انتخاب صفحه

فهرست مطالب

چکیده…………………………………………………………………………………………………… 1

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل اول معرفی دستگاه پلاسمای کانونی

     اگر چه نمی توان منکر استفاده از انرژی های تجدید ناپذیر از قبیل انرژی باد، خورشید و … شد، اما نمی توان غول صنعت را فقط با انرژی های تجدید ناپذیر سیر کرد. بعلاوه منابع اولیه انرژی های شناخته شده در روی کره زمین فقط برای پانصد سال کفایت خواهد کرد و وسایل زیست محیطی چنان دست و پای بشر را بسته است که متخصصان امر، همین پانصد سال را نیز ناشدنی می پندارند و بنابراین باید در جستجوی منبع انرژی دیگری بود.      امروزه پیشرفت روز افزون بشر سبب شده است که نیاز انسان به تأمین انرژی به حدی زیاد شود که سوخت های فسیلی دیگر نتوانند جوابگوی نیازهای صنعتی باشند. از اینرو متخصصان و دانشمندان به فکر استفاده از انرژی های هسته ای افتاده اند. فرایند شکاف هسته ای که هم اینک در راکتورهای تولید انرژی مورد استفاده قرار می گیرد به علت تولی زباله های رادیواکتیو چندان مورد پسند نیستند، در حالیکه فرایند هم جوشی هسته ای بسیار از این جهت مطلوب تر می باشد زیرا که منجر به محصولاتی می شود که مانند زباله های حاصل از شکاف هسته ای خطرناک نمی باشند. از این رو به علت پاک بودن این انرژی توجه زیادی به آن می شود.     در راستای انجام تحقیقاتی برای دستیابی به این تکنولوژی دستگاه پلاسمای کانونی ساخته شد. این دستگاه در ابتدا به عنوان منبع تولید نوترون های پر انرژی ساخته شد ولی پس از مدتی به عنوان یک دستگاه کم هزینه و با کاربردهای چندگانه مورد توجه دانشمندان و به خصوص دانشمندان کشورهای در حال توسعه قرار گرفت.     دستگاه پلاسمای کانونی در اواخر دهه 1985، اوایل دهه 1960، توسط فیزیکدانان اولی (فیلیپوف) و فیزکدانان آمریکایی (مدر) ساخته شد و به سرعت به عنوان دستگاهی کارا و جالب برای تولید پلاسما و تابش های آن مورد توجه قرار گرفت. پلاسمای کانونی (PF) از هنگام اختراعش در دهه 1960 قویترین چشمه پلاسمایی نوترون به شمار می رفت، تا اینکه با اختراع روش گرمایش توکامک با اشعه خنثی این دستگاه جای پلاسمای کانونی را به عنوان قویترین چشمه پلاسمایی نوترون گرفت. ولی ارزانی و سادگی سیستم پلاسمای کانونی باعث شده که برای استفاده های مختلفی مورد توجه قرار گیرد. حتی آژانس بین المللی انرژی اتمی نوعی از این دستگاه ها را برای جهان سوم طراحی کرد.      دستگاه پلاسمای کانونی می تواند به عنوان منبع تولید اشعه ایکس سخت و نرم به کار رود  که به علت پالسی بودن این اشعه می تواند برای عکسبرداری از وسایل سریع مانند موتور هواپیما به کار رود. از دیگر کاربردهای این دستگاه تولید الکترون و یون می باشد که فرآیند تولید آنها در بخش های بعدی توضیح داده می شود.      یون های حاصل از این دستگاه می تواند برای کاشت یون استفاده شود. البته مهمترین کاربرد دستگاه پلاسمای کانونی، تحقیقات راجع به همجوشی هسته ای در هسته های سبک از قبیل دوتریم، تریتیم، هلیم و لیتیم است.

