منابع و ماخذ پایان نامه مورفولوژی، فناوری های نوین، پردازش اطلاعات، فناوری نانو

شود.]۲-۳-۴[
۱-۳-۲ خواص الکتریکی
بررسی خواص الکتریکی مواد، عمدتا براساس نظریه نواری صورت می گیرد، که در آن ترازهای انرژی الکترونی و چگالی حالت ها، فلز یا نیم رسانا و یا عایق بودن ماده را تعیین می کنند. این ترازهای انرژی در توده مواد و در سطح مربوط به لایه های نازک با یکدیگر متفاوتند، به این صورت که برخی از ترازهای انرژی ممنوعه در حالت توده مواد، تبدیل به ترازهای گسسته مجاز می شوند و همچنین در فصل مشترکی که دو سطح با یکدیگر برهم کنش دارند،‌ ترازهای انرژی دیگری تحت تاثیر قرار می گیرند. کاربرد این مباحث در اتصالات بین قسمت های مختلف مدارهای مجتمع، وسایل میکروالکترونیک، الکترونیک و… با استفاده از لایه های نازک می باشد.]۲[
در مواد رسانا صرف نظر از اینکه یک ماده توده یا لایه نازک باشد، تعدادی حامل بار الکتریکی با سرعت مشخص در میدان الکتریکی حرکت می کند که سبب عبور جریان در ماده می شود. در مورد لایه نازک علاوه بر اینکه تعداد حامل های بار کاهش می یابد، به علت کاهش ضخامت لایه، حرکت الکترون ها نیز محدود می شود. به همین علت الکترون ها با اندک انحراف۶ از مسیر حرکتشان، باعث کاهش رسانایی می شوند. فاصله یک انحراف از مسیر حرکت تا انحراف دیگر را طول پویش آزاد میانگین۷ می نامند که رسانایی ماده تابع این پارامتر است. ضخامت لایه نازک می تواند کمتر از طول پویش آزاد آن گردد، که در این حالت، الکترون ها دائما با دیواره لایه نازک برخورد می کنند و رسانایی ماده بسیار کاهش می یابد و این به معنی افزایش شدید مقاومت الکتریکی لایه نازک خواهد بود. در لایه های نازک فلزی، مقاومت الکتریکی بیشتر از حالت توده ای ماده است که این میزان با افزایش ضخامت لایه نازک، کاهش پیدا می کند. در ساخت لایه های نازک، سه نوع مورفولوژی می تواند ایجاد شود:
لایه ساختار کاملا منسجم داشته باشد.
لایه دارای تخلخل باشد.
لایه بصورت ذرات جدا از هم تشکیل شود.
خواص الکتریکی لایه های نازک شدیدا به مورفولوژی آن ها بستگی دارد. در این میان، بهترین رسانایی مربوط به لایه های نازک منسجم و کمترین رسانایی در لایه هایی با ذرات جدا از هم می باشد. در لایه های فلزی منسجم نیز، رسانایی بسیار بیشتر از لایه های فلزی غیر منسجم است اما برخلاف لایه های فلزی منسجم، با افزایش دما رسانایی لایه های فلزی غیر منسجم افزایش می یابد.
رسانایی لایه نازک منسجم(σ) به این ترتیب قابل محاسبه است:
(۱-۱)
در رابطه بالا l طول پویش آزاد الکترون، n تعداد حامل های بار، eبار الکترون، m جرم الکترون و V 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 ۸در 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 مغناطیسی۹ 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 بازتاب۱۰، جذب۱۱، عبور۱۲و تداخل۱۳نور 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، knباشد 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 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 [
شکل ۱-۳ : نمودار روش های ساخت لایه نازک
۱-۵-۱ روشهای فیزیکی
قدیمی ترین روش ساخت لایه های نازک، روش فیزیکی است که در سال ۱۸۵۷ توسط فارادی با تبخیر یک فیلامان فلزی انجام شد. این فرآیند شامل دو روش تبخیری۱۴ و پراکنش (کندوپاش۱۵) می باشد.
۱-۵-۱-۱ روشهای تبخیری
در این روش ماده مورد نظر درون محفظه ای با فشار معین (معمولا فشار کمتر از ۱ اتمسفر) قرار می گیرد، سپس با اعمال حرارت تبخیر شده و بخار حاصل بر روی زیر لایه کندانس می شود. در این روش، نوع و شکل فیلامان گرم کننده روی سرعت پوشش دهی و خصوصیات لایه تشکیل شده تاثیر می گذارد. باید در انتخاب فیلامان دقت نمود، زیرا فشار بخار فیلامان نبایستی از فشار بخار هدف۱۶ مورد نظر بیشتر باشد، تا به هنگام تبخیر هدف، فیلامان همراه با آن تبخیر نشود.
از جمله موادی که با این روش لایه نشانی می شوند آلومینیوم،کروم، مس، طلا، نیکل، کادمیم، پالادیم، تیتانیم، تنگستن و تانتالیم می باشند. معمولا فیلامان ها از یک ماده دیرگداز نظیر تنگستن یا گرافیت انتخاب می شوند. اما چنانچه هدف، ساخت لایه های نازک دیرگداز مثل تنگستن و تانتالیم باشد، بایستی از روش قوس الکتریکی برای تبخیر آن استفاده نمود. در تکنولوژی های بالاتر، از روش پرتو الکترونی با انرژی بالا جهت تبخیر ماده استفاده می شود. در این روش با کنترل ولتاژ شتاب دهنده الکترون، انرژی پرتو الکترونی تنظیم شده و حرارت به صورت متمرکز بر روی هدف اعمال می گردد.[۲-۳[
لایه نشانی به روش تبخیری شامل روش تبخیر مقاومتی، روش تفنگ الکترونی، روش  تبخیر لیرزی و روش باریکه مولکولی خالص۱۷ می باشد، که در ادامه به تفصیل آن را

نظری بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *