چکیده : نانوذرات اکسید روی با ساختار هگزاگونال، یک نیمه هادی است که به خاطر خواص الکتریکی و اپتیکی و مکانیکی ویژه اش، در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در این پایان نامه، ابتدا ساختار بلوری و خواص الکتریکی و کاربردهای اکسیدروی را مرور کرده، سپس به بررسی خواص لایه های نازک می پردازیم. به منظور پیدا کردن روش مناسب برای ساخت نانوذرات اکسیدروی انواع روشهای ساخت و تحقیقات انجام شده را مورد بررسی قرار دادیم. نهایتاً برای ساخت لایه ها از روش اسپری استفاده کردیم. و در پایان، کارهای تجربی و آزمایشهایی که انجام داده ایم را شرح می دهیم. هدف این پایان نامه دو جنبه دارد. یکی رشد نانو ساختارهای اکسید روی بر حسب پارامترهایی همچون کیفیت سطح : زیر لایه سیلیکان زبر، صیقلی و پوشش داده شده با لایه نازک طلا با ضخامت های 8nm, 5nm و لایه نازک مس با ضخامت 6nm به عنوان کاتالیست و تعداد دفعات لایه نشانی تحت شرایط یکسان و زمان اسپری مورد بررسی قرار داده ایم و نتایج آن را در فصل چهارم با آنالیز مورد بررسی قرار می دهیم. هدف دیگر، بررسی ارتباط نانوساختاری اکسید روی با خواص الکتریکی آن است. بدین جهت برای بررسی خواص الکتریکی نانوساختارهای اکسید روی روشهای اتصال دونقطه ای و وان درپاو مورد استفاده قرار گرفت و مقاومت نمونه ها را بر حسب دما اندازه گیری و نتایج آنها مورد بررسی و نهایتاً گاف انرژی نانوساختاری متفاوت اکسید روی را بدست آوردیم و با نتایج دیگران مقایسه و پیشنهادات لازم را ارائه نمودیم. بررسی خواص ساختاری و مورفو لوژی سطح با استفاده از تصاویر sem (میکروسکوپ الکترونی روبشی) انجام می شود. نتایج بدست آمده، نشان می دهند که استفاده از طلا به عنوان کاتالیست برای رشد نانو ذرات بر زیر لایه سیلیکان در مقایسه با دیگر نمونه های فاقد کاتالیست و با کاتالیست مس می تواند بر روند تشکیل نانو ذرات اکسیدروی و ابعاد چگالی آنها نقش مهمی را ایفا می کند. نتایج نشان می دهد، با افزایش تعداد دفعات لایه نشانی مقاومت الکتریکی ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد .که می تواند ناشی از تغییر اندازه دانه و ضخامت باشد. همچنین با توجه به منحنی مشخصه i – v مشاهده می شود اگر اندازه گیری در دمای اتاق و با نور آزمایشگاه انجام شود به علت افزایش تولید زوج الکترون – حفره نانو ساختارهای اکسید روی رفتار دیودگونه از خود نشان می دهد و جریان بیشتری را از خود عبور می دهد.

در این پروژه میکرو/ نانو ساختار های zno بر روی زیر لایه کوارتز به روش تبخیر حرارتی درکوره رشد داده شد. ترکیبی از پودر znoو پودر گرافیت (با نسبت یکسان، جهت پایین آوردن دمای بخار) را داخل یک بوته کوارتز کوچک و نزدیک انتهای آن گذاشته شد و زیر لایه کوارتز را در فواصل مختلف از مرکز کوره در تیوپ کوارتز کوچک قرار داده شد. سپس تیوپ کوچک را درون یک تیوپ بزرگ کوارتز قرار داده و گاز خنثای 2 ? به عنوان گاز حامل بخار zno از سمتی که پودر قراردارد، وارد می شود و کل مجموعه در دمای c ? 1050 در مدت زمان های مختلف تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد. عوامل موثر بر رشد میکرو/نانوساختارها از جمله اثر لایه کاتالیستی و مدت زمان لایه نشانی مورد بررسی قرارگرفت. بعد از فرایند لایه نشانی، جهت بررسی خواص ساختاری و همچنین مورفولوژی ساختارها از پراش اشعهx و آنالیز عکس های میکروسکوپ الکترونی روبشی mes استفاده شد. سپس طیف عبوری (?)t لایه به وسیله ی اسپکتروفوتومتری 500carry در بازه ی طول موج nm 900-200= ?و در فرود تقریباَ عمود بدست آمده و با استفاده از روش swanepoel ، خواص اپتوالکتریکی مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفته است.

در محیط زندگی ما گازها و آلاینده های بسیاری وجود دارد. منبع تولید هر یک از این گازها و آلاینده ها، صنایع، منازل، اتومبیلها و ... می باشند. پیامدند این گازها و آلاینده ها در محیط زیست بارانهای اسیدی، اثرات گلخانه ای و تخریب لایه ازن می باشد. از این رو تشخیص این آلاینده ها جهت کنترل آسیب های زیست محیطی آنها ضروری و مهم است. این مسئله ضرورت توسعه و تکامل آشکارسازهای گازی با حساسیت بالا را صد چندان می کند. کاربرد این آشکارسازها در مواردی همچون تشخیص آلاینده ها و تبدیل آنها به مواد غیر سمی، جلوگیری از نشت گازها و ... می باشد. چنین آشکارسازهایی باید قابلیت تشخیص و اندازه گیری انتخابی و کمی چگالی یک گاز مشخص در محیط را بصورت پیوسته داشته باشند. در دهه های اخیر ساخت آشکارسازهای گازی با استفاده از اکسیدهای فلزی، بویژه اکسیدهای فلزی با ساختار نانویی مورد توجه زیادی قرار گرفته است. با توجه به ویژگی های منحصر بفرد zno شامل خواص خوب الکتریکی، اپتیکی، مکانیکی و فراونی در طبیعت در کنار قیمت پایین آن ما را به استفاده از این ترکیب جهت ساخت آشکارسازهای گازی ترغیب نمود. پیش بینی می شد که در این آشکارسازها بعلت افزایش نسبت حجم/سطح ماده حساس آشکارساز، حساسیت آشکارساز به میزان قابل ملاحظه ای نسبت به دیگر آشکارسازها افزایش یابد. در این پروژه ساخت نانوساختارهای zno به روش تبخیر کربوترمالی انجام گرفت. در مراحل رشد با کنترل پارامترهای دخیل در فرآیند رشد به نمونه هایی با مورفولوژی ها و اندازه های متفاوت دست یافتیم. در مرحله بعد از نمونه ها تصاویر sem و طیف xrd تهیه شد، که نشانگر مورفولوژی هایی متفاوت از نانوساختارهای zno بودند. در نهایت نمونه ها بعنوان ماده حساس آشکارساز گازی مورد استفاده قرار گرفتند. ساخت آشکارساز گازی با ایجاد اتصالات اهمی بر روی ماده حساس آشکارساز و تعبیه گرمکن در زیر ماده حساس و همچنین ساخت اتاقک گاز محقق شد. بعد از ساخت آشکارساز گازی ، نمونه ها در معرض بخارهای چهار نوع الکل با غلظت های مختلف قرار گرفتند. بعد از آنالیز نتایج بدست آمده، این نتیجه حاصل شد که آشکارسازهای تهیه شده از نانوساختارهای zno با مولوژی های و اندازه های متفاوت همگی دارای حساسیت خوبی به بخارات اتانول هستند. این حساسیت با کاهش قطر نانوسیم ها، یعنی افزایش نسبت حجم/سطح نمونه ها افزایش می یابد.

در این پژوهش تجربی، میکرو/ نانو ساختار های اکسید روی (zno) به روش اسپری، بر روی زیرلایه های شیشه و si(100) نوع p ، تحت شرایط رشد مختلف با استفاده از پیش ماده ی استات روی حل شده در آب دیونیزه، متانول و اسید استیک، تولید شدند. با بررسی نتایج حاصل از میکروسکوپ الکترونی (sem) و آنالیز نمونه ها با دستگاه edx به مورفولوژی هایی نظیر مقالات دیگر دست یافتیم. به منظور بهبود در ساختار نمونه ها، تغییراتی در عملیات اسپری و پارامترهای رشد انجام داده شد. بررسی های مجدد نمونه ها با تصویر برداری sem و پراش اشعه ی ایکس (xrd) نشان داد که نمونه های تولید شده به روش اسپری در این مرحله بر روی si هم با استفاده از کاتالیست طلا و هم بدون استفاده از کاتالیست، دارای ساختارهایی شش گوشی و منظم با جهت گیری های تصادفی هستند. در انتها مورفولوژی و خواص اپتیکی فیلم های بسیار نازک zno آلاییده شده با 0 ، 1، 3 و 5% ایندیوم به روش اسپری، تحت شرایط رشد بهینه، مورد بررسی قرار گرفت وطیف عبور (t)، انرژی گاف(eg) ، ضریب شکست(n) و ضریب خاموشی (k) در حالت های آلاییده و خالص مقایسه شد. نتایج بررسی ها نشان داد که نمونه ی 1% آلاییده شده با ایندیوم، انرژی گاف و عبور بیش تری نسبت به بقیه ی نمونه ها دارد که این نتیجه می تواند با توجه به مقدار مطلوب ایندیوم برای آلاییدن و حاصل شدن حد انحلال پذیری ایندیوم در این درصد باشد؛ مورفولوژی هموار و یکدست این نمونه که توسط آنالیز sem بررسی شد، گواه دیگری برای این ادعا است.