پلاسما:       پلاسما حالت گازی شکل از ماده است که در آن بر اثر دمای زیاد، اتم های ماده یونیزه شده و گازی متشکل از الکترون ها و یون ها، تولید می شود. با تبدیل شدن یک ماده به پلاسما، خواص جدیدی در آن ظاهر می شود. بر خلاف گازهای معمولی ( که اتم خنثی دارند)، پلاسما می تواند هادی جریان الکتریکی باشد، از خود نور گسیل کند، تحت تأثیر امواج الکترومغناطیسی قرار بگیرد و رفتار جمعی از خود نشان دهد که نه تنها به شرایط موضعی بلکه به حالت پلاسما در مناطق دور نیز بستگی دارد.

پینچ (pinch):     پینچ پلاسما در حقیقت فشرده شدن پلاسما توسط میدان مغناطیسی ناشی از جریان الکتریکی می باشد. در سیستم های پلاسمای کانونی که در بخش بعد توضیح داده خواهد شد، یک جریان الکتریکی نسبتاً زیاد به هنگام تخلیه الکتریکی در داخل پلاسما ایجاد می شود که در اثر بر هم کنش با میدان مغناطیسی بوجود آمده از میدان الکتریکی فشرده می شود و پلاسمای موجود در سیستم را نیز فشرده می نماید. این پدیده به اثر پینچ در پلاسما معروف است. اثر پینچ اساس محصور سازی مغناطیسی پلاسما در سیستم هایی نظیر پینچ در راستای z ، پینچ در راستایө و پلاسمای کانونی می باشد. به این ترتیب می توان گفت که عامل اصلی پینچ پلاسما، بر هم کنش یک جریان الکتریکی قوی با میدان مغناطیسی ناشی از خود آن می باشد.

مقدمه…………………………………………………………………………………………………….. 3

پلاسما ……………………………………………………………………………………………………. 4

پینچ ……………………………………………………………………………………………………….. 5

پلاسمای کانونی…………………………………………………………………………………………. 5

معرفی عمومی پلاسمای کانونی……………………………………………………………………… 7

مشخصات کلی پلاسمای کانونی شده………………………………………………………………. 8

چهار بخش اساسی در دستگاه پلاسمای کانونی…………………………………………………… 9

دستگاه پلاسمای کانونی نوع مدر و فیلیپوف……………………………………………………….. 10

برخی کاربردهای دستگاه پلاسمای کانونی…………………………………………………………. 11

دینامیک دستگاه پلاسمای کانونی……………………………………………………………………. 12

عملکرد پلاسمای کانونی……………………………………………………………………………….. 14

فاز شکست………………………………………………………………………………………………. 15

فاز رانش محوری…………………………………………………………………………………………. 16

فاز شعاعی………………………………………………………………………………………………. 17

1- فاز تراکم………………………………………………………………………………………………… 18

2- فاز ساکن……………………………………………………………………………………………….. 21

3- فاز ناپایداری…………………………………………………………………………………………… 22

4- فاز فروپاشی…………………………………………………………………………………………. 23

عوامل مؤثر در کارآیی سیستم‌های پلاسمای کانونی……………………………………………….. 24

پرتوهای ساطع شده از سیستم پلاسمای کانونی…………………………………………………… 26

پرتو ایکس………………………………………………………………………………………………….. 26

تولید نوترون………………………………………………………………………………………………. 27

تولید یون………………………………………………………………………………………………… 28

فصل دوم برخی روش‌های لایه‌نشانی و دستگاه‌های آنالیز فیلم‌های نازک لایه‌نشانی شده

 زمانی که یک پرتوی یونی، الکترونی و یا نوری با انرژی کافی بر سطح جامد فرود آید، اتم های تشکیل دهنده جسم از سطح آن آزاد شده و در فضا پراکنده می شوند که این پدیده به کندوپاش مرسوم است. این پدیده برای اولین بار در سطح داخلی ظرفی که در آن تخلیه الکتریکی شده است و در کوره های گداخت هسته ای به عنوان پدیده ای نامطلوب که سبب سرد شدن پلاسما می شود، مشاهده شده است. با این حال از پدیده کندوپاش به عنوان یک رو    ش پر مزیت برای ساختن لایه های نازک در صنایع الکترونیک و صنایع فلزی استفاده می شود. پدیده کندوپاش به نوع و انرژی ذره های برخورد کننده به سطح، مواد متشکله سطح و زاویه برخورد ذره با سطح در ارتباط مستقیم است. در رابطه با نوع و انرژی یون فرودی در منطقه برخورد، سه حالت وجود دارد که عبارتند از:

× تک برخورد (Single knock on)

× خطی (Linear)

× میخی (Spike)

وقتی ذره فرودی یون سبک باشد انرژی آن برای بوجود آوردن برخوردهای پیاپی کافی نبوده و حالت تک برخورد اتفاق می افتد. وقتی انرژی یون فرودی برای بوجود آوردن برخوردهای پیاپی نسبتاً کافی باشد بر اثر برخورد به سطح، برخی از اتم های نزدیک سطح به حرکت در می آیند ولی برخورد اتم‌های داخلی قابل چشم پوشی است که این نوع پراکنش را خطی گویند.اگر اتم سنگین با انرژی زیاد بر سطحی که توان ایستادگی آن زیاد است فرود آید، برخوردهای پیاپی بوجود می آورد. در نتیجه تعداد زیادی از اتم های تشکیل دهنده ی سطح، انرژی نسبتاً زیادی کسب می کنند. این انرژی اگر برای پرتاب اتم های دیگر کافی باشد سبب کندوپاش می شود. پدیده کندوپاش با توجه به چشمه ی یون برخوردکننده، به دو نوع اصلی کندوپاش پلاسما[1] و کندوپاش پرتو یونی[2] طبقه بندی می شود.

2-1-2- کندوپاش به وسیله پلاسما

در کندوپاش به وسیله ی پلاسما، یون های موجود در پلاسما مستقیماً بر هدف اثر کرده و عمل کندوپاش انجام می شود. طبیعتاً اساسی ترین اختلاف این روش با کندوپاش به وسیله ی پرتوی یونی، در انرژی یون های فرودی است. در این روش، پلاسمای لازم برای عمل کندوپاش می تواند بر اثر تخلیه الکتریکی با جریان مستقیم و یا تخلیه الکتریکی با امواج کوتاه به وجود آید.

2-1-3- کندوپاش پرتو یونی

از برخورد یون های پرانرژی (با انرژی در حدود چند صد تا چند هزار الکترون ولت) و انتقال انرژی جنبشی آنها به اتم های لایه های مختلف سطحی هدف، اتم های تشکیل دهنده ی سطح از آن جدا شده و در فضا پراکنده می‌شوند. به این فرایند کندوپاش پرتوی یونی گویند. معمولاً یون های استخراج شده از یک چشمه یونی مانند آرگون که کمی متمرکز شده اند، به سطح هدف هدایت شده و عمل کندوپاش را انجام می دهند.

برخورد یون های پر انرژی به سطح جامد هدف، به طور کلی منجر به وقوع پدیده های زیر خواهد شد:

 üکندوپاش اتم های خنثی از سطح هدف

ü کاشت یون و ایجاد ناخالصی

üپراکنش الکترون های ثانوی

ü بازتاب یون یا اتم به دلیل برخورد یون به سطح

ü واکنش های شیمیایی در سطح

این پدیده ها به هر حال در برخورد هر یونی به سطح جامد ظاهر می شوند، اما اینکه کدام پدیده بیشتر دیده می شود، به عوامل فیزیکی از قبیل جرم و انرژی یون ها، زاویه فرود یون ها، وزن مولکولی هدف و عوامل دیگر بستگی دارد.

2-1-4- روش تبخیر فیزیکی (PVD)

لایه نشانی به روش تبخیر فیزیکی یکی از روش های لایه نشانی در خلاء است و به طور کلی به روش هایی اطلاق می شود که در آنها لایه های نازک با متراکم کردن فاز بخار روی سطوح مواد تهیه می شوند که مواردی از این روش لایه نشانی، در زیر به اختصار توضیح داده می شود.

