1-3-7 خواص حرارتی : 9

1-4 روش های تهیه لایه های نازک.. 10

1-5 رسوب فیزیکی بخار PVD : 10

1-6 روش تبخیر حرارتی : 11

1-6-1 تبخیر حرارتی مقاومتی.. 11

1-6-2 روش تبخیر حرارتی پرتو الکترونی : 11

1-6-3 روش تبخیر حرارتی لیزری.. 12

1-6-4 روش آنی تبخیر. 12

1-6-5  تبخیر با استفاده از قوس الکتریکی : 12

1-7 کند وپاش… 13

1-8 رسوب شیمیایی بخار CVD.. 13

1-9  اپی تکسی باریکه مولکولی  : MBE.. 15

1-10   لایه گذاری به وسیله پالس لیزری PLD  : 15

1-11  لایه نشانی حمام شیمیایی CBD  : 16

1-12  روش لایه نشان سل ژل. 16

1-12-1 مراحل فرآیند سل ژل. 18

فصل 2. 25

نیمه هادی ها و بررسی خواص اپتیکی.. 25

مقدمه. 25

2-1 نیمه هادی ها 26

2-2 نیمه هادی های نوع N و P. 26

2-3 گاف انرژی.. 28

2-4  نظریه نوار ها 28

2-4-1  نوار های الکترونیکی.. 29

 

2-4-2 جابه جایی بین نواری.. 29

2-5  مواد از نظر گسیل فوتونی.. 30

2-5-1  گاف انرژی مستقیم و غیر مستقیم : 30

2-6 وابستگی گاف انرژی به دما و فشار. 33

2-7 ماهیت نور. 34

2-8  بیان کمی پدیده ها اپتیکی.. 34

2-8-1 فرآیند جذب… 35

2-9  مدل سازی تابع دی الکتریک… 37

2-9-1 مدل تاک لورنتز. 37

2-10 نیمه هادی .. 38

فصل 3. 41

انواع روش های اندازه گیری ناهمواری های سطح لایه های نازک.. 41

مقدمه. 41

3-1 میکروسکوپ هم کانونی.. 42

3-1-1  اساس کار میکروسکوپ هم کانونی.. 43

3-1-2  پارامتر های اپتیکی در میکروسکوپ هم کانونی.. 51

3-2 میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) 53

3-2-2 آشکار سازی جهت گیری تیرک.. 55

3-2-3 مدهای مختلف AFM… 56

3-2-4 مدهای تماسی.. 57

3-2-5 روش های شبه تماسی.. 58

3-3 میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 59

3-4  میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) 61

3-4-1 میکروسکوپ الکترونی عبوری.. 62

3-4-2  عملکرد میکروسکوپ… 62

3-5  مزیت و توانمندی های هر یک از میکروسکوپ ها 63

3-6 محدودیت های هر یک از این روش ها 64

3-7  بیضی سنجی.. 65

3-7-1  اساس کار بیضی سنجی.. 65

فصل 4. 68

کارهای آزمایشگاهی، بحث و نتیجه گیری.. 68

مقدمه. 68

4-1 روش های عملی و ساخت نمونه ها 69

4-2  اندازه گیری ناهمواری سطح و بستگی ضرایب اپتیکی به آن. 71

4-3  نتیجه گیری.. 88

4-4 پیشنهادات… 89

منابع و مراجع. 90

فهرست شکل ها

یک مطلب دیگر :

عنوان                                                                           صفحه

شکل (1-1) نمای کلی از تمامی مراحل سل ژل. 19

شکل (2-1) باند های انرژی برای نیمه هادی نوع n. 28

شکل (2-2) باندهای انرژی برای نیمه هادی نوع P.. 28

شکل (2-3) نمایش باندهای انرژی.. 29

شکل (2-4) تصویر گاف انرژی نیمه هادی ها به صورت : الف) غیر مستقیم  ب) مستقیم. 32

شکل (2-5) فرآیند جذب اساسی در نیمه هادی را نشان می دهد. 36

شکل (2-6)ساختار فضایی ZnO دارای ثابت های شبکه cو a. 40

شکل (2-7)ساختار شش ضلعی ZnO 40

شکل (3-1) نمای شماتیک میکروسکوپ هم کانونی.. 45

شکل (3-2)اساس عملکرد میکروسکوپ هم کانونی.. 46

شکل (3-3) نمودار توزیع و پخش بسامد. 50

شکل(3-4) شماتیک اصول عملکرد AFM… 55

شکل (3-5) در بیان جابجایی عمودی و افقی باریکه لیزر بازتابیده به تیرک بر اثر نیروی عمود و مماس بر افق وارد بر تیرک . 57

شکل (3-6) خمیدگی  تیرک موجب جابه جایی  باریکه لیزر بازتابیده بر روی دیود نوری می شود. 57

شکل (3-7) نیروهای وارد بر تیرک در فاصله های مختلف از سطح نمونه. 58

شکل (3-8) مقایسه نمادین بین حالت تماسی و حالت غیر تماسی.. 59

شکل (3-9) طرحی از میکروسکوپ الکترونی روبشی.. 60

شکل (3-10) سه نوع سیگنال در مد رسانایی SEM : 61

شکل(3-11)نمای شماتیک از عملکرد میکروسکوپ الکترونی عبوری 64

شکل (3-12) طرح واره بیضی سنج که شامل منبع نور، قطبی کننده، جبران کننده، آنالیزور و آشکارساز است… 67

شکل (3-13)در بیضی سنجی زاویه تابش با زاویه بازتاب برابر است… 68

شكل (4-1) نمودار ناهمواری برای نمونه .. 73

شکل (4-2)  نمودار ناهمواری برای نمونه .. 74

شکل (4-3) نمودار ناهمواری برای نمونه .. 75

شکل (4-4) نمودار ناهمواری برای نمونه .. 76

شکل (4-5)  نمودار ناهمواری برای نمونه .. 77

شکل (4-6)  نمودار ناهمواری برای نمونه .. 78

شکل (4-7)  نمودار ضریب شكست برای نمونه .. 80

شکل (4-8)  نمودار ضریب شكست برای نمونه .. 81

شکل (4-9) نمودار ضریب شكست برای نمونه .. 82

شکل (4-10)  نمودار ضریب شكست برای سه نمونه .. 83

شکل (4-11) نمودار ضریب شكست برای نمونه .. 84

شکل (4-12)  نمودار ضریب شكست برای نمونه .. 85

شکل (4-13)  نمودار ضریب شكست برای نمونه .. 86

شکل (4-14) نمودار ضریب شكست برای سه نمونه .. 87

چکیده

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، ZnO

مقدمه

 

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.

فصل اول