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

 زماني كه يك پرتوي يوني، الكتروني و يا نوري با انرژي كافي بر سطح جامد فرود آيد، اتم هاي تشكيل دهنده جسم از سطح آن آزاد شده و در فضا پراكنده مي شوند كه اين پديده به كندوپاش مرسوم است. اين پديده براي اولين بار در سطح داخلي ظرفي كه در آن تخليه الكتريكي شده است و در كوره هاي گداخت هسته اي به عنوان پديده اي نامطلوب كه سبب سرد شدن پلاسما مي شود، مشاهده شده است. با اين حال از پديده كندوپاش به عنوان يك رو    ش پر مزيت براي ساختن لايه هاي نازك در صنايع الكترونيك و صنايع فلزي استفاده مي شود. پديده كندوپاش به نوع و انرژي ذره هاي برخورد كننده به سطح، مواد متشكله سطح و زاويه برخورد ذره با سطح در ارتباط مستقيم است. در رابطه با نوع و انرژي يون فرودي در منطقه برخورد، سه حالت وجود دارد كه عبارتند از:

× تك برخورد (Single knock on)

× خطي (Linear)

× ميخي (Spike)

وقتي ذره فرودي يون سبك باشد انرژي آن براي بوجود آوردن برخوردهاي پياپي كافي نبوده و حالت تك برخورد اتفاق مي افتد. وقتي انرژي يون فرودي براي بوجود آوردن برخوردهاي پياپي نسبتاً كافي باشد بر اثر برخورد به سطح، برخي از اتم هاي نزديك سطح به حركت در مي آيند ولي برخورد اتم‌هاي داخلي قابل چشم پوشي است كه اين نوع پراكنش را خطي گويند.اگر اتم سنگين با انرژي زياد بر سطحي كه توان ايستادگي آن زياد است فرود آيد، برخوردهاي پياپي بوجود مي آورد. در نتيجه تعداد زيادي از اتم هاي تشكيل دهنده ي سطح، انرژي نسبتاً زيادي كسب مي كنند. اين انرژي اگر براي پرتاب اتم هاي ديگر كافي باشد سبب كندوپاش مي شود. پديده كندوپاش با توجه به چشمه ي يون برخوردكننده، به دو نوع اصلي كندوپاش پلاسما[1] و كندوپاش پرتو يوني[2] طبقه بندي مي شود.

2-1-2- كندوپاش به وسيله پلاسما

در كندوپاش به وسيله ي پلاسما، يون هاي موجود در پلاسما مستقيماً بر هدف اثر كرده و عمل كندوپاش انجام مي شود. طبيعتاً اساسي ترين اختلاف اين روش با كندوپاش به وسيله ي پرتوي يوني، در انرژي يون هاي فرودي است. در اين روش، پلاسماي لازم براي عمل كندوپاش مي تواند بر اثر تخليه الكتريكي با جريان مستقيم و يا تخليه الكتريكي با امواج كوتاه به وجود آيد.

2-1-3- كندوپاش پرتو يوني

از برخورد يون هاي پرانرژي (با انرژي در حدود چند صد تا چند هزار الكترون ولت) و انتقال انرژي جنبشي آنها به اتم هاي لايه هاي مختلف سطحي هدف، اتم هاي تشكيل دهنده ي سطح از آن جدا شده و در فضا پراكنده مي‌شوند. به اين فرايند كندوپاش پرتوي يوني گويند. معمولاً يون هاي استخراج شده از يك چشمه يوني مانند آرگون كه كمي متمركز شده اند، به سطح هدف هدايت شده و عمل كندوپاش را انجام مي دهند.

برخورد يون هاي پر انرژي به سطح جامد هدف، به طور كلي منجر به وقوع پديده هاي زير خواهد شد:

 üكندوپاش اتم هاي خنثي از سطح هدف

ü كاشت يون و ايجاد ناخالصي

üپراكنش الكترون هاي ثانوي

ü بازتاب يون يا اتم به دليل برخورد يون به سطح

ü واكنش هاي شيميايي در سطح

اين پديده ها به هر حال در برخورد هر يوني به سطح جامد ظاهر مي شوند، اما اينكه كدام پديده بيشتر ديده مي شود، به عوامل فيزيكي از قبيل جرم و انرژي يون ها، زاويه فرود يون ها، وزن مولكولي هدف و عوامل ديگر بستگي دارد.