امروزه ساختارهای بلوری با ابعاد نانویی مانند نانوسیم ها و نانو میله ها، به دلیل ویژگی های بی نظیرشان در کاربردهای الکترونیکی و اپتیکی، موضوع مطالعه گسترده به شمار می آیند. افزایش نیاز به ساخت ساختارهای ابزاری کوچکتر ما را به سمت مطالعه و تحقیق در مورد نانوساختارها سوق می دهد. مورفولوژی های بی نظیر نانوساختارها نشان می دهند که آن ها برای کاربردهای متنوعی مانند سنسورهای گازی، آشکارسازهای نوری، گسیلنده های نوری، ترانزیستورها، نوسانگرهای فرکانس بالا و موجبرها مناسب هستند. در این میان، اکسید روی یک نیم رسانای ترکیبی گروه ii-vi با گاف انرژی مستقیم ev 3.37 می باشد که چندین مزیت نسبت به نیم رساناهای ترکیبی دیگر دارد از جمله گاف انرژی پهن و مستقیم، انرژی اکسایتونی بالا، پایداری شیمیایی و مکانیکی و زیست سازگاری. نانو ذرات zno به طور وسیع در نقاشی، صنعت لاستیک، صنعت لوازم بهداشتی و غیره استفاده می شوند. در حالی که ساختارهای بلوری اکسید روی در مبدل های پیزوالکتریک، وریستورها، لایه های رسانای شفاف، دیوهای گسیلنده نور، سلول های خورشیدی و حسگرهای گازی به کار می روند. لایه های zno در شرایط معمول رسانندگی نوع n را نشان می دهند، که به حضور یون های h و zn بین نشین نسبت داده می شود. رسانندگی و شفافیت نانو ساختارهای اکسید روی با اضافه کردن ناخالصی های عناصر گروه iii افزایش می یابد. از میان این عناصر in به عنوان بهترین آلاینده شناخته می شود به دلیل اینکه کمترین مقاومت الکتریکی نانوساختارها را به دست می دهد. نانوساختارهای zno با روش های مختلف لایه نشانی از قبیل تبخیر خلأ، لایه نشانی بخار شیمیایی، اسپاترینگ، لایه نشانی تبخیر لیزری و تجزیه حرارتی اسپری به دست می آیند. از آن جاییکه در بسیاری از مقالات، روش اسپری در لایه نشانی لایه های اکسید شفاف و رسانا موفق بوده است ما در این پروژه این روش را به منظور لایه نشانی استفاده کردیم. در این پایان نامه ابتدا خواص ساختاری و الکتریکی، کاربردهای مختلف و برخی روش های لایه نشانی اکسید روی مرور شده است. سپس بخش تجربی شامل سنتز نانوساختارها و بررسی خواص الکتریکی آن ها ارائه شده است. تا کنون مطالعات بسیاری به منظور تهیه نانو ذرات و نانوساختارهای اکسید روی به روش اسپری صورت گرفته است. ما در این پروژه توانستیم با کمی تغییر در روش اسپری و فرایند لایه نشانی با استفاده از محلول استات روی نانو میله های zno با مقطع شش گوشی را لایه نشانی کنیم. ابعاد نانومیله ها با کنترل پارامترهای مختلف قابل تنظیم می باشند. خواص ساختاری نمونه ها با استفاده از تصاویر sem و طیف xrd آن ها بررسی شدند. بررسی خواص الکتریکی نانوساختارهای اکسید روی به روش الکترود گذاری با استفاده از چسب نقره بر روی لایه ها انجام گرفت. سپس با اندازه گیری مقادیر i-v و رسم منحنی و تغییر برخی از پارامترهای موثر بر مقاومت سطحی نتایج مربوطه ارائه شدند. همچنین مقاومت سطحی لایه های zno آلائیده با in 1، 3 و 5 درصد نیز اندازه گیری شد و کمترین مقاومت از آلایش ? 3 به دست آمد. انرژی فعال سازی نمونه های بدون آلایش و آلائیده از طریق رسم منحنی جریان بر حسب دما در یک ولتاژ ثابت به دست آمدند. شرح کامل آزمایش ها و بررسی خواص ساختاری و الکتریکی نانوساختارهای zno در فصل های 3 و 4 آمده است.

نانوساختارهای یک بعدی 2‏tio‏ به علت کاربردهای گوناگونشان در زمینه سنسورهای گازی، طراحی های ‏اپتیکی، فتوکاتالیست و سلول های خورشیدی در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. اهمیت تکنولوژی ‏نانوسیم های 2‏tio‏ نتیجه ای ازشکل یک بعدی آنها است که باعث می شود خواص اپتیکی و الکتریکی جدیدی پیدا ‏کنند و برای بسیاری ازکاربردها مفید واقع شوند.‏ نانوساختارهای یک بعدی 2‏tio‏ را می توان به دو روش شیمیایی همچون سل-ژل و روش های ‏هیدروترمال و روش فیزیکی مانند رشد بخار به وسیله تبخیر گرمایی، انباشت بخار شیمیایی فلزات ( ‏mocvd‏) و ‏پخت در محیط اکسیدی ساخت. گزارش های زیادی در مورد ساخت نانوسیم های 2‏tio‏ بر پایه روش شیمیایی ‏بیان شده است. اما در این روش ها برای بالا بردن خاصیت بلوری به عملیات حرارتی نیازمند است که سبب افزایش ‏هزینه و ایجاد آلودگی می شود که بر روی خواص اپتیکی و الکتریکی تاثیر می گذارد. اما روش دوم که بر پایه ‏رهیافت فیزیکی خشک بنا شده است ، چنین مشکلاتی را ندارد و تاکنون گزارش های بسیار کمی در این زمینه بیان ‏شده است.‏ پروژه حاضر بر اساس دو هدف پایه گذاری شده است. هدف اول دستیابی به ساخت نانوسیم های 2‏tio‏ با روش ‏های فیزیکی و هدف دوم بررسی خواص اپتوالکترونیکی نانوساختارها به روش تقریب محیط موثر و مقایسه آن با ‏نتایج تجربی می باشد.‏‎ ‎در این تحقیق، نانوساختارهای یک بعدی 2‏tio‏ با استفاده از دو روش تبخیر حرارتی و ‏بازپخت گرمایی تولید شده اند و سپس اثر پارامترهای رشد همچون اثر فشار سیستم، اثر دمای انباشت، اثر شار ‏گازآرگون و اثر دمای بازپخت بر روی خواص ساختاری و اپتیکی بررسی شده است. خواص اپتیکی ساختارها با روش ‏نظری تقریب محیط موثر بررسی شده و سپس با نتایج تجربی مقایسه شده است. ‏

هدف: هدف ما در این پایان نامه در مرحله اول ساخت نانوساختارهای zno و پس از آن بررسی خواص اپتوالکترونیکی این ساختارها می باشد. امروزه ساخت نانوساختارهای یک بعدی به واسطه کاربردهای فراوان صنعتی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.در سالهای اخیر نانوساختارهای zno مانند نانو سیم ها، نانومیله ها، نانونوارهاونانوفیبرها به روش های مختلف سنتز شده اند.zno نیمه هادی با گاف انرژی عریضی در حدود ev37/3 می باشد و این ویژگی سبب پتانسیل بالای کاربردی این ماده در قطعات اپتوالکترونیک شده است. روش تحقیق:در این تحقیق نانوساختارهای zno با فرآیند cvtc وتحت مکانیزم بخار- مایع- جامد(vls) برروی زیرلایه سیلیکان سنتز شده اند.ابتدا لایه نازکی از طلا(حدود10 نانومتر)به عنوان کاتالیست با استفاده از روش اسپاترینگ روی زیرلایه نشانده شدوسپس لایه نشانده شده، در محیط گاز خنثی n2 پخت شد.سپس ترکیبی از پودر zno و گرافیت در کنار زیرلایه در رآکتور حرارتی قرار داده شده و این سیستم به مدت یک ساعت در دمای 1000 درجه سانتی گراد وتحت sccm 80 شار گاز n2 تحت عملیات حرارتی قرار گرفت. میکروسکوپ الکترونی روبشی sem جهت مشاهده وبررسی شکل و ابعاد نانو ساختارها و آنالیز xrd برای بررسی جهات کریستالی نانوساختارهای zno مورد استفاده قرار گرفته اند. در مرحله بعد به منظور بررسی خواص اپتوالکترونیکی نانوساختارهایzno و مقایسه آنها با این کمیت ها در حالت حجمی، طیف بازتاب در بازه طول موج nm 800> ? >nm200 در فرود تقریبا عمود ازاین نمونه ها اخذ شد وبا استفاده از آن بخش حقیقی و موهومی ضریب شکست وثابت دی الکتریک، ضریب جذب وگاف انرژی برای این ساختارها را با روش کرایمرز کرونیک به دست آوردیم و با مقادیر مربوط به توده مقایسه کردیم. نتیجه:در میکروساختارها قسمت حقیقی و موهومی ضریب شکست وثابت دی الکتریک ،نسبت به مقدار این کمیت ها در حالت حجمی، مقدار کوچکتری دارد ومقدار این کمیت هادر مورد نانوساختارهای zno نسبت به مقدار مربوط به میکروساختارها کوچکتر می شود. در مورد گاف انرژی هر چه از ساختار حجمی، به سمت ساختارهای کوچکتر می رویم شاهد افزایش گاف انرژی هستیم.

