بررسی مکانیسم رشد نانو سیم های نیمرسانای نیتروژندار

به کمک روش نشست بخار شیمیایی و کوره الکتریکی، سنتز انواع نانو ساختارهای تک بعدی نیمرسانای نیتروژندار با موفقیت انجام شد. برای این منظور، اقدام به طراحی یک سیستم رشد نانوساختارهای نیمرسانای نیتروژندار کردیم. این سیستم متشکل از کوره الکتریکی، کپسول های گاز فعال و حامل، لوله های اتصال و شیرهای سوزنی، درپوش ها، لوله آلومینا و کوارتز، فلومترها، گازشو و سیستم خنک کننده کوره می باشد. واکنش شیمیایی میان مواد اولیه درون بوته آلومینا با جریان گاز باعث بدست آمدن این نوع ساختارها می شود تا مجموعه ما جزو روش های نشست بخار شیمیایی حرارتی محسوب شود. نمونه ها در دو بخش از کوره تشکیل می شوند، وسط کوره که دمایی بین c° 950 و c° 1250 دارد و انتهای سردتر کوره با دمای c° 50. ثابت می شود که دمای این دو ناحیه بر روی شکل نهایی نانو ساختارها تاثیر مستقیم می گذارد. ساختارهای بدست آمده از دو جنس نیترید آلومینیم (aln) و نیترید سیلیکون (si3n4) بوده که به شکل انواع نانو بلورها مانند نانو سوزن ها، نانو میله ها، خارپشتک ها، نانو سیم ها، نانو قفس ها و نانو ذرات بدست آمده اند. در این میان بعضی از این ساختارها به صورت یک آرایه شبه منظم بدست آمده و بعضی دیگر مانند نانو قفس های سیمی شکل و نانو پولک ها برای اولین بار گزارش می شود. داده ها حاصل آنالیز بدست آمده از تکنیک هایی چون تصویر الکترونی، پراش اشعه ایکس، آنالیز عنصری، طیف سنجی پراش الکترونی و آزمون فوتولومینسانس است. این آزمون ها برای معرفی ریخت شناسی، تشخیص شبکه بلوری، درصد عناصر تشکیل دهنده و خواص اپتیکی نانوساختارها مفید است و به شناسایی مکانیسم رشد کمک شایانی می کند. تنوع ساختارها به دلیل کنترل و تغییر انواع پارامترهای موثر در رشد نانوساختارها است. این پارامترها شامل زمان رشد، دمای واکنش، تنظیم شار گاز حامل و فعال، به کار بردن کاتالیست، دمای زیرلایه و غیره می باشد. در نهایت با توجه به داده های بدست آمده، موفق به ارائه مکانیسم رشدی برای بیشتر نمونه ها شدیم. مکانیسم رشد معرفی شده بر پایه چند فرایند فیزیکی مانند پخش جرمی و سطحی، اثر کرکندال، و مکانیسم های vls و vtcp پایه گذاری شده است. ثابت می شود با آنکه در مراحل ابتدایی رشد نانو ساختارهای aln از مکانیسم vls پیروی می کند، ولی به دلایلی مکانیسم رشد آن تبدیل به مکانیسم vtcp می شود. در مورد si3n4 هم باید گفت که به طور موفقیت آمیزی توانستیم به وسیله مکانیسم vtcp و صرفا با استفاده از خود زیرلایه سیلیکونی خورده شده، یک شبه آرایه از نانو سوزن تهیه کنیم. با توجه به سادگی و اقتصادی بودن روش تهیه نانو ساختارهای معرفی شده، می توان کاربردهای متعددی برای محصولات بدست آمده فرض کرد. به عنوان مثال، می توان از نانو ساختارهای aln برای ساخت انواع دیودها و از نانو سوزن های si3n4 برای تهیه پروب میکروسکوپ های afm استفاده کرد.