2-1-4- روش تبخير فيزيكي (PVD)

لايه نشاني به روش تبخير فيزيكي يكي از روش هاي لايه نشاني در خلاء است و به طور كلي به روش هايي اطلاق مي شود كه در آنها لايه هاي نازك با متراكم كردن فاز بخار روي سطوح مواد تهيه مي شوند كه مواردي از اين روش لايه نشاني، در زير به اختصار توضيح داده مي شود.

2-1-5- روش تبخير شيميايي (CVD)[4]

در اين روش از فرايندهاي شيميايي براي توليد لايه هاي نازك استفاده مي‌شود. اين روش اغلب در صنايع نيم رسانا كاربرد دارد. در اين فرايند، زيرلايه با ماده تبخير شده اي كه با سطح زير لايه و يا با مواد تبخير شده ي ديگر واكنش مي دهد، مواجه مي شود و يك لايه نازك با خواص مطلوب را به وجود مي آورد [23].

2-1-6- روش تبخير گرمايي

آسان ترين و فراگيرترين روش لايه نشاني، روش تبخير است. از جمله ويژگي‌هاي مثبت اين روش مي توان به سادگي روش و سرعت زياد لايه‌گذاري و كاربرد آسان آن از جمله در پوشش هاي تزييني تا كاربردهاي مهندسي، شيميايي- هسته اي، ميكروالكترونيك و صنايع وابسته اشاره كرد.معمولاً فرايند تبخير را در خلاء انجام مي دهند. اين كار مزاياي زيادي دارد كه از جمله آن مي توان به كاهش يافتن دماي تبخير مواد مختلف و خلوص بيشتر لايه هاي نازك تشكيل شده اشاره كرد. معمولاً ماده مورد نظر براي لايه نشاني را در يك محفظه فلزي استوانه اي و يا يك سيستم فلزي مارپيچ قرار مي دهند. محفظه ي فلزي بايد از ماده اي ديرگداز با رسانايي گرمايي خوب و مقاومت الكتريكي بالا تهيه شده باشد. زيرلايه را به فاصله اي مناسب در بالاي منبع تبخير قرار مي دهند. سپس گرماي ناشي از منبع تبخير، زمينه ي ذوب شدن ماده مورد نظر را فراهم مي كند. كم كم اتم هاي ماده مورد نظر با دريافت انرژي، از فاز جامد يا مايع وارد فاز گازي مي شوند (اين مرحله تبخير يا تصعيد ناميده مي شود). فرايند فيزيكي تبخير مبحث گسترده اي است و پرداختن به تمامي جزييات آن از حوصله مطلب خارج است، لذا به صورت مختصر كليات آن شرح داده مي شود.براي آن كه مولكولي قادر به ترك سطح ماده باشد، لازم است كه مولفه ي عمودي سرعت (نيرو) كه حاصل از انرژي جنبشي منتج از حركت حرارتي مولكول هاست، بزرگ تر از نيروهاي جاذبه ي بين مولكولي باشد. بنابراين با افزايش دما تعداد ذره هايي كه اين نابرابري را ارضا مي كنند، افزايش مي يابد [24].در اين حالت بايد پويش آزاد ميانگين اتم ها بسيار بيشتر از فاصله ي بين منبع تبخير و زيرلايه باشد تا اتم ها بتوانند اين فاصله را طي كنند. يكي از مواردي كه در اين روش بسيار مهم است زاويه برخورد اتم ها با سطح زيرلايه است و باعث تفاوت ضخامت لايه ها در نقاط مختلف زيرلايه مي شود. يكي از علت هاي مهم اين اختلاف، عدم همگرايي در ذرات بخار است. براي كاهش دادن اختلاف ضخامت مي توان اقداماتي از اين دست را انجام داد:

 ü هن آهنگ لايه گذاري بايد تا حد امكان كاهش يابد. اين كار با كاهش دماي زيرلايه و منبع تبخير ممكن مي شود.

