تهیه فیلم های نازک tialn به روش کندوپاش مگنترونی واکنشی و بررسی خواص الکتریکی و ساختاری آنها

چکیده: کاربرد لایه های نازک نه تنها در اتصال قطعات منفرد به یکدیگر بلکه همچنین در تهیه خود قطعات اعم از فعال و نافعال، امکانات جدید میکروریزه شدن را فراهم آورده است. این امر از آنجا ناشی می شود که یکی از ابعاد (از دیدگاه ماکروسکوپی) تقریباً صفر است، و ضخامت عنصر تنها با ضخامت زیرلایه که فرآیند انباشت روی آن انجام می گیرد، تعیین می شود. لایه های نازک تیتانیوم آلومینیوم نیترید با شیوه های متفاوتی از جمله نهشت به کمک باریکه یونی، رونهشتی باریکه مولکولی، نهشت به روش تبخیر و کندوپاش مگنترونی واکنشی rf و dc لایه نشانی می شوند. در میان تکنیک های کندوپاش، کندوپاش مگنترونی dc تکنیکی صنعتی تر محسوب می شود. زیرا این روش، برای رشد فیلم ها بر روی سطوح بزرگ زیرلایه با نرخ های نهشت بالا و دمای پایین زیرلایه و کنترل در ترکیب شیمیایی فیلم مناسب می باشد. در سالهای اخیر، مطالعه روی لایه های نازک tin بسیار گسترده شده است. این لایه ها کاربردهای زیادی را در صنعت میکروالکترونیک به خاطر پایداری گرمایی بالا و مقاومت الکتریکی پایین، به خود اختصاص داده اند. اما چون لایه های نازک tin در دمای بالای 873 درجه کلوین اکسیده می شوند و سختی خود را از دست می دهند، از این رو برای ابزار برنده با سرعت بالا و خشک مناسب نمی باشند ، بنابراین از tialn که سختی بالا، مقاومت اکسایشی بسیار عالی و پایداری شیمیایی بالاتری را در دماهای بالا نشان می دهد استفاده می شود، بعلاوه پایین بودن رسانندگی گرمایی tialn این امکان را پدید می آورد که ابزار برنده با سرعت عمل بیشتری عمل برش را انجام دهند. اکسید روی یک نیمه رسانای نوع n- با گاف انرژی پهن ev3.4-3.2 می باشد. چون فیلم های اکسید روی دارای فاصله بین ترازی پهن درمحدود? مرئی است، بعنوان یک ماده مفید برای گسترش دستگاه های الکترونیکی و اپتوالکترونیکی مانند رساناهای شفاف، حسگرهای گازی? دستگاه های موج اکوستیکی-سطح(saw) ، همچنین در ساخت سلولهای خورشیدی نیز به کار روند. روش های متعددی برای تهیه فیلم های نازک اکسید روی با توجه به محدوده? وسیع کاربردهایشان وجود دارد: روش تبخیر با استفاده ازپرتو لیزر? اسپری پیرولیزشیمیایی? کندوپاش پلاسمایی? تبخیر با بمباران الکترونی، روش سل- ژل و غیره. ازمیان روشهای فوق? فرایند سل– ژل یک روش جذاب بوده و امکان تهیه لایه نشا نی با ابعاد بزرگ? کم هزینه و با شفافیت بالا را برای کاربرد درتکنولوژی فراهم می کند. روش سل-ژل که روش مناسبی برای پوشش فیلم های نازک می باشد اخیراً توانسته است جایگاه خوبی را در بین روشهای مختلف لایه نشا نی پیدا کنددر این کار تجربی فیلم های نازک اکسید روی با استفاده از روش سل-ژل و بکارگیری تکنیک غوطه وری بر روی زیرلایه های شیشه ای تهیه شده اند. در این تحقیق? از زینک استات دی هیدرات بعنوان ماده اولیه و از محلول های ایزوپروپانول و دی اتانول امین بترتیب بعنوان حلال و پایدارساز استفاده شده است. فیلم های نازک اکسید روی که با این روش تهیه می شوند در محدوده? بالای 400 نانومتر شفاف بوده و دارای لبه های فرابنفش تیزی درحوالی های 380 و 390 نانومتر می باشند. ضخامت فیلم هایی که تهیه شده اند در محدوده? 250تا700 نانومتر می باشد. قبل از بررسی هر نوع خواص فیزیکی? فیلم ها تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند تا سطح کاملاً صاف و یکنواختی را داشته باشند. برخی از خواص الکتریکی بوسیله پروپ چهارسوزنی و میکروسکوپ الکترونی? خواص اپتیکی بوسیله بیناب نمائی نوری فرابنفش–مرئی((uv–vis وخواص ساختاری بوسیله پراش سنجی پرتوایکس(xrd) بررسی گردید. . فیلم های تهیه شده با این روش قبل حرارت دادن دارای ساختاری آمورف می باشند که بعد از بازپخت بلورین ش وعبوری بالای85 درصدرا نشان دادند و با افزایش دمای عملیات تا c° ?500 می توان کیفیت ساختار فیلم ها را بالا برد. در این کار تجربی، لایه های نازکی از تیتانیوم آلومینیوم نیترید با استفاده از کندوپاش مگنترونی واکنشی dc تحت شرایط متفاوت بر روی زیرلایه های شیشه ای تهیه و برخی از خواص فیزیکی مانند خواص ساختاری، الکتریکی و مکانیکی آن ها مورد بررسی قرار گرفته است. خصوصیات ساختاری فیلم ها بوسیله پراش پرتو (xrd) x، خصوصیات الکتریکی بوسیله دستگاه چهارسوزنی و خصوصیات مکانیکی شامل اندازه گیری سختی فیلم ها بوسیله سختی سنج ویکرز بررسی گردید. آنالیز پراش پرتو x نشان می دهد که تیتانیوم الومینیوم نیترید دارای دو نوع ساختار بلوری می باشد و سمت گیری بلوری به شدت از فلوی گاز نیتروژن، دمای زیرلایه و توان تخلیه تأثیر می پذیرد. اندازه دانه های تیتانیوم آلومینیوم نیترید از مرتبه نانومتر است و قویاً به فلوی گاز نیتروژن، دمای زیرلایه و توان تخلیه وابسته می باشد. نرخ نهشت با افزایش دمای زیرلایه و توان تخلیه، افزایش و با افزایش فلوی گاز نیتروژن کاهش می یابد. مقاومت ویژه الکتریکی فیلم های تیتانیوم آلومینیوم نیترید به فلوی گاز نیتروژن، دمای زیرلایه و توان تخلیه وابسته می-باشد و با افزایش فلوی گاز نیتروژن، افزایش و با افزایش دمای زیرلایه کاهش می یابد. میکروسختی فیلم ها نیز به فلوی گاز نیتروژن، دمای زیرلایه و توان تخلیه وابسته می باشد و با افزایش دمای زیرلایه افزایش می یابد.