ساخت لایه های نازک اکسید روی با روش اسپری و بررسی مورفولوژی آنها و در ادامه ساخت دیودهای نوری zno/si از این ساختارها و مطالعه آشکارسازی نور uv در آنها و در پایان بررسی ویژگیهای فوتوولتائیک این ساختارها از مهمترین اهداف این تحقیق می باشد. ویژگیهای پیوندگاه نامتجانس zno/si با اندازه گیری مشخصه جریان-ولتاژ تحت شرایط تاریک و نیز نور uv انجام می شود. نتایج ، رفتار یکسوکنندگی در شرایط تاریک و افزایش جریان تحت تابش نور uv نشان دادند. برای بهبود سد موجود بین znoو si از لایه نشانی sio2 به عنوان یک لایه میانی استفاده نمودیم. نتایج به صورت رفتار یکسوکنندگی در شرایط تاریک و افزایش قابل ملاحظه ای در جریان تحت نوردهی uv مشاهده شد. در پایان خاصیت فتو ولتایی این پیوندگاه ها را مورد بررسی قرار دادیم و نمونه دارای پیوندگاه azo/sio2/si که با حجم cc20 اکسید روی و با آلایش 1%آلومینیم بر زیر لایه سیلیسیوم به مساحت 2cm1.5و نیز با زمان لایه نشانی 90 دقیقه sio2 تشکیل شده بود، جریان مدار کوتاه µa25 و ولتاژ مدار باز mv 150 را تحت تابش 2watt/cm 0.0004 نشان داد.