ü فاصله منبع تبخير تا زير لايه را بايد تا حد امكان افزايش داد. زيرا با اين كار زاويه برخورد ذرات با زيرلايه بسيار كوچك مي شود.

ü استفاده از يك سپر چرخنده بين محفظه تبخير و زيرلايه نيز به يكنواختي لايه نازك كمك مي كند.

همچنين در برخي از آزمايشگاه ها از منبع تبخير چرخان كه به روي يك كره متحرك قرار گرفته است استفاده مي شود، تمامي اين اقدامات براي ايجاد لايه‌اي با ضخامت يكنواخت انجام مي گيرد، با اين وجود باز هم طبق قانون نادسن آهنگ لايه دهي به صورت زير با زاويه ي بين بردار شعاعي و بردار عمود بر زيرلايه () و فاصله شعاعي 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 اينجا موضوع را با ذكر يك مثال بررسي مي كنيم. شكل گيري كربيدتيتانيوم (TiC) بر روي زيرلايه تيتانيوم فلزي به وسيله يك دستگاه پلاسماي كانوني نوع مدر مجهز به منبع كربن (گرافيت) مورد خاصي است كه اندكي توضيح داده خواهد شد.زيرلايه در بالاي محفظه ي خلاء قرار داشته و با يون هاي آرگون و كربن حاصل از شات هاي متعدد مورد تابش قرار گرفته است و در نتيجه كربيد تيتانيوم در دماي اتاق بر روي زير لايه كاشته شده است. روند كار، استفاده از يون هاي كربن ساتع شده از گرافيت، به وسيله گرمايش با پلاسماي بسيار داغ توليد شده است.اجزاء اين دستگاه عبارتند از:

× يك محفظه ي خلاء كه شامل الكترودهايي گرداگرد هم، به صورت محوري است. يك آند توخالي با شش كاتد ميله اي كه به صورت قرينه آن را احاطه كرده اند اين سيستم را تشكيل مي دهند.

× يك منبع تغذيه ولتاژ بالا براي شارژ خازن.

× يك سوييچ اسپارك گپ كه مانند يك سوييچ سريع براي تخليه ي خازن عمل مي كند.

× يك ماشه الكترونيكي براي فعال سازي اسپارك گپ.

در اينجا محفظه ي دستگاه با گاز آرگون در فشار Pa80 پر شده است. يك ديسك گرافيت با قطر mm15 و ضخامت mm5 در داخل نوك آند قرار گرفته است. همچنين يك ميله استوانه اي برنجي كه داراي يك نگهدارنده ي زيرلايه است در شكل مشاهده مي شود. اين ميله مي تواند به سمت بالا و پايين محور آند حركت كرده و باعث تنظيم فاصله ي زيرلايه از نوك آند شود. همان گونه كه مشاهده مي شود يك حائل بين نوك آند و زيرلايه قرار مي گيرد تا از برخورد يون هاي كم انرژي به زيرلايه كه در چند شات اول توليد مي شوند، اجتناب شود.زيرلايه ي تيتانيوم با ابعاد mm2 × mm2 × mm10 ابتدا با كاغذ  سمباده كربيد سيليكون (SiC) از 120 تا 2000 بار صيقل داده شده و سپس با الكل و استن كاملاً تميز مي شود و بر روي نگهدارنده نصب مي شود.

بعد از چند شات، يك پيك تيز در سيگنال پروب ولتاژ بر روي اسيلوسكوپ مشاهده خواهد شد كه بيانگر تنگش مناسب پلاسما توسط دستگاه است. پس از آن حائل برداشته مي شود و زيرلايه در مواجه با شات هاي گوناگون قرار مي گيرد.در اين مورد خاص، زيرلايه در cm2.5 از نوك آند قرار داشته و در مواجه با 10، 15، 20، 25 و 30 شات قرار گرفته است [33].در شكل (3-2) نتايج حاصل از SEM، در لايه نشاني فيلم نازك TiC بر روي زيرلايه تيتانيوم نشان داده شده است. قسمت اول اين شكل مربوط به 10 شات و قسمت دوم مربوط به 30 شات مي باشد.

3-2- تشكيل كربيد سيليكون بر روي زيرلايه سيليسيوم از طريق كاشت يون

كربيد سيليكون (SiC) يك ماده بسيار پر مصرف در صنعت بشمار مي رود. در اينجا لايه ي  SiC به كمك واكنش كربنيزاسيون بر روي لايه ي سيليسيوم نشانده مي شود كه در ادامه اين موضوع مورد بررسي قرار خواهد گرفت.در اين بررسي، لايه نشاني فيلم هاي SiC بر روي زيرلايه ي (100) Si كه در جهت هايي خارج از محور مركزي قرار دارند، توسط يك دستگاه پلاسماي كانوني نوع مدر kJ20، از طريق ساييدگي و كنده شدن ذرات گرافيتي كه در نوك آند قرار گرفته است، توسط پرتوهاي پالسي الكتروني، صورت مي پذيرد. شماي كلي اين آزمايش در شكل (3-4) قابل مشاهده مي باشد.در اين آزمايش به دليل آنكه از قرارگيري زيرلايه ها در تابش مستقيم يون‌هاي گاز يونيزه شده با شار يوني بالا اجتناب شده است، انتظار مي رود سطح لايه نشاني شده، متحدالشكل، داراي سطحي به نسبت يكنواخت و داراي نقايص شبكه اي اندك باشد.در اينجا دستگاه از يك آند مسي به طول mm242 و قطر mm20 و تعداد 24 كاتد كه هر يك داراي قطر mm8 مي باشند، تشكيل شده است. طول و قطر داخلي مجموعه ي كاتدها نيز به ترتيب mm230 و mm100 مي باشد. ظرفيت بانك خازني،  8/44 و ولتاژ كار kV 30 مي باشد.براي لايه نشاني ابتدا محفظه به وسيله پمپ روتاري تا mbar  تخليه مي‌شود. در ادامه، به جهت آنكه پرتوي پر انرژي تري توسط دستگاه حاصل شود، گاز هيدروژن (H2) به عنوان گاز كاري در فشار mbar3 داخل محفظه تزريق مي شود، كه در اين صورت شاهد ساييدگي سريع تر ماده ي نوك آند خواهيم بود. قرص گرافيت بسيار خالص به عنوان هدف در نوك آند قرار گرفته است كه سعي بر آن شده است كه اين قرص تمام سطح نوك آند را كاملاً بپوشاند تا از حضور ناخالصي هاي ايجاد شده توسط ماده نوك آند در فيلم لايه نشاني شده اجتناب شود. زيرلايه ها پس از آنكه به صورت اولتراسونيك توسط استون شسته شدند در موقعيت هاي محوري (نسبت به محور آند) با مشخصات 50، 90، 130 و 170 ميليمتر قرار مي گيرند.از آنجا كه در دستگاه پلاسماي كانوني بيشتر يون ها در يك زاويه فضايي كوچك منتشر مي شوند و شار يوني، انرژي و چگالي تعداد يون ها با افزايش فاصله محوري و همچنين افزايش زاويه نسبت به محور آند كاهش مي يابد، انتظار مي رود در شرايط فوق زيرلايه ها در معرض يون هايي با شار و انرژي بالا قرار نگيرند.پس از آنكه به يك حالت فوكوس مناسب رسيديم حائل را برداشته و زيرلايه‌ها را در معرض 10 شات براي تشكيل SiC قرار مي دهيم. الكترون‌هاي نسبيتي گسيل شده توسط دستگاه پلاسماي كانوني باعث كنده شدن ذرات هدف گرافيتي شده و اين ذرات كنده شده كربني به همراه پلاسماي محيط، فرايند لايه نشاني را انجام مي دهند. انواع كربن يوني، اتمي و مولكولي موجود در پلاسماي بدست آمده، منبع كربني خوبي براي تشكيل SiC محسوب مي‌شوند.

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