2-1-5- روش تبخیر شیمیایی (CVD)[4]

در این روش از فرایندهای شیمیایی برای تولید لایه های نازک استفاده می‌شود. این روش اغلب در صنایع نیم رسانا کاربرد دارد. در این فرایند، زیرلایه با ماده تبخیر شده ای که با سطح زیر لایه و یا با مواد تبخیر شده ی دیگر واکنش می دهد، مواجه می شود و یک لایه نازک با خواص مطلوب را به وجود می آورد [23].

2-1-6- روش تبخیر گرمایی

آسان ترین و فراگیرترین روش لایه نشانی، روش تبخیر است. از جمله ویژگی‌های مثبت این روش می توان به سادگی روش و سرعت زیاد لایه‌گذاری و کاربرد آسان آن از جمله در پوشش های تزیینی تا کاربردهای مهندسی، شیمیایی- هسته ای، میکروالکترونیک و صنایع وابسته اشاره کرد.معمولاً فرایند تبخیر را در خلاء انجام می دهند. این کار مزایای زیادی دارد که از جمله آن می توان به کاهش یافتن دمای تبخیر مواد مختلف و خلوص بیشتر لایه های نازک تشکیل شده اشاره کرد. معمولاً ماده مورد نظر برای لایه نشانی را در یک محفظه فلزی استوانه ای و یا یک سیستم فلزی مارپیچ قرار می دهند. محفظه ی فلزی باید از ماده ای دیرگداز با رسانایی گرمایی خوب و مقاومت الکتریکی بالا تهیه شده باشد. زیرلایه را به فاصله ای مناسب در بالای منبع تبخیر قرار می دهند. سپس گرمای ناشی از منبع تبخیر، زمینه ی ذوب شدن ماده مورد نظر را فراهم می کند. کم کم اتم های ماده مورد نظر با دریافت انرژی، از فاز جامد یا مایع وارد فاز گازی می شوند (این مرحله تبخیر یا تصعید نامیده می شود). فرایند فیزیکی تبخیر مبحث گسترده ای است و پرداختن به تمامی جزییات آن از حوصله مطلب خارج است، لذا به صورت مختصر کلیات آن شرح داده می شود.برای آن که مولکولی قادر به ترک سطح ماده باشد، لازم است که مولفه ی عمودی سرعت (نیرو) که حاصل از انرژی جنبشی منتج از حرکت حرارتی مولکول هاست، بزرگ تر از نیروهای جاذبه ی بین مولکولی باشد. بنابراین با افزایش دما تعداد ذره هایی که این نابرابری را ارضا می کنند، افزایش می یابد [24].در این حالت باید پویش آزاد میانگین اتم ها بسیار بیشتر از فاصله ی بین منبع تبخیر و زیرلایه باشد تا اتم ها بتوانند این فاصله را طی کنند. یکی از مواردی که در این روش بسیار مهم است زاویه برخورد اتم ها با سطح زیرلایه است و باعث تفاوت ضخامت لایه ها در نقاط مختلف زیرلایه می شود. یکی از علت های مهم این اختلاف، عدم همگرایی در ذرات بخار است. برای کاهش دادن اختلاف ضخامت می توان اقداماتی از این دست را انجام داد:

 ü هن آهنگ لایه گذاری باید تا حد امکان کاهش یابد. این کار با کاهش دمای زیرلایه و منبع تبخیر ممکن می شود.

ü فاصله منبع تبخیر تا زیر لایه را باید تا حد امکان افزایش داد. زیرا با این کار زاویه برخورد ذرات با زیرلایه بسیار کوچک می شود.

ü استفاده از یک سپر چرخنده بین محفظه تبخیر و زیرلایه نیز به یکنواختی لایه نازک کمک می کند.