فصل اول : خواصzno وsno2 مقدمه................................................................................................................................1 1-1 ساختارکریستالی.......................................................................................................2 1-1-1 ساختارکریستالی و پارامترهای شبکهzno...........................................................2 1-1-2 ساختارکریستالی و پارامترهای شبکهsno2.........................................................3 1-2 دیاگرام فازی............................................................................................................4 1-2-1 دیاگرام فازی sn-o............................................................................................4 1-2-2 دیاگرام فازی zn-o............................................................................................4 1-3 ساختارنواری............................................................................................................6 1-3-1 ساختار نواری sno2...........................................................................................6 1-3-2 ساختار نواری zno............................................................................................6 1-4 مروری برخواص کلی..............................................................................................7 1-4-1 خواص کلیzno................................................................................................7 1-4-2 خواص کلیsno2...............................................................................................8 1-5 کاربردها....................................................................................................................8 1-5-1 کاربردهای zno..................................................................................................8 1-5-2 کاربردهای sno2...............................................................................................8 1-6 نانوتکنولوژی............................................................................................................9 1-6-1 اصول لایه نشانی لایه نازک...............................................................................11 1-6-2 روش های ساخت نانومواد................................................................................12 فصل دوم : حسگرهای گازی نیمه هادی مقدمه..............................................................................................................................24 2-1 تعریف حسگر........................................................................................................24 2-2 مشخصه های حسگر..............................................................................................25 2-2-1 مشخصه های استاتیک.......................................................................................26 2-2-2 مشخصه های دینامیک.......................................................................................29 2-3 انواع حسگر............................................................................................................30 2-3-1تقسیم بندی بر اساس محرک ورودی.................................................................30 2-3-2 تقسیم بندی بر اساس مکانیسم تبدیل................................................................30 2-3-3 تقسیم بندی بر اساس مواد مورد استفاده...........................................................30 2-3-4 تقسیم بندی بر اساس تکنیکهای تولید..............................................................31 2-3-5 تقسیم بندی بر اساس زمینه کاری.....................................................................31 2-4 حسگرهای شیمیایی...............................................................................................31 2-4-1 حسگرهای شیمیایی مستقیم..............................................................................31 2-4-2 حسگرهای شیمیایی مرکب................................................................................32 2-5 انواع نیمه هادی......................................................................................................33 2-5-1 اکسیدهای فلزی.................................................................................................33 2-5-2 اکسید های ترکیب شده.....................................................................................33 2-5-3 حسگرهای آلی..................................................................................................33 2-6 پایه های تئوری .....................................................................................................34 2-6-1تئوری نواری.......................................................................................................34 2-6-2نواحی تهی، تجمعی و وارون.............................................................................35 2-6-3تئوری نواری مورد کاربرد در حسگرها..............................................................36 2-7انواع جذب سطحی.................................................................................................36 2-8 توصیف برهمکنش گازبااکسید نیمه هادی در نمایش نواری ومرزهای دانه ای.....39 2-9 اثرساختار واندازه دانه بر عملکرد حسگرهای گازی..............................................43 2-9-1 بررسی مورفولوژی............................................................................................45 2-10 بهبود انتخابگری...................................................................................................46 2-10-1 افزاینده ها.................. ....................................................................................46 2-10-2 آرایه ای از حسگرهای گازی..........................................................................48 2-11 غلظت..................................................................................................................49 2-12 عوامل موثر بر حساسیت......................................................................................50 2-12-1 حساسیت و دما...............................................................................................50 2-12-2 حساسیت و فشار............................................................................................51 2-12-3 حساسیت و غلظت گاز کاهنده........................................................................51 2-12-4 حساسیت و آلایش..........................................................................................52 2-13 اندازه گیری حساسیت.........................................................................................53 2-14 مزایای حسگرهای نیمه هادی..............................................................................54 2-15 عیوب حسگرهای نیمه هادی...............................................................................54 2-16 مروری بر خواص h2s.......................................................................................55 مقدمه..............................................................................................................................55 2-16-1 خواص فیزیکیh2s........................................................................................55 2-16-2 مقایسه گاز h2sبا گازهای سمی دیگر............................................................56 2-16-3 ارگان های مورد هدف گاز h2s.....................................................................56 2-16-4 اثرات ناشی از در معرض قرار گیریh2s.......................................................56 2-16-5 مکانهای تولیدh2s..........................................................................................57 فصل سوم : معرفی سیستم آزمایشگاهی مقدمه..............................................................................................................................59 3-1 وسائل مورد نیاز برای ساخت نمونه.......................................................................59 1-3-1 دستگاه اسپری....................................................................................................59 3-1-2 کمپرسور............................................................................................................59 3-1-3 هیتر....................................................................................................................60 3-2 ساخت نمونه ها.....................................................................................................60 3-3 نحوه الکترود گذاری..............................................................................................61 3-4 سیستم آزمایشگاهی برای سنجش پاسخ گازی.......................................................62 3-5 تکنیک های مورد استفاده برای بررسیمورفولوژیوساختارنمونه ها.........................63 فصل چهارم : بررسی نتایج آزمایشگاهی مقدمه..............................................................................................................................66 4-1 بخش اول...............................................................................................................66 4-1-1 زیرلایه...............................................................................................................66 4-1-2 شستشوی زیرلایه ها..........................................................................................66 4-1-3 نمونه های آلایش یافته با sn............................................................................67 4-1-3-1 تهیه محلول پیش ماده...................................................................................67 4-1-3-2 ساخت نمونه های آلایشی............................................................................67 4-1-4 نمونه های ترکیبی..............................................................................................67 4-1-4-1 مواد مورد استفاده .........................................................................................68 4-1-4-2 دمای زیرلایه ................................................................................................71 4-1-4-3 حجم.............................................................................................................72 4-1-4-4 ساخت نمونه های ترکیبی.............................................................................72 4-2 بخش دوم .............................................................................................................74 4-2-1 بررسی تصاویر sem.......................................................................................74 4-2-2 بررسی طیف های xrd و edx...................................................................79 4-3 بخش سوم..............................................................................................................86 4-3-1 پاسخ گازی نمونه های تهیه شده بر زیرلایه سیلیسیم........................................86 4-3-2 پاسخ گازی نمونه تهیه شده بر زیرلایه آلومینا...................................................88 4-3-3 پاسخ گازی نمونه های تهیه شده بر زیرلایه کوارتز...........................................90 4-3-4 پاسخ گازی نمونه های ترکیبی..........................................................................95 4-3-5 نتیجه گیری و پیشنهادات...................................................................................99 فصل اول خواص zno وsno2 مقدمه گستره وسیع خواص شیمیایی و الکترونیکی اکسیدهای فلزی، آنها را به کاندیدهای مناسبی برای تحقیقات پایه ای و کاربردهای تکنولوژیکی تبدیل کرده است. درسالهای اخیر، اکسیدروی بخاطرخواص بی همتا (مانندگاف انرژی عریض و مستقیم(ev 3/3 در دمای اتاق انرژی اکسایتونی بالا(mev60)، تنوع مورفولوژیها (نانوسیم،نانومیله،نانولوله،نانوتسمه) و فرآیند سنتز آسان و ارزان مورد توجه زیادی واقع شده است. zno دارای کاربردهای گوناگونی در وسائل پیزوالکتریسیته، گسیلنده های نوری فرابنفش(uv)، حسگرهای شیمیایی و سلولهای خورشیدی است]2[.از سوی دیگر، اکسید فلزی sno2نیزناشی از خواصی مانند گاف انرژی عریض و مستقیم (ev60/3 در دمای اتاق)، شفافیت بالای الکتریکی، رسانندگی خوب، غیر سمی بودن، پایداری گرمایی و مکانیکی، رفتار پیزوالکتریکی و قیمت ارزان در زمینه های متنوعی مانند بازتاب کننده های گرمایی در سلولهای خورشیدی، نمایشگرهای کریستال مایع،led ها و حسگرهای گازی کاربرد فراوان دارد. با روشهای سنتز مختلف می توان به مورفولوژیهای مختلفی (نانودیسکت،نانوتسمه)از این اکسیددست یافت] 4[. بر اساس مقایسه ای که بین 10 اکسید فلزی نانو ساختار 1 بعدی برای کاربرد در حسگرهای گازی انجام شده است، sno2 و znoبیشترین سهم را به خود اختصاص داده اند. نموداری از این تقسیم بندی در شکل 1-1 نشان داده شده است]26[. لذا به دلیل اهمیت این دو نیمه هادی،دراین فصل خواص و روشهای مختلف لایه نشانیشان بررسی خواهد شد. شکل1-1 : میزان استفاده از اکسیدهای فلزی نانو ساختار یک بعدی در حسگرهای گازی. 1-1ساختارکریستالی 1-1-1 ساختارکریستالی و پارامترهای شبکهzno در دما و فشار محیط، کریستالیتهای zno در ساختار ورتسایت هستند، که شبکه ای هگزاگونال و متعلق به گروه فضایی p63mc است و از دو زیرشبکه بهم پیوسته ازzn+2 وo2-تشکیل شده است، هر یون zn با 4 یون oاحاطه می شود و برعکس. علاوه برفاز ورتسایت،zno در ساختارهای زینک بلند وسنگ نمک نیز کریستالی می شود و ساختارشان در شکل 1-2 نشان داده شده است]1[. شکل1-2: (a)ساختارورتسایت شش گوشی،(b)فاز سنگ نمکی و(c) فاز زینک بلندzno. اتمهای اکسیژن باکره های سفیدرنگ بزرگ واتمهای روی با کره های کوچکترومشکی مشخص شده اند]1[. 1-1-2 ساختارکریستالی وپارامترهای شبکهsno2 sno2 به عنوان یک ماده معدنی، بانام کستریت شناخته می شود. مانند اکسیدهای فلزی tio2 ,ruo2 ,geo2 ,mno2 ,vo2 ,iro2 وcro2 دارای ساختارروتایل است. ساختار روتایل دارای سلول واحد 4 گوشی باتقارن گروه فضاییp42/mnmاست .در سلول واحد sno2 اتم sn با 6 اتم اکسیژن و اکسیژن با3 اتم قلع احاطه شده است. ثابتهای شبکه برای سلول واحد sno2،nm474/0a=b= و nm318/0c= است که در شکل 1-3 نشان داده شده است]5[. شکل 1-3: (a)نمایی از سلول واحد sno2،(b) سلول واحدبه همراه پارامترهای شبکه. دو نوع اکسید مهم از قلع وجود دارد:sno وsno2. وجود این دو اکسید ناشی از ظرفیت دوتایی قلع، با حالتهای اکسایش 2+و4+است. ویژگیهای snoنسبت به sno2،کمتر مورد بررسی قرارگرفته است.به عنوان مثال گاف نواری الکترونیکی اش دقیقا مشخص نیست اما در محدودهev3-5/2 قراردارد.و بنابراین نسبت به sno2 با گاف نواریev6/3، گاف نواری کوچکتری دارد. و در حال حاضر هیچ تک کریستال در دسترسی که مطالعه مفصل تری را از sno فراهم کند،وجودندارد. sno2دارای ساختارروتایل وsno دارای ساختار کمتر معمول لیتارگ است. و sno2 فراوان ترین شکل اکسیدقلع است و علاوه بر ساختار روتایل (4گوشی)، یک فاز فشار بالای چگالتر "راست گوشه"دارد] 4[. شکل1-4:ساختارلیتراگsno. 1-2 دیاگرام فازی 1-2-1دیاگرام فازی سیستمzn-o شکل (a)1-5 نشاندهنده دیاگرام فازی سیستم دوتاییzn-o است.فاز جامد تعادلی از سیستم چگالیده zn-o که در فشارهیدرواستاتیک 1/ 0مگاپاسکال، ساختار تنگ پکیده شش گوشی zn را دارد، با ترکیب شش گوشی در ناحیه ترکیبی بسیار باریک اما قابل توجه، بصورت zno(o %50-%9/49)قرارگرفته است. و ترکیب دیگرzno2(o %7/66~) با ناحیه ترکیبی نامشخص است. گرچه وجودzno2 گزارش شده است اما ذات و دمای انتقالش ناشناخته است. در فشارهای هیدرواستاتیک بالا،یک تبدیل مکعبی مرکز سطحی ازzno شبکه ای پایداراست. همچنین گزارش شده است که zno می تواند با پایداری کم در دمای اتاق بصورت دو تبدیل مکعبی با ساختاراسفلریت zns و نوع سنگ نمکی وجودداشته باشد]6[. 1-2-2دیاگرام فازی sn-o شکل(b)1-5 دیاگرام فازی sn-o را در فشار اتمسفر نشان می دهد. این دیاگرام به حضور فاز اکسید قلع میانی بینsno و sno2 در دمای بالا اشاره می کند. در این اکسیدهای میانی،sn به عنوان ترکیبی ازsn(ii) و sn(iv) حضور دارد. همچنین فازsno2 می تواند با مقدار قابل توجهی از تهیجاهای اکسیژن همراه شود. لی-زی و همکاران، تغییرغلظت تهیجا اکسیژن بالکی را به عنوان تابعی از فشارجزئی اکسیژن بوسیله معیار کالومتریک اندازه گیری کردند و دریافتندکه بین غلظت x از تهیجا اکسیژن و فشار جزئی اکسیژن رابطه x?p_(o_2)^(-1?n) برقرار است و برای دماهای بین k990 و k720، مقدارn بین 7/5 و3/8 تغییر می کند. در این مطالعه، نقص اکسیژنی ماکزیممی از 034/0x= در sno2-xدر k990 قبل از تشکیل sn فلزی مشاهده می شود. در دماهای پایین تر، تهیجاهای اکسیژنی کمتری وجود دارد. گرمای تشکیل sno و sno2 درk 298 به صورت ?h=-68 cal/mol و ?h=-138 cal/mol بیان شده است. و این منجر به ?h=-70 cal/mol برای واکنش sno(c)+1/2 o_2 (g)?sno_2 (c) می شود. همچنین گزارش شده است که واکنش نامتناسب sno(c)?sn_x o_y (c)+sn?sno_2 (c)+sn در دماهای بالا شکل می گیرد. و این امرنشان می دهد که sno_2 از نظر ترمودینامیکی، پایدارترین شکل اکسیدقلع است. شکل 5.1 : دیاگرام فازی(a)zn-o، (b) سیستم sn-o درفشار0.1mpa. 1-3ساختار نواری 1-3-1 ساختار نواری zno ساختار نواری zno در شکل (a)1-6 نشان داده شده است.و چنانکه مشاهده می شود بیشینه نوار ظرفیت و کمینه نواررسانش هر دو در نقطه ?، k=0 اتفاق می افتد که بیان کننده این امراست که zno یک نیم رسانا با گاف نواری مستقیم است.ده نوار پایینی(با انرژیهایی در حدود ev9-) متناظر با ترازهای d3 اتم روی هستند و 6 نوار بعدی ازev0تاev5- متناظر با نوارهای p2 اکسیژن است، و دو نواررسانش بالایی متناظر با ترازهای s3 اتم روی است. گاف نواری محاسبه شده از این تقریبev77/3 است. گاف انرژی بصورت تجربی حدودev 37/3 مطابق با یک طول موج nm 376 تعیین شده است]1[. 1-3-2 ساختار نواری sno2 در sno2، پیوندهای شیمیایی بطور عمده بوسیله ترکیب خطی اوربیتالهای s2 وp2 اکسیژن با اوربیتالهای s5 وp5 قلع تولید می شوند. کل محاسبات برای هر نقطه از منطقه بریلیون در شکل(b)1-6 نشان داده شده است .چنانکه دیده می شود نوارظرفیت بالایی شامل یک مجموعه ازسه نوار(?_2^+,?_3^+,?_5^+)است. بالای نوارظرفیت یک حالت تقارنی ?_3^+ وجود دارد، از آنجاییکه کف نواررسانش در?_1^+ قرار دارد مقدار گاف انرژیev 6/3 =e(?_3^+-?_1^+) بدست می آید]7 [. شکل 1-6: ساختارنواری(a)zno، (b)sno2. 1-4 مروری برخواص کلی 1-4-1خواص کلی zno]14[ جدول 1-1 : خواص فیزیکی znoورتسایت. مقادیر خواص nm 32469/0 a0 ثابتهای شبکه (k 300t=) nm52069/0 b0 g/cm3606/5 چگالی k 2248 نقطه ذوب 66/8 ثابت نسبی دی الکتریک ev4/3 ومستقیم گاف انرژی cm-3106> غلظت حاملهای ذاتی mev 60 انرژی بستگی اکسایتون 24/0 جرم موثرالکترون cm2/vs200 تحرک الکترون (k 300t=) 59/0 جرم موثرحفره cm2/vs 50-5 تحرک حفره(k 300t=) 2-4-2 خواص کلی sno2 جدول 1-2: خلاصه ای از خواص فیزیکی وشیمیایی sno2 . خواص مقدار 1 فرمول sno2 2 وزن مولکولی g/mol709/150 3 حجم اتمی cm3/mol3/16 4 چگالی kg/m3850/6 5 نقطه ذوب ?c1630 6 نقطه جوش ?c2527 7 ثابتهای ترمودینامیکی آنتالپی تشکیل انرژی گیبس تشکیل آنتروپی تشکیل گرماویژه درفشارثابت kcal/mol138- kcal/mol3/123- cal/mol7/11 cal/mol6/12 1-5 کاربردها 1-5-1 کاربردهای zno ,zno بطور گسترده در زندگی روزمره مان مورد استفاده قرار می گیرد. و عنصری کلیدی در بسیاری از فرآیندهای ساخت صنعتی مانند رنگهای نقاشی، وسائل آرایشی، داروسازی، پلاستیکها، باتریها،تجهیزات الکتریکی، لاستیک سازی، صابون سازی، منسوجات و..... به شمار می رود]1[. 1-5-2کاربردهای sno2 sno2 دارای سه کاربرد عمده در زمینه های(1) اکسید رسانای شفاف (tco)، (2)کاتالیست اکسایشی و(3) حسگرهای گازی حالت جامد می باشد. برای دو کاربرد آخری سطح ماده در واکنش شرکت می کند. امادر زمینهtco ، به خواص بالکی دی اکسیدقلع توجه می شود.,sno2 متعلق به گروه مهمی از مواد اکسیدی است که دارای مقاومت الکتریکی کم و شفافیت اپتیکی بالا در محدوده مرئی طیف الکترومغناطیسی است. که این خواص می تواند منجر به کاربرد در زمینه هایی مانند مواد الکترود در سلولهای خورشیدی، دیودهای گسیلنده نوری، نمایشگرهایی با صفحه تخت و وسائل اپتوالکترونیکی دیگر شود. خاصیت دیگری از sno2 وtco ها اینست که گرچه در ناحیه مرئی شفاف هستند، اما برای نور فروسرخ بسیار بازتابنده هستند. از این رو، این خاصیت باعث می شود تا ازsno2 به عنوان یک نگهدارنده انرژی استفاده شود. برای مثال،پنجره های لایه نشانی شده باsno2 نور را عبور می دهد اما گرما را نگه می دارد و وابسته به شرایط آب و هوایی مناطق ،می تواند در ساختمانها به کار رود. پنجره هایی با قابلیت بیشتر که با نام پنجره های هوشمند شناخته می شوند، برمبنای tco ها عمل می کنندکه با به کاربردن ولتاژ، رنگ و شفافیتشان تغییر می کند]4 [. 1-6 نانو تکنولوژی نانوتکتولوژی به عنوان مهندسی مواد و وسائل ازطریق کنترل ماده در ابعاد nm100-1 تعریف می شود. طراحی ومهندسی مواد در ابعاد نانو از طریق دو روش متضاد می تواند بدست آید (الف) کاهش ابعاد ماده بالکی به مقیاسهای نانومتری که روش "بالا به پایین " نامیده می شود (ب)اجتماع مولکولها و اتمها در ساختارهایی تا حد نانومتری که روش "پایین به بالا" نامیده می شود. روش ساخت پایین به بالا،این امکان را فراهم می آورد تا مواد جدیدی با خواص مناسب برای فرآیندهای حسگری ساخته شود که نمی توانند از تقریب بالا به پایین یا روشهای معمول میکرویی بدست آیند. کاهش در اندازه می تواند به کاهش در سطح یک قطعه یا حتی در طول آن نیز اطلاق شود که معمولا کاهش در دو بعد(2d) را به پوسته و کاهش به یک بعد (1d) را به سیم و در صفر بعد (0d) را به نقطه می شناسند که به عنوان مثال کربن می تواند به الماس(3d)، گرافیت(2d)، گرافین(2d) و فولرین (0d)تقسیم بندی شود. به منظور دستیابی به فهم و تصور بهتری از ابعاد مختلف نانومواد، شماتیکی از آنها به همراه نمودار انرژیشان در شکل 1-7 نشان داده شده است. بطور کلی می توان نانو مواد را به صورت زیر تقسیم بندی کرد : شکل1-7: شماتیکی از موادصفر، یک، دو وسه بعدی به همراه چگالی حالتهایشان. در اندازه های نانویی، خواص فیزیکی و شیمیایی مواد بطور اساسی متفاوت از مواد حجمی است و این خواص بطورشدیدی وابسته به ابعادشان است. محدودکردن کوانتومی الکترونها بوسیله چاه پتانسیلی با اندازه نانو می تواند یکی از موثرترین روشها را برای اصلاح خواص مغناطیسی ،ترموالکتریکی،اپتیکی و الکتریکی مواد فراهم کند. در چنین مرتبه طولی کوچکی،اکثراتمها،اتم های سطحی هستند. درنتیجه بطورقابل توجهی تعداد موثر مکانهای در دسترس برای واکنش افزایش می یابد. افزایش در نسبت مساحت سطحی به حجم با کاهش در اندازه دانه، در زمینه حسگری بسیار مهم است. بنابراین کاهش در اندازه دانه یک نقش مهمی را در کاربردهایی ایفا می کند که در بردارنده واکنشهای سطحی مانند کاتالیستها و حسگرهای گازی شیمیایی و غیره هستند. بامهندسی وکارکردن روی ابعاد، شکلها و طبیعت این مواد که در بردارنده مواد فلزی، اکسیدهای فلزی، نیمه هادیها یا موادمغناطیسی هستند، می توان به خواص دلخواه در هر مورد دست یافت]9[. 1-6-1 اصول لایه نشانی لایه نازک در اکثر شرایط لایه نشانی لایه نازک، در ابتدا چند لایه اتمی از مواد لایه نشانی مانند جزیره ها رشد می کنند که اطراف مکانهای هسته بندی تجمع می کنند.این مکانهای هسته بندی می توانند بصورت جدا از هم در طول لایه نشانی باقی بمانند که به عنوان رشد ولمر-وبر معروف است.یا آنها می توانند ازطریق لایه های نازک در یک فرآیند رشد استرانسکی-کرستانف بهم متصل شوند. این جزیره ها می توانند رشد یابند تا زمانیکه آنها بهم متصل می شوند و این موضوع به عنوان آستانه نفوذ شناخته می شود. وابسته به مواد، آستانه نفوذ می تواند بین چند نانومتر تا چند میکرون باشد. اگر لایه نشانی لایه به لایه اتفاق بیفتد، رشد فرانک وندرمرو نامیده می شود. و این یک رشد برآراستی ایده ال است و بیان کننده رشد کریستالی منظم دری ک جهت است.3 نوع متفاوت از رشد لایه نازک که در بالا به آن اشاره شد، در شکل 1-8 به تصویر کشیده شده است. شکل1-8: انواع رشد لایه نازک رشد لایه نازک می تواند طی مراحل زیر انجام گیرد : 1 .جذب سطحی 2.پخش سطحی 3.اتصال گونه های رشد روی ساختارسطحی(وبرهم کنش سطحی)4.واجذب فرآورده های فرعی(شکل1-9). شکل1-9:مکانیسم رشد لایه نازک. 1-6-2 روشهای ساخت نانومواد 1-6-2-1 لایه نشانی تبخیر فیزیکی (pvd) فرآیندpvd در خلا یا فشار کم انجام می شود، ماده مورد نظر برای لایه نشانی باید در یک محیط پر انرژی قرار بگیرد و این محیط پر انرژی، ماده منبع را به شکل ذراتی مانند یونها و مولکولها تبخیر می کند و ذرات رها شده از منبع به سمت سطح زیرلایه جهتگیری می کنند. و سطح زیرلایه انرژی ذرات فرودی را می گیرد و به آنها اجازه می دهد تا بر روی زیرلایه هسته بندی کنند و تشکیل لایه نازک دهند. کل سیستم در یک محفظه خلا نگه داشته می شود. که به ذرات اجازه می دهد تابه آسانی حرکت کنند و با انرژی بالایی به سطح برسند و وجود خلا، تشکیل لایه نازک عاری ازآلودگی را فراهم می کند. 1-6-2-1-1تبخیر تبخیر یکی از معمولترین روشها برای رشد لایه های نازک است و اگرچه یکی از قدیمی ترین تکنیکهای فیزیکی است، هنوز به طور گسترده در آزمایشگاه و صنعت به کار می رود. در این فرآیند بخار تولید شده بوسیله تبخیر یا تصعید ماده منبع، بر روی زیرلایه به عنوان لایه جامد چگالیده می شود. گستره وسیعی از مواد با واکنش پذیری و فشارهای بخار متفاوت،می توانند در این روش مورد استفاده قرار گیرند و همچنین روشهای متفاوتی برای تبخیر ماده منبع مانند گرما، تابش باریکه الکترونی، تابش، لیزر و غیره، می توانند به کار گرفته شوند که در زیر به آنها اشاره شده است. 1-6-2-1-1-1تبخیر گرمایی در تبخیر گرمایی، با استفاده از یک هیتر، ماده هدف ذوب، تبخیر و یا تصعید می شود. در این فرآیند ،فشار بخار در محفظه از یک مقدار اولیه بسیار کم تا حد تشکیل مواد بر روی زیرلایه افزایش می یابد. به منظور رسیدن بخار به زیرلایه بدون واکنش یا پراکندگی از اتمهای دیگر، وجود خلا اولیه بالا ضروری است. ضمن اینکه با این خلا، احتمال تشکیل ناخالصی بر روی لایه کاهش می یابد. معمولا فلزاتی چون تنتالیوم (ta)،مولیبدیوم (mo)وتنگستن (w) به عنوان المان گرم کننده به کار می روند .این تکنیک برای لایه نشانی فلزات و ترکیباتی چون آلومینیوم، نقره، طلا و کلرید نقره مناسب است که دارای دمای ذوب پایین هستند. شکل 1-10: تبخیر گرمایی 1-6-2-1-1-2تبخیر باریکه الکترونی 1-6-2-1-1-3 برآراستی باریکه الکترونی (mbe) در این فرآیند، تفنگ الکترونی یک باریکه پرانرژی را تولید می کند تا نقطه ای کوچک از ماده هدف را تبخیر کند. تبخیر در یک خلا بسیار بالا اتفاق می افتد (کمتراز4-10 تور) و در فیلمان تنگستنی ولتاژی ازمرتبه 1تا 100کیلو ولت به کار می رود. که آن را تا حدی گرم می کند که به گسیل گرمایونی الکترونها منجر شود.(گسیل گرمایونی،شارش الکترونها از یک سطح فلزی بارداراست.) در این فرآیند، یک باریکه مولکولی از ماده هدف بوجود می آید. و این باریکه به سمت زیرلایه جهتگیری می شود تا اتم به اتم لایه نشانی شود. نرخ لایه نشانی کند، رشدلایه های همبافته رافراهم می کند(لایه نشانی ایده آل فرانک وندرمرو)،عموما نرخ رشد از مرتبهs/? است. برای اینکه اتمهای بخارشده (باریکه) تا زمانیکه به زیرلایه برسند با یکدیگر یا هر گاز دیگر محفظه خلا برهمکنش نکنند، لایه نشانی در خلا بسیار بالا(11-10تور یا کمتر). اتفاق می افتد 1-6-2-1-2کندوپاش 1-6-2-1-3آبکاری یونی 1-6-2-1-4 سایش لیزری (pld) 1-6-2-2 لایه نشانی تبخیرشیمیایی (cvd) تکنیکی شیمیایی برای لایه نشانی لایه نازک در فازبخار است. و بطور گسترده در صنعت نیمه هادیها برای لایه نشانی موادی چون اکسید سیلیکون، نیترید سیلیکون، پلی کریستالیتها، آمورفها و شکلهای همبافته از سیلیکون، آرسنید گالیوم و حتی نانولوله های کربنی به کار می رود. در فرآیندهای cvd، زیرلایه در معرض یک یا چند ماده قابل تبخیر قرار می گیرد. ابتد اماده تبخیر می شود و سپس توسط گازهای حامل به زیرلایه انتقال داده می شود و بر روی سطح زیرلایه برای تولید محصولات موردنظر، تجزیه می شود. بعد از هسته بندی ،رشد لایه نازک آغاز می شود و گروههای شیمیایی ناخواسته بوسیله شار گاز حامل از روی سطح رانده می شوند. 1-6-2-2-1 لایه نشانی تبخیرشیمیایی کم فشار (lpcvd) 1-6-2-2-2 لایه نشانی تبخیرشیمیایی پلاسما ی پیشرفته(pecvd) 1-6-2-2-3 لایه نشانی تبخیر شمیایی لایه اتمی (alcvd) 1-6-2-2-4 لایه نشانی تبخیر شیمیایی پلاسما درفشاراتمسفر (ap-pcvd) 1-6-2-3 لایه نشاتی فاز محلول تکنیکهای زیادی برای لایه نشانی لایه های نازک در فاز محلول مورد استفاده قرار می گیردکه در زیر به آنها اشاره شده است. در این روشها : (1) لایه نشانی می تواند روی یک زیرلایه غیرمسطح انجام شود (2) تکنیکها ساده و ارزان هستند (3) نیاز به مواد اولیه گران و ترکیبات آلی فلزی مانند mocvd ندارد و دارای فرآورده های فرعی خطرناک نیست(4) لایه های نازکی از تک کریستالها (برای سرامیکها) یا لایه های نازک تک لایه همگن (برای مواد آلی) می تواند بدست آید. 1-6-2-3-1 تکنیکهای محلول آبی (ast) این تکنیک عموما برای ساخت لایه های نازک سرامیکی در دماهای کم (?c 100-20)

در این پروژه حذف باکتری های اشریشیا کلای (e.coli) و استافیلوکوکوس اورئوس (s.aureus) از آب با استفاده از راکتور فوتوکاتالیستی لایه نشانی شده با نانوساختارهای دی اکسید تیتانیوم مورد ارزیابی قرار گرفت. لایه ی نانوساختاری دی اکسید تیتانیوم، روی زیرلایه ی توری آلومینیومی اکسیدشده و اکسید نشده با دو روش اسپری و سل ژل ایجاد شد. آنالیز ساختار بلوری لایه ها ی نازک دی اکسیدتیتانیوم، توسط طیف پراش اشعه ی ایکس (xrd) و مورفولوژی سطح آن با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشیsem) و fe-sem) مورد مطالعه قرار گرفت. سپس خاصیت ضد باکتریایی لایه های نانوساختاری دی اکسیدتیتانیوم لایه نشانی شده با این دو روش مورد بررسی قرار گرفت که نتایج نشان دادند بازده راکتور آماده شده با روش اسپری بهتر از راکتور آماده شده با روش سل ژل است. همچنین میزان حذف باکتری استافیلوکوکوس- اورئوس توسط راکتور آماده شده با روش سل ژل بیشتر از باکتری اشریشیا کلای است. بعلاوه نور uv دارای خاصیت ضدباکتریایی است. اگرچه میزان حذف هر دو باکتری وقتی که هم زمان در معرض توری های لایه نشانی شده و نور uv قرار می گیرند، به مراتب بیشتر از موقعی است که فقط در معرض نور uv قرار می گیرند.

در این پژوهش، نانوساختارهای دی اکسید تیتانیوم به دو روش اسپری و غوطه وری (سل-ژل)بر روی زیرلایه ای از جنس آلومینیوم و اکسید آلومینیوم سنتز شده است و خاصیت فتوکاتالیستی این نانوذرات بر روی دو آلاینده آلی موجود در آب که شامل متیل اورانژ و فنول است،بررسی شد.

در این کار پژوهشی، دورنگ نمایی خطی و پارامتر نظم ترکیب بلورمایع نماتیک 7c ورنگینه¬ی سودان بلک بی با دو درصد تراکمی و دو نوع رنگینه¬جدید، با سه درصد تراکمی متفاوت اندازه گیری شده و تغییر جهت گیری بلور مایع در حضور این رنگینه ها، در چارچوب پدیده میهمان¬- میزبان مورد بررسی قرار می گیرد. در این بررسی، از روش اسپکتروسکوپی قطبیده استفاده شده و نوارهای جذبی بدست می آیند. سل ها ی مورد استفاده در آزمایش ها با جهت دهی موازی آماده شده اند. با استفاده از قانون بیر- لامبرت ضرایب جذب عمودی و موازی در یک طول موج معین تعیین می شوند. سپس با مقایسه نتایج به دست آمده به ازای درصدهای تراکمی مختلف رنگینه و نیز مقایسه نتایج حاصل برای ترکیب بلور مایع با سه رنگینه متفاوت، اثر نظم دهی رنگینه ها و تغییرات جهت گیری در این ترکیبات، مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرند. نتایج تجربی ما برای پارامتر نظم و دورنگ نمایی خطی این ترکیبات، موید این مسئله هستند که ساختار مولکولی رنگینه ها تأثیر عمده ای بر جهت گیری محیط بلور مایع و نظم جهتی مولکول ها دارند طوری که می توانند حتی در حد درصد های بسیار پایین به تغییرات نسبتاً قابل توجهی در پارامتر نظم بلور بیانجامند. بعلاوه، پارامتر نظم رنگینه نیز از پارامتر نظم میزبان پیروی می کند. این بررسی، در زمینه های الکترواپتیکی اهمیت فراوانی داشته بویژه در صنایع نمایشگرها دارای کاربردهای گسترده ایست

در میان انواع آلاینده های هوا، بیش از 300 گونه ی ترکیبات آلی فرار در هوای درون ساختمانی وجود دارند، که از بین انواع مختلف این ترکیبات بنزن، بدلیل داشتن درجه ی سمیت بالا و سرطان زایی محرز، به عنوان یکی از خطرناک ترین آلاینده ها محسوب می شود. در میان روش های متفاوتی که برای تصفیه ی هوا وجود دارد، تکنیک های فوتوکاتالیستی به دلیل بازدهی بالا و استفاده از نور خورشید به عنوان منبع انرژی ، پیش تاز می باشند. تیتانیا به دلیل قدرت بالای اکسایشی و انتقال حامل های بار و هم چنین به دلیل در دسترس بودن، سمیت پایین و پایداری شیمیایی به عنوان یکی از پرکاربردترین نیمه رساناها در فرایندهای فوتوکاتالیستی می باشد، اگرچه به دلیل داشتن گاف انرژی پهن در ناحیه ی فرابنفش (3-3.2 الکترون ولت) فقط 3 الی 5 درصد از کل انرژی خورشیدی برای تیتانیا قابل استفاده خواهد بود. برای رفع این مشکل روش های مختلفی مانند بهبود راندمان نوری در ناحیه ی مرئی، آلایش با یون های فلزی و غیر فلزی و جفت کردن با سایر نیم رساناها با گاف انرژی باریک تر به کار گرفته می شود، تا به این ترتیب، گاف انرژی تیتانیا از ناحیه ی فرابنفش به ناحیه ی مرئی منتقل شود. در این پروژه سعی شده است تا با تهیه ی لایه های نازک تیتانیا به روش های مختلف غوطه وری با مسیر سل ژلی و اسپری پایرولیز ،اثر فوتوکاتالیستی آن ها در تخریب بنزن مورد بررسی قرار گیرد. نتایج به دست آمده نشان داده است که لایه های نازک تیتانیای به دست آمده از هردو روش موجب تخریب بنزن در حضور تابش فرابنفش شدند.در ادامه، برای استفاده از نور مرئی در فرایند فوتوکاتالیستی ، لایه های بدست آمده به روش سل ژلی با کربن،گوگرد و نیتروژن آلاییده شدند. لایه های آلاییده شده مطابق انتظار، بازده ی بیشتری را نسبت به لایه های بدون آلایش، تحت تابش مرئی، از خود نشان دادند. با توجه به نتایج حاصله انتظار می رود با بهینه سازی راکتورهای ساخته شده، بازده ی بالایی در تصفیه ی انواع گازها حاصل شود.

در سال های اخیر لایه های اکسید روی، به علت پتانسیل کاربردی فراوان آنها در الکترودهای شفاف در محدوده ی طول موج های مرئی برای ساخت سلول های خورشیدی و صفحات نمایش مسطح، سنسورهای گازی، مدارهای مجتمع نوری مانند موجبرهای نوری و دیگر وسایل اپتوالکتریکی توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. لایه های اکسید روی دارای رسانندگی الکتریکی و شفافیت نوری بالا در ناحیه طیف نور مرئی هستند. موادی که دارای مقاومت الکتریکی پایین و شفافیت بالا در ناحیه طول موج مرئی هستند برای کاربرد به عنوان لایه tco مورد علاقه هستند. علاوه بر این، توجه به پارامترهای نوری، الکتریکی، پایداری مکانیکی، واکنش پذیری حرارتی و شیمیایی نیز مهم است. با این تفاسیر، zno کاندیدای مناسبی برای تولید tco است. در این کار پژوهشی لایه هایzno با روش اسپری بر روی زیرلایه شیشه رشد داده ایم. تأثیر ضخامت لایه ها بر روی مورفولوژی سطح، نحوه ی رشد و خواص اپتوالکتریکی آن ها را مورد بررسی قرار داده ایم. مورفولوژی و زبری سطح، خواص اپتیکی و الکتریکی لایه ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (sem) ، میکروسکوپ نیروی اتمی (afm)، اسپکتروفوتومتر و مقاومت سطحی با استفاده از مدار جریان ـ ولتاژ اندازه گیری شده است. تصاویرsem و afmتصاویر نشان می دهند که با افزایش ضخامت لایه، حالت رشد از افقی ( جانبی) به عمودی تغییر کرده است. طیف عبور داده ها در محدودهی طول موجهای مرئی بیش از80% است و همچنین مقاومت سطحی در ابتدا با افزایش ضخامت کاهش و سپس افزایش یافته است. نتایج این پژوهش نشان می دهند که با کنترل پارامترهای لایه نشانی می توانیم روند رشد لایه را کنترل کنیم و در نتیجه با بهینه سازی خواص اپتیکی و الکتریکی لایه جهت کاربردهای موردنظر استفاده شود.

امروزه آلودگی محیط زیست یک مشکل جدی است در نتیجه تعداد زیادی از دانشمندان به دنبال یک راه حل مناسب برای رفع این مشکل هستند. در این میان تکنولوژی جدیدی با عنوان فتوکاتالیست مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. از میان فتوکاتالیست های نیمه هادی، دی اکسید تیتانیوم به عنوان یک فتوکاتالیست مناسب برای حذف آلوده کننده های محیط شناخته شده است. در این پژوهش ما ابتدا یک راکتور آزمایشگاهی دست ساز طراحی کردیم سپس خاصیت فتوکاتالیستی نانو ذرات tio2 را با استفاده از نور فرابنفش و تخریب رنگ متیلن بلو به عنوان یک آلاینده آب مورد ارزیابی قرار دادیم تا فرایند فتوکاتالیستی را با بهینه کردن پارامترهای این فرایند انجام دهیم. پارامترهایی که مورد بررسی قرار دادیم عبارتند از: اثر غلظت اولیه رنگ، اثر جرم نانو ذرات tio2، اثر ph و اثر اندازه نانو ذرات .tio2 که با اهمیت ترین قسمت آن بررسی تاثیر اندازه نانوذرات در چند اندازه مختلف بود، این کار کاملا جدید و با توجه به پیشرفت نانو مواد در سالهای اخیر بسیار حائز اهمیت است. طیف جذب رنگ با استفاده از اسپکتروفتومتر به دست آمد و سپس غلظت محلول مورد آزمایش با استفاده از قانون بیرلامبرت محاسبه شد. نتایج آزمایش نشان داد که روش فتوکاتالیستی با استفاده ازtio2/uv یک روش امیدوارکننده برای تصفیه فاضلاب های آلی است.

هدف از تحقیق حاضر ساخت و مشخصه یابی حسگرهای گاز مقاومتی با نانوساختارهای یک بعدی اکسیدروی (zno) است که از دمای عملکرد کم (دمای اتاق)، حساسیت و گزینندگی بالایی برخوردار باشند. از این رو رشد نانومیله های zno به روش انتقال فاز بخار کاهش کربوترمالی بر بستر زیرلایه های عایق مناسب (کوارتز، آلومینا و sio2/si) برای کاربرد در حسگر گاز مقاومتی مورد بررسی قرار گرفت و اثر عوامل شار گاز، دمای زیرلایه و نوع زیرلایه بر ریخت شناسی، ساختار بلوری و نقایص نمونه ها مطالعه شد. مشخص شد که وجود همبستگی بین این عوامل و پارامتر فوق اشباع فاز بخار سبب رشد بر روی تمام سطح زیرلایه های مورد نظر بدون استفاده از لایه کاتالیست، لایه بافر یا ذرات هسته بندی می گردد. از این بررسی ها نتیجه شد که شار گاز100sccm~ و دمای زیرلایه در بازه 820-680 در حالتی که چشمه در دمای 1060 (دمای مرکز کوره) قرار دارد، به عنوان شرایط بهینه رشد بر روی زیرلایه های مورد استفاده می باشند. در این شرایط آرایه هایی نسبتاً منظم از میله های عمود به همراه ساختارهای گل مانند بر زیرلایه های کوارتز و sio2/si و میله های نامنظم بر زیرلایه های آلومینا مشاهده شدند که فرایند رشدشان با استفاده از سازوکار متداول بخار-جامد توصیف شده است. از بررسی حسگری گاز ساختارهای رشد داده شده نتیجه شد که نانومیله های منظم در مقایسه با نانومیله های نامنظم عملکرد بهتری از خود نشان می دهند به طوریکه این ساختارها از پاسخ و گزینندگی بالایی نسبت به گاز h2s در دمای اتاق در مقایسه با دماهای بالاتر برخوردارند؛ برای مثال پاسخ نمونه ها در دمای اتاق و 250 در غلظت ppm 1 سولفیدهیدروژن به ترتیب برابر 296 و 2/4 به دست آمد. این عملکرد مطلوب حسگرهای ساخته شده به مساحت سطحی نسبتاً بالا، اتصال خوب بین نانو میله ها و حضور غلظت قابل توجهی از تهی جاهای اکسیژن در لایه حسگری ارتباط داده می شود. برای بهینه سازی عملکرد حسگر نسبت به گاز h2s در دمای اتاق از افزودنی فلز طلا استفاده شد و نقش پوشش طلا برای افزایش خواص حسگری مورد مطالعه قرار گرفت. حدود 3/7 برابر افزایش در پاسخ نمونه حساس شده با پوشش بهینه طلا نسبت به نمونه خالص مشاهده شد. سازوکار حسگری ساختارهای حساس شده با طلا با استفاده از آنالیز xps و با ارائه یک مدل کیفی، مطالعه و توصیف شد.

در این پژوهش، خواص فوتوکاتالیستی از قبیل آب دوستی و خود تمیز شوندگی نانو ساختار tio2 بر روی کاشی ساختمانی مورد بررسی قرارگرفته است. لایه نازک نانو ساختار tio2 را به روش افشانه داغ بر روی کاشی لایه نشانی شده است. برای افزایش بهره فوتوکاتالیستی لایه tio2 در منطقه نور مرئی را با نیترات نقره 0.66% آلاییده و با حفظ تمام پارامترها لایه نشانی شد. خواص tio2 تحت آزمایش های مختلف مورد بررسی و تحلیل قرارگرفته است. 1) خاصیت آب دوستی لایه نازک tio2، بامطالعه تغییرات زاویه تماس قطره آب تحت تابش نور فرابنفش در زمان های مختلف اندازه گیری شد.2)چگونگی تجزیه و درنتیجه خود تمیز شدن دود روغن مایع آغشته شده به لایه نازک tio2 تحت تابش نور مرئی بررسی شد، که این فرایند خود تمیز شوندگی تاکنون گزارش نشده است .3) روند تجزیه مولکول های محلول متیلن آبی طی فرایند فوتوکاتالیستی با غلظت های مختلف و ph یکسان به لایه نازک tio2 آغشته شده تحت تابش نور مرئی بررسی گردید.4) چگونگی تجزیه و خود تمیز شدن دود شمع آغشته شده به لایه tio2 تحت تابش نور مرئی بررسی شد. مورفولوژی، ضخامت و ابعاد نانو ذرات با میکروسکوپ الکترونی روبشی (fesem)، ساختار بلوری، نوع شبکه با الگوی اشعه پراش پرتوxrd)x)، درصد عناصر تشکیل دهنده لایه نازک با طیف پراکندگی اشعه x الکترون (edx) تعیین و شناسایی گردید. خاصیت خود تمیز شوندگی و تجزیه دود روغن مایع، دود شمع و مولکول متیلن آبی با دستگاه اسپکترومتر اندازه گیری شد. فرایند فوتوکاتالیستی لایه نازک tio2 براثر تابش نور مرئی افزایش یافته و سطح تمیز گردید. درنتیجه بازتاب نور از سطح لایه نازک برحسب طول موج و باگذشت زمان افزایش می یابد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده در این پروژه به ارئه یک روش فیزیکی برای ساخت نانو ذرات سیلیکان بر روی ویفر سیلیکان می پردازیم. این روش که روش glad نامیده می شود اولین بار در سال 1996 توسط یک گروه تحقیقاتی کانادایی در دانشگاه آلبرتا ارائه گردید. همچنین برای لایه نشانی دستگاه خود را در حالت گرمادهی به روش پرتو الکترونی آماده کردیم. لایه نشانی را در دو زاویه° 75و ° 85 انجام دادیم. منحنی افت زمانی در دو ولتاژ یک و دو ولت وخاصیت فوتوکانداکتیویتی را در ولتاژ یک ولت اندازه گرفتیم. تغییر مقاومت نمونه ها را نیز با اعمال نوردهی مطالعه کردیم . همچنین عکس های sem که از بالا و مقطع عرضی گرفته شد تشکیل ساختارهای نانویی را در نمونه های ساخته شده تایید میکند. کلمات کلیدی glad,silicon,photoconductivity,time decay,deposition

روش tsdc (جریان واقطبشی برانگیخته گرمایی) نقش مهمی در درک فرآیندهایی مانند واهلش ، واپاشی و ذخیره بارالکتریکی و اتلاف دی الکتریک و سایر برانگیختگی ها در الکترت ها به ویژه پلیمرهای الکترت که خاصییت فوتو-پیزو-فرو-پیروالکتریک از خود نشان می دهند و داشته است . tsdc به عنوان یک روش هدفدار از سه دهه گذشته تاکنون در کنترل کیفی و کمی الکترت ها مورد استفاده قرار گرفته است . در این پایان نامه ضمن توصیف تئوری و راه اندازی عملی دستگاه و پارامترهای فیزیکی مختلف از قبیل دمای گذار شیشه ای، انرژی فعال سازی و زمان واهلش دوقطبی ها را برای پلیمرهای مانند پلی کربنات (pc) و پلی اتیلن (pe) . پلی پروپیلن (pp) و چند پلیمر دیگر که در پژوهشگاه پلیمر تهیه شده اند و به دست آوردیم و با مراجع مختلف و روش tmta (که در پژوهشگاه پلیمر ایران انجام گرفته) مقایسه و پیشنهادات لازم داده شده است . چنانچه این پیشنهادات برآورد شوند می توان در بررسی خواص الکتریکی . کاربرد پلیمرها به موفقییتهای بزرگتری دست یافت .

ما در این مقاله ماتریسی را برای حل یک بعدی معادله شرودینگر به کار می بریم. این شیوه فقط شامل حاصلضربهای مستقیم ماتریسهای 2×2 و بدون تکرار است و شبیه سازی کامپیوتری آن نیز آسان می باشد. این تکنیک عددی برای محاسبه ضریب احتمال عبور در مکانیک کوانتومی و چگالی جریان از میان یک سد پتانسیل به کار می رود که در آن از تقریب پتانسیل چند پله ای استفاده می شود. نتایج حاصل از پتانسیلهای با شکلهای متفاوت مورد تحلیل قرار می گیرد و سهولت و کارائی این رهیافت نشان داده می شود.

حفره های تشدید الکترومغناطیسی یکی از عناصر مهم و پرکاربرد در شتاب دهنده های خطی ذرات و سیستم های میکروویو می باشند. میدان های الکترومغناطیسی درون این محفظه های فلزی (که ممکن است از ماده ای همگن یا غیرهمگن پرشده باشد) می تواند به مدهای مستقل خطی ای -که بر حسب زمان در فرکانسهای مجزایی نوسان می کنند -تفکیک شود. این مدها را ویژه مد و این فرکانس ها را ویژه می نامند. در واقع شکل و ابعاد هندسی این محفظه ها است که که شرایط مرزی مشخصی را برای جواب های معادلات ماکسول تعیین می کند. روشهای معمول تحلیلی در حل چنین مسائلی با هندسه پیچیده و تنوع جنس ماده عملا ناتوانند . ما به کمک روش عددی اجزا محدود برداری و با طراحی چند برنامه کامپیوتری ، محاسبه ویژه فرکانسهای تشدید این حفره ها را به هر نوع هندسه دل خواهی تعمیم داده و در انتها نتایج این شبیه سازی ها و پیشنهاداتی در راستای اهداف آینده این پروژه ارائه شده است.

اندازه گیریهایی به روش جریانهای واقطبشی به کمک برانگیختگی گرمایی روی پلیمرهای تجارتی پلی اتیلن و پلی اتیلن ترفتالات و پلی ونیل کلراید انجام شد. دستگاهی برای آزمایش طراحی و در آزمایشگاه ساخته و راه اندازی شد و نتایج حاصل از اندازه گیریها روی یک رکورد نواری تک کاناله ثبت شد.

موضوع مورد بررسی در این پژوهش، حل سه بعدی مسئله تفنگ ریلی به کمک روش عددی المانهای محدود است. اهمیت بررسی این موضوع از آنجا ناشی می شود که در ساختار تفنگ ریلی بعنوان یک وسیله الکترومکانیکی چگونگی توزیع جریان تاثیر مستقیمی بر بازدهی این شتابدهنده دارد. دستیابی به سرعتهای بالا امروزه یکی از اهداف موسسات مخابراتی، صنایع دفاعی و گاه صنایع هوا-فضا در دنیاست. انتقال اطلاعات با سرعت هر چه بیشتر و با هزینه و اتلاف کمتر ضرورت طراحی و بهینه سازی و دستگاههای نظیر تفنگ ریلی را مشخص می نماید به منظور یک آشنایی اولیه با نمونه ساده ای از این وسیله واجزای مختلف آن در فصل اول مقدماتی بر ساختار تفنگ ریلی و قسمتهای مختلف آن ارائه شده است. در فصل دوم معادلات حاکم بر مسئله موجود را معرفی نموده و شرایط مرزی حاکم بر آن را در حالت کلی بیان می کنیم. همچنین روشهایی که تاکنون برای حل مسئله طرح و بررسی شده را به اجمال معرفی می نماییم و به کمک یکی از روشهای مطرح شده به حل مسئله مقدار مرزی تفنگ ریلی در حالت دوبعدی می پردازیم. در فصل سوم به معرفی روش المانهای محدود و چگونگی استفاده از آن در معادلات ماکسول می پردازیم. و چگونگی اعمال این روش را بر مسئله در حالت دو بعدی می آزمائیم. تا نهایتا در فصل چهارم تحت شرایط موجود به حل مسئله در حالت سه بعدی بپردازیم. بطور خلاصه در این پروژه در جستجوی راهکارهایی برای حل یک معادله دیفرانسیل با شرایط مرزی معین به کم روش المانهای محدود هستیم. چون در تفنگ ریلی یک قطعه متحرک وجود دارد باعث حضور پیچیدگیهایی در حل مسئله می شود که به آنها می پردازیم.

بررسی تئوری تشدید تولی در چند لایه های ‏‎ga1-x a1x as/gaas‎‏ را در این مجموعه حاضر کرده ایم. طیف انرژیهای تشدید و وابستگی آن به ساختمان سد از روی منحنیهای عبور سد برحسب انرژی و مشخصه جریان - ولتاژ در دمای مشخص و سطوح فرمی معین، آنالیز شده است. فرمالیزم حاضر براساس تقریب جرم موثر است. و نتایج براساس محاسبات رقومی مستقیم است.