بررسی نقش ترکیبهای اکسید فلزی نانوساختاریznosno2 درکاربرد حسگرهای گازیh2s

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)