همچنین در برخی از آزمایشگاه ها از منبع تبخیر چرخان که به روی یک کره متحرک قرار گرفته است استفاده می شود، تمامی این اقدامات برای ایجاد لایه‌ای با ضخامت یکنواخت انجام می گیرد، با این وجود باز هم طبق قانون نادسن آهنگ لایه دهی به صورت زیر با زاویه ی بین بردار شعاعی و بردار عمود بر زیرلایه () و فاصله شعاعی منبع (r)، در ارتباط خواهد بود:

طرح کلی دستگاه پلاسمای کانونی به کار رفته جهت لایه نشانی

طرح کلی دستگاه پلاسمای کانونی به کار رفته جهت لایه نشانی

2-1- برخی روش‌های لایه نشانی……………………………………………………………………. 31

2-1-1- کندوپاش…………………………………………………………………………………………. 31

2-1-2- کندوپاش به‌وسیله پلاسما …………………………………………………………………….. 32

2-1-3- کندوپاش پرتو یونی………………………………………………………………………………. 32

2-1-4- روش تبخیر فیزیکی (PVD) ……………………………………………………………………. 33

2-1-5- روش تبخیر شیمیایی (CVD)…………………………………………………………………. 33

2-1-6- روش تبخیر گرمایی……………………………………………………………………………… 33

2-1-7- لایه‌نشانی به‌وسیله پلاسمای کانونی……………………………………………………….. 37

2-2- برخی دستگاه‌های آنالیز جهت بررسی فیلم‌های نازک لایه‌نشانی شده…………………….. 40

2-2-1- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)………………………………………………………….. 40

الکترون‌های بازگشتی…………………………………………………………………………………….. 41

الکترون‌های ثانویه…………………………………………………………………………………………. 41

الکترون‌های اوژه…………………………………………………………………………………………..42

2-2-2- میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)……………………………………………………………….. 42

2-2-3- دستگاه پراش پرتوی ایکس (XRD)…………………………………………………………….. 43

 فصل سوم برخی تحقیقات انجام شده جهت لایه‌نشانی توسط دستگاه پلاسمای کانونی

 در اینجا موضوع را با ذکر یک مثال بررسی می کنیم. شکل گیری کربیدتیتانیوم (TiC) بر روی زیرلایه تیتانیوم فلزی به وسیله یک دستگاه پلاسمای کانونی نوع مدر مجهز به منبع کربن (گرافیت) مورد خاصی است که اندکی توضیح داده خواهد شد.زیرلایه در بالای محفظه ی خلاء قرار داشته و با یون های آرگون و کربن حاصل از شات های متعدد مورد تابش قرار گرفته است و در نتیجه کربید تیتانیوم در دمای اتاق بر روی زیر لایه کاشته شده است. روند کار، استفاده از یون های کربن ساتع شده از گرافیت، به وسیله گرمایش با پلاسمای بسیار داغ تولید شده است.اجزاء این دستگاه عبارتند از:

× یک محفظه ی خلاء که شامل الکترودهایی گرداگرد هم، به صورت محوری است. یک آند توخالی با شش کاتد میله ای که به صورت قرینه آن را احاطه کرده اند این سیستم را تشکیل می دهند.

× یک منبع تغذیه ولتاژ بالا برای شارژ خازن.

× یک سوییچ اسپارک گپ که مانند یک سوییچ سریع برای تخلیه ی خازن عمل می کند.

× یک ماشه الکترونیکی برای فعال سازی اسپارک گپ.

در اینجا محفظه ی دستگاه با گاز آرگون در فشار Pa80 پر شده است. یک دیسک گرافیت با قطر mm15 و ضخامت mm5 در داخل نوک آند قرار گرفته است. همچنین یک میله استوانه ای برنجی که دارای یک نگهدارنده ی زیرلایه است در شکل مشاهده می شود. این میله می تواند به سمت بالا و پایین محور آند حرکت کرده و باعث تنظیم فاصله ی زیرلایه از نوک آند شود. همان گونه که مشاهده می شود یک حائل بین نوک آند و زیرلایه قرار می گیرد تا از برخورد یون های کم انرژی به زیرلایه که در چند شات اول تولید می شوند، اجتناب شود.زیرلایه ی تیتانیوم با ابعاد mm2 × mm2 × mm10 ابتدا با کاغذ  سمباده کربید سیلیکون (SiC) از 120 تا 2000 بار صیقل داده شده و سپس با الکل و استن کاملاً تمیز می شود و بر روی نگهدارنده نصب می شود.

بعد از چند شات، یک پیک تیز در سیگنال پروب ولتاژ بر روی اسیلوسکوپ مشاهده خواهد شد که بیانگر تنگش مناسب پلاسما توسط دستگاه است. پس از آن حائل برداشته می شود و زیرلایه در مواجه با شات های گوناگون قرار می گیرد.در این مورد خاص، زیرلایه در cm2.5 از نوک آند قرار داشته و در مواجه با 10، 15، 20، 25 و 30 شات قرار گرفته است [33].در شکل (3-2) نتایج حاصل از SEM، در لایه نشانی فیلم نازک TiC بر روی زیرلایه تیتانیوم نشان داده شده است. قسمت اول این شکل مربوط به 10 شات و قسمت دوم مربوط به 30 شات می باشد.

3-2- تشکیل کربید سیلیکون بر روی زیرلایه سیلیسیوم از طریق کاشت یون

کربید سیلیکون (SiC) یک ماده بسیار پر مصرف در صنعت بشمار می رود. در اینجا لایه ی  SiC به کمک واکنش کربنیزاسیون بر روی لایه ی سیلیسیوم نشانده می شود که در ادامه این موضوع مورد بررسی قرار خواهد گرفت.در این بررسی، لایه نشانی فیلم های SiC بر روی زیرلایه ی (100) Si که در جهت هایی خارج از محور مرکزی قرار دارند، توسط یک دستگاه پلاسمای کانونی نوع مدر kJ20، از طریق ساییدگی و کنده شدن ذرات گرافیتی که در نوک آند قرار گرفته است، توسط پرتوهای پالسی الکترونی، صورت می پذیرد. شمای کلی این آزمایش در شکل (3-4) قابل مشاهده می باشد.در این آزمایش به دلیل آنکه از قرارگیری زیرلایه ها در تابش مستقیم یون‌های گاز یونیزه شده با شار یونی بالا اجتناب شده است، انتظار می رود سطح لایه نشانی شده، متحدالشکل، دارای سطحی به نسبت یکنواخت و دارای نقایص شبکه ای اندک باشد.در اینجا دستگاه از یک آند مسی به طول mm242 و قطر mm20 و تعداد 24 کاتد که هر یک دارای قطر mm8 می باشند، تشکیل شده است. طول و قطر داخلی مجموعه ی کاتدها نیز به ترتیب mm230 و mm100 می باشد. ظرفیت بانک خازنی،  8/44 و ولتاژ کار kV 30 می باشد.برای لایه نشانی ابتدا محفظه به وسیله پمپ روتاری تا mbar  تخلیه می‌شود. در ادامه، به جهت آنکه پرتوی پر انرژی تری توسط دستگاه حاصل شود، گاز هیدروژن (H2) به عنوان گاز کاری در فشار mbar3 داخل محفظه تزریق می شود، که در این صورت شاهد ساییدگی سریع تر ماده ی نوک آند خواهیم بود. قرص گرافیت بسیار خالص به عنوان هدف در نوک آند قرار گرفته است که سعی بر آن شده است که این قرص تمام سطح نوک آند را کاملاً بپوشاند تا از حضور ناخالصی های ایجاد شده توسط ماده نوک آند در فیلم لایه نشانی شده اجتناب شود. زیرلایه ها پس از آنکه به صورت اولتراسونیک توسط استون شسته شدند در موقعیت های محوری (نسبت به محور آند) با مشخصات 50، 90، 130 و 170 میلیمتر قرار می گیرند.از آنجا که در دستگاه پلاسمای کانونی بیشتر یون ها در یک زاویه فضایی کوچک منتشر می شوند و شار یونی، انرژی و چگالی تعداد یون ها با افزایش فاصله محوری و همچنین افزایش زاویه نسبت به محور آند کاهش می یابد، انتظار می رود در شرایط فوق زیرلایه ها در معرض یون هایی با شار و انرژی بالا قرار نگیرند.پس از آنکه به یک حالت فوکوس مناسب رسیدیم حائل را برداشته و زیرلایه‌ها را در معرض 10 شات برای تشکیل SiC قرار می دهیم. الکترون‌های نسبیتی گسیل شده توسط دستگاه پلاسمای کانونی باعث کنده شدن ذرات هدف گرافیتی شده و این ذرات کنده شده کربنی به همراه پلاسمای محیط، فرایند لایه نشانی را انجام می دهند. انواع کربن یونی، اتمی و مولکولی موجود در پلاسمای بدست آمده، منبع کربنی خوبی برای تشکیل SiC محسوب می‌شوند.

تصویر دو بعدی

تصویر دو بعدی

3-1- تشکیل کربیدتیتانیوم (TiC) برروی لایه تیتانیوم از طریق کاشت یون………………………….. 48

3-2- تشکیل کربید سیلیکون برروی زیرلایه سیلیسیوم از طریق کاشت یون……………………….. 50

3-3- تأثیر تابش پالس‌های یونی پرانرژی برروی زیرلایه سیلیسیوم…………………………………… 54

3-4- بهینه‌سازی دستگاه پلاسمای کانونی به‌عنوان منبع پرتوی الکترونی برای لایه‌نشانی فیلم‌های نازک  …………………………………………………………………………………………………………….     57

3-5- نیتریده‌سازی به کمک دستگاه پلاسمای کانونی…………………………………………………. 60

3-6- لایه‌نشانی نانولایه‌ها بوله دستگاه پلاسمای کانونی…………………………………………….. 70

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل چهارم روش تحقیق و نتیجه‌گیری

 دستگاه پلاسمای کانونی مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما، یک دستگاه پلاسمای کانونی نوع مدر می‌باشد که از یک خازن 10 میکروفارادی تشکیل شده که توسط یک ترانسفورماتور قابلیت شارژ تا اختلاف پتانسیل 25 کیلوولت را دارا می‌باشد. هنگامی که خازن تا ولتاژ موردنظر شارژ شد، انرژی ذخیره شده در آن از طریق گاف تولید جرقه به محفظه منتقل می‌شود. محفظه دستگاه از یک مجموع الکترود که شامل یک میله مرکزی به‌عنوان آند می‌باشد و توسط دوازده میله مسی (کاتد) احاطه شده است، تشکیل شده است.الکترود مرکزی از یک میله مسی به‌طول mm 160 و قطر mm 20 ساخته شده و دوازده میله مسی به‌طول mm 150 و قطر mm 12 به‌صورت متقارن اطراف آن قرار گرفته‌اند.این دوازده الکترود به یک میله مسی کاتد پیچ شده‌اند. یک شیشه عایق از جنس پیرکس به ضخامت mm 5/2 و شعاع mm 5/12 برای جدا کردن آند از صفحه کاتد در انتها استفاده شده است. کل مجموعه الکترودها در داخل محفظه‌ای به حجم 4 لیتر قرار گرفته‌اند.

برای تخلیه محفظه نیز از یک پمپ مکانیکی چرخشی استفاده می‌شود.

4-2-1- آماده سازی و تمیزکاری زیرلایه های استیل 304

در این آزمایش، از ورقه‌های استیل 304 به‌عنوان زیرلایه استفاده شد. قبل از فرآیند لایه‌نشانی، زیرلایه‌ها به‌ترتیب در بشر محتوای الکل و استون هر کدام به مدت 10 دقیقه، در داخل حمام آلتراسونیک قرار قرار گرفتند.

  • زیرلایه: ورقه های روکش دار استیل 304 ابعاد 3mm 1×10×10
  • تمیزکاری زیرلایه ها:
  • آب و صابون
  • الکل
  • استون

 4-2-1- نحوه انجام آزمایش

در این آزمایش، به‌منظور انباشت لایه‌های نازک نیترید آلومینیوم برروی زیرلایه‌های استیل 304 از یک insert آند که داخل آن حفره‌ای به‌طول mm 5 و قطر داخلی mm 9 ایجاد شده و سپس داخل آن، ماده هدف آلومینیوم خالص پر شده، استفاده نمودیم. پارامتر متغیر این آزمایش، موقعیت‌های زاویه‌ای زیرلایه‌ها نسبت به محور آند (°0 ، °15 و °30) در فاصله ثابت Cm 5 از نوک آند و با استفاده از تعداد ثابت 25 شات بود. ولتاژ کاری روی 18 کیلوولت ثابت نگه داشته شد. قبل از انجام لایه‌نشانی، ابتدا محفظه توسط یک پمپ چرخشی تا فشار 3-10×1 تخلیه و سپس گاز نیتروژن خالص داخل محفظه تزریق شد و فشار گاز کار به Torr 1 رسانده شد. قبل از فرآیند لایه‌نشانی به‌منظور به‌حداقل رساندن میزان ناخالصی‌ها، از یک شاتر از جنساستیل جلوی زیرلایه‌ها استفاده شد. همچنین جهت وقوع چندین پینج قوی و جلوگیری از ایجاد لایه‌های اکسیدی از تعداد 8 شات، قبل از کنار رفتن شاتر استفاده شد. سپس شاتر از مقابل زیرلایه‌ها کنار رفته و فرآیند لایه‌نشانی آغاز شد. فاصله زمانی بین هر دو شات متوالی، 2 دقیقه درنظر گرفته شد و لایه‌نشانی بعد از اعمال 25 شات به‌پایان رسید.

4-1- معرفی دستگاه پلاسمای کانونی مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما ……………………………… 75

4-2- فرآیند تولید لایه‌های نازک نیترید آلومینیوم با استفاده از دستگاه پلاسمای کانونی………….. 75

4-2-1- آماده‌سازی و تمیزکاری زیرلایه‌های استیل 304………………………………………………. 75

4-2-1- نحوه انجام آزمایش ………………………………………………………………………………… 76

چیدمان آزمایش جهت لایه نشانی نیترید آلومینیوم………………………………………………………. 77

متغیرهای مورد بررسی، در لایه‌نشانی نیترید آلومینیوم…………………………………………………. 77

آنالیزهای صورت گرفته برروی فیلم‌های لایه‌نشانی شده……………………………………………….. 77

آنالیز لایه‌های نازک نیترید آلومینیوم تولید شده، با استفاده از دستگاه پراش اشعه ایکس………….. 78

آنالیز لایه‌های نازک نیترید آلومینیوم تولید شده، با استفاده از دستگاه میکروسکوپ نیروی اتمی…… 82

نتایج AFM……….ا……………………………………………………………………………………………… 86

آنالیز لایه‌های نازک نیترید آلومینیوم تولید شده، با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی  87

نتیجه‌گیری…………………………………………………………………………………………………….. 90

برخی پیشنهادات تحقیقاتی…………………………………………………………………………………. 90

 

Abstract

 In this thesis, thin films of AlN on 304 steel substrates are deposited by Plasma Focus (PF) device. In order to study their structural and morphological properties, X-ray diffractomeer (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) are used. Results reavel that film properties depend on number of shots, anode – substrate distance and angle of subsrate with respect to the anode. Samples are prepared at different experimental condition of 0, 15, 30 degrees angle with respect to the anode which are placed at 5 cm from the anode. Number of shots were 25 for all the runs. We observed that by increasing the number of shots crystallinity decreases.Also from SEM observation we found that by changing the angle of substrate with respect to the anode, morphology of the films changes and sample, which is prepared at 15° has higher purity.



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان