بررسی ویژگیهای ساختاری نانولایه های zno با استفاده ازمدلسازی داده های پرتو ایکس به کمک الگوریتم ژنتیک و داده های afm

در طی سالیان اخیر توجه زیادی به وسایل و قطعات الکترونیکی و میکروالکترونیکی بنا شده بر مبنای اکسید روی معطوف گردیده است. اکسید روی یک نیمه رسانای نوع n با فاصله نواری پهن و با ساختار کریستالی هگزاگونال ورتزایت بوده و به خاطر داشتن تحرک زیاد الکترونهای رسانش و پایداری حرارتی و شیمیایی می تواند به عنوان گزینه ای مناسب جهت حسگرهای گازی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین دارای رسانندگی و عبور اپتیکی زیادی است که به واسطه این خواص جالب فیزیکی می تواند به عنوان الکترود شفاف در قطعات فوتوولتایی، آینه های گرمایی، دیودهای نورگسیل، آشکارسازهای نوری، سلولهای خورشیدی و لیزرهای ماورابنفش نیز کاربرد داشته باشد. علاوه بر این بدلیل داشتن عبور مناسب در ناحیه مرئی و باند انرژی آزاد زیاد در بسیاری از موارد به عنوان جایگزینی مناسب برای گالیوم نیترید در کاربردهای نمایشی در نظر گرفته می شود. برای تهیه فیلم نازک اکسید روی روشهای مختلفی نظیر کندوپاش مگنترونی، رسوب گذاری بخار شیمیایی، اسپری پایرولایزز، نهشت پالس لیزری و روش سل- ژل وجود دارد که روش سل - ژل به دلیل مزیتهایی چون هزینه پایین، آسان بودن مراحل کار و کنترل دقیق مراحل انجام آزمایش توجه محققین زیادی را به خود جلب کرده است. مورفولوژی سطحی و مشخصه یابی صحیح آن نقشی اساسی در مطالعه فیلمهای نازک از جنبه های مختلف دارد. عموما تمامی کاربردهای حال و آینده این فیلمها مربوط به برخی خصوصیات خاص اپتیکی، الکتریکی، شیمیایی و مکانیکی آنهاست که این خصوصیات مشخصا به کیفیت سطحی این فیلمها وابسته است. بر این اساس در این مطالعه فیلم نازک اکسید روی به روش سل – ژل و با دو تکنیک چرخشی و غوطه وری که در گروه شیمی دانشگاه اصفهان تهیه شده بود مورد مطالعه قرار گرفتند. تحلیل ساختاری فیلم نازک اکسید روی با روشهای مختلف و تحت شرایط تهیه مختلف انجام گرفته است. پس از تهیه فیلمها نسبت به تهیه طرح پراش پرتو ایکس از آنها اقدام شده و در خصوص ویژگیهای ساختار کریستالی آنها بحث شده است. در این تحقیق با اعمال دیدگاه فراکتالی بر داده های حاصل از میکروسکوپ نیروی اتمی نسبت به استخراج پارامترهای سطحی این فیلمها اقدام گردیده است. از اینکه منحنی بازتاب پرتو ایکس از سطح فیلم تابعی غیر خطی از پارامترهای لایه های موجود در فیلم است بنابراین تبدیل معکوس داده های پراکندگی به تنهایی اطلاعات صحیح از فیلم را به دست نخواهد داد. مفیدترین روش برای تحلیل داده های بازتاب این خواهد بود که بازتاب از سطح را بر مبنای مدلی مشخص تعریف نموده و با تنظیم پارامترهای سطح به یک انطباق قابل قبول دست پیدا کنیم. بر این اساس با بکار بردن روش مستقل از مدل تبدیل فوریه بازتاب، حدود ضخامتهای لایه های مختلف فیلمها قابل استخراج خواهد بود. با تعریف تابع برازندگی، که نمایانگر اختلاف میان دو پروفایل تجربی و تئوری بازتاب پرتو ایکس است، و بهینه سازی این تابع با روش الگوریتم ژنتیک می توان نسبت به استخراج مشخصات فیزیکی این فیلمها اقدام نمود. فصل اول از این پایاننامه را به معرفی و توصیف فیلمهای نازک، کاربردهای آنها و اهمیت بررسی این فیلمها اختصاص داده ایم. در فصل دوم در خصوص فرایندهای شکل گیری فیلم نازک بحث کرده ایم و فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی مربوطه را تشریح نموده ایم. در قسمت بعد در خصوص مدلهای مختلف رشد و اندازه گیری ضخامت فیلمها بحث شده است. در فصل سوم ویژگیهای فیلم نازک اکسید روی، روش تهیه و نتایج پراش پرتو ایکس تشریح گردیده و جزییات تهیه فیلمها به روش سل-ژل تشریح شده است. در فصل چهارم پس از بیان نظریه بازتاب پرتو ایکس از سطح و بیان مفاهیم فراکتالی و معرفی انواع فراکتالها نسبت به استخراج منحنی های تبدیل فوریه اقدام شده است. در فصل پنجم میکروسکوپ نیروی اتمی و ویژگیها و مشخصات آن معرفی شده و با استفاده از دیدگاه فراکتالی نسبت به استخراج مشخصات ساختار سطحی این فیلمها اقدام شده است. در آخرین فصل با تشریح الگوریتم ژنتیک به عنوان یکی از الگوریتمهای بهینه سازی، نسبت به بهینه سازی تابع برازندگی که نماینده اختلاف شدتهای تحلیلی و تجربی پرتو ایکس است اقدام کرده ایم و در آخر نسبت به نتایج استخراجی بحث شده است.