عنوان                                                                         صفحه

چکیده 1

مقدمه. 2

فصل اول. 3

لایه های نازک، خواص آنها و روش های ساخت آنها 3

مقدمه. 3

1-1 تعریف لایه های نازک.. 4

1-2 مراحل تشکیل لایه های نازک.. 5

1-3 خواص لایه های نازک.. 6

1-3-1 خواص لایه نازک : 6

1-3-2 خواص مکانیکی : 7

1-3-3 خواص الکتریکی.. 7

1-3-4 خواص مغناطیسی : 8

1-3-5 خواص نوری.. 9

1-3-6 خواص شیمیایی : 9

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

عنوان                                                                         صفحه

چکیده 1

مقدمه. 2

فصل اول. 3

لایه های نازک، خواص آنها و روش های ساخت آنها 3

مقدمه. 3

1-1 تعریف لایه های نازک.. 4

1-2 مراحل تشکیل لایه های نازک.. 5

1-3 خواص لایه های نازک.. 6

1-3-1 خواص لایه نازک : 6

1-3-2 خواص مکانیکی : 7

1-3-3 خواص الکتریکی.. 7

1-3-4 خواص مغناطیسی : 8

1-3-5 خواص نوری.. 9

1-3-6 خواص شیمیایی : 9

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

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

 

 

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

این مطلب را هم بخوانید :

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

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