برای محلول الکلی می تواند با سوختن الکل انجام پذیرد. پس از خشک کردن ژل ‏آن را پودر می کنند. روش سل- ژل روش ارزانی است و به دلیل دمای پایین واکنش می توان کنترل مناسبی بر ترکیب ‏شیمیایی محصولات داشت. سل- ژل می تواند در فرآیند ساخت سرامیک ها به عنوان ماده قالب گیری در قالب ‏استفاده شود یا به عنوان حد واسط فیلم های خیلی نازک از اکسیدهای فلزی برای فرآیندهای مختلف ‏استفاده شود. مواد حاصل از روش تهیه سل- ژل می تواند در کاربردهای متفاوت نوری ، ‏الکترونیک، انرژی، سطح، سنسورهای زیستی ، دارویی و تکنولوژی جداسازی ‏به کار برده شود. ]۲[
فصل دوم: مفاهیم رشد و بررسی مدل های پیوسته و گسسته
از دیدگاه شبیه سازی، مدل های مختلفی برای رشد لایه نازک پیشنهاد شده، مدل رشد گسسته و مدل رشد پیوسته. فرآیند رشد در مقیاس میکروسکوپیک، به صورت گسسته و در مقیاس ماکروسکوپیک به صورت پیوسته انجام می شود.
رشد گسسته شامل مدل های مختلفی از جمله، مدل لایه نشانی تصادفی[۲۶]، لایه نشانی بالستیک[۲۷] و لایه نشانی تصادفی همراه با نرم سازی[۲۸] و رشد پیوسته شامل معادلاتی مانند ادوارد-ویلکینسون و… می باشد.
۲-۱ مدل لایه نشانی تصادفی
لایه نشانی تصادفی ساده ترین مدل رشد است. یک ذره از محلی تصادفی در بالای سطح به صورت قائم سقوط می کند تا به یک ستون ذره برسد و بدون در نظر گرفتن ارتفاع همسایه های مجاور، در بالای ستون می نشیند]. ۱۶[
شکل۲-۱: تصویرشماتیک مدل لایه نشانی تصادفی
۲-۲ مدل لایه نشانی بالستیک
لایه نشانی بالستیک نشان دهنده یک مدل متراکم چسبناک است و به وسیله آن صفات یک توده متخلخل مورد مطالعه قرار می گیرد. در این مدل ذره از یک موقعیت تصادفی در بالای سطح به صورت قائم سقوط می کند و در مسیر خود به نزدیکترین خانه می چسبد. ذرات با در نظر گرفتن ارتفاع همسایه های مرتبه اول خود و مقایسه آن با ارتفاع سایت زیرین خود، به اولین موقعیتی که می رسند با آن می چسبند و به این ترتیب باعث به وجود آمدن یک توده متخلخل می شوند، به همین دلیل به این مدل نزدیکترین همسایگی[۲۹] (nn) می گویند. در مدل ذرات با در نظر گرفتن ارتفاع همسایه های مجاور در سایتی با حداکثر ارتفاع مستقر می شوند.]۱۶[
شکل ۲-۲ : تصویر شماتیک مدل لایه نشانی به روش بالستیک
تفاوت این دو مدل در این است که در مدل ستون ها کاملا مستقل از یکدیگر رشد می کنند و ارتفاع فصل

این نوشته را هم بخوانید :   مطالعه فرآیند رشد نانولایه های نازک به وسیله مدل باریکه مولکولی- قسمت ۱۷

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

مشترک در یک ستون به ارتفاع ستون های مجاور بستگی ندارد و سطوح رشد داده شده غیر همبسته اند. درحالیکه در مدل ستونها به یکدیگر وابسته اند. این وابستگی در طول سطح بیرونی گسترش می یابد و این نشان دهنده این است که مکان های متفاوت بر روی سطوح خارجی کاملا مستقل از یکدیگر نیستند و به هم وابسته اند. در این مدل به محض ورود، ذرات به اولین موقعیت نزدیک و مجاور خود می چسبند و به این ترتیب ارتفاع ذره جدید مساوی یا بیشتر از ذرات مجاورش خواهد شد. در این مدل علاوه بر رشد در راستای قائم، ارتفاع در راستای افقی نیز گسترش می یابد، زیرا ارتفاع ذره بعدی که می نشیند مساوی یا بیشتر از ارتفاع ذره ماقبل خود است.]۱۶[
۲-۳ مدل لایه نشانی تصادفی همراه با نرم سازی
در مدل RD ذرات بدون در نظر گرفتن ارتفاع همسایه های مجاور در سایت زیرین خود می نشستند، اما اگر پس از نشست ذرات در جای خود باقی نمانند و به آن ها اجازه داده شود تا در گستره محدودی از سطح جا به جا شوند و با در نظر گرفتن ارتفاع همسایه های اطراف، به پایین ترین موقعیت نسبی خود برسند، یعنی بر روی همسایه ای بنشینند که پایین ترین ارتفاع را دارد، مدل لایه نشانی تصادفی همراه با نرم سازی شکل می گیرد و به همین علت سطوح به دست آمده نسبت به سطوح لایه نشانی شده در مدل RD هموارترند. دراین مدل به دلیل حرکت ذرات بر روی سطح یک وابستگی بین ارتفاع های مجاور ایجاد می شود و منجر به ایجاد یک سطح یکنواخت وابسته می شود و در نهایت، این وابستگی اشباع شدن سطح را به دنبال خواهد داشت .]۱۶-۱۷[
شکل ۲-۳ : تصویر شماتیک مدل لایه نشانی تصادفی همراه با نرم سازی
۲-۴ همبستگی در طول فرآیند رشد
تمام ناحیه تعریف شده ای که در آن وابستگی وجود دارد، طول همبستگی نامیده می شود و با علامت نشان داده می شود. در ابتدای فرآیند رشد مکان ها هیچ ارتباطی به یکدیگر نداشتند اما با افزایش زمان این وابستگی رو به افزایش است، البته در یک سیستم محدود نمی تواند به صورت نامحدود افزایش یابد و اندازه آن توسط اندازه سیستم (L) محدود می شود. هنگامی که طول وابستگی با سایز سیستم برابر شود در تمام فصل مشترک وابستگی ایجاد می شود و نتیجه آن اشباع شدن زبری فصل مشترک است. به همین علت در مدل BD چون در راستای افقی نیز رشد سطح داریم، پس طول وابستگی افقی قابل تعریف است و با گذشت زمان و برابر شدن آن با طول سیستم اشباع صورت می گیرد ولی چون در مدل RD در راستای افقی رشدی نداریم پس طول وابستگی صفر است، در این مدل با گذشت زمان فصل مشترک اشباع نمی شود.]۱۶[
۲-۵ تعاریف متداول در رشد سطح
۲-۵-۱ ناهمواری
یک سطح برای انباشت ذرات مانند شکل ( ۲-۲) در نظر می گیریم.  ارتفاع سایت تصادفی در لحظه است. در زمان توصیف فرآیند رشد به دلیل تصادفی بودن آن به راحتی امکان پذیر نیست. به منظور کمی کردن فرآیند رشد و بررسی پهنای موجود در فصل مشترک سطح رشد یافته، دو تابع از اهمیت بسزایی برخوردارند:
متوسط ارتفاع سطح در حال رشد:
ارتفاع میانگین سطح، متوسط ارتفاع بین سایت های مختلف را اندازه می گیرد. برای این منظور اگر ارتفاع در سایت i ام و در زمان t به اندازه  باشد، در آن صورت متوسط ارتفاع به این صورت خواهد بود:

(۲-۱)

که در آن L اندازه سیستم در حال رشد است.
پهنای فصل مشترک :
توسط این تابع می توان ناهمواری فصل مشترک را توصیف کرد و این ناهمواری را توسط واریانس کمی نمود.