منابع پایان نامه با موضوع اندازه گیری، ساختار فضایی، مدل سازی

تحقیقات انجام شده در نیمه هادی ها شده است.
فرآیند جذب در نیمه هادی های گاف مستقیم رخ می دهد. در این مواد، انتهای نوار رسانش در مبدا یعنی K=0 و مستقیماً بالای قله نوار ظرفیت قرار می گیرد همچنین فرآیند جذب نیمه هادی های گاف غیر مستقیم نیز وجود دارد که در آنها انتهای نوار رسانش در K=0 قرار نمی گیرد. توسط بلت1 فرمول ضریب جذب گاف غیر مستقیم بصورت زیر محاسبه شده است :
(2-19) α_i=A^’ (T) (hν-E_g )^2
فرمول ضریب جذب گاف غیر مستقیم معمول تر از گاف مستقیم است.
A^’ (T) مقدار ثابتی است که شامل پارامترهای مرتبط با نوارها و دما است و α_i با توان دوم (hν-E_g ) افزایش می یابد.
در نتیجه برای تشخیص نیمه هادی های گاف مستقیم و غیر مستقیم می توان از روش های اپتیکی استفاده کرد[27-29] .
1. Blatt
2-9 مدل سازی تابع دی الکتریک
به منظور انجام محاسبات نسبت انعکاس های مختلط لازم است از مقادیر واقعی توابع دی الکتریک به عنوان تابع طول موج استفاده شود. برای عایق ها و نیمه هادی ها، نوسان توابع اپتیکی برای طول موج های بزرگتر از گاف انرژی، ضریب میرایی K نزدیک به صفر است، و ضریب شکست n به آرامی با طول موج تغییر می کند. بالای گاف انرژی، پدیده نقطه بحران برای مواد بلوری ساختار توابع دی الکتریک را ایجاد می کند. مواد آمورف ساختار کمتری دارند، اما گاف انرژی آنها و توابع دی الکتریک آن به طور چشم گیری با طول موج تغییر می کند. فلزات می توانند خصوصیات نقطه بحرانی در توابع دی الکتریکشان داشته باشند، اما آنها گاف انرژی ندارند بنابراین هیچ ناحیه ای که در آن k نزدیک به صفر باشد را ندارند، k به خاطر حامل های آزاد در طول موج های بزرگتر تمایل به واگرایی دارد. اثرات حامل های آزاد در قسمتی از توابع اپتیکی نیمه هادی هایی که به سختی دوپ می شوند نقش دارند.
2-9-1 مدل تاک لورنتز
مدل تاک لورنتز1 برای مدل سازی تابع دی الکتریک مواد آمورف به کار می رود[30] .
پارامترسازی از ترکیب اظهارات تاک و مدل نوسانگر لورنتز برای ε_2 مجموعه ای از اتم های غیر برهمکنشی بدست آمده است. این مدل به شکل معادله های زیر بیان می شود :
(2-20) ε_2 (E)=2n(E)K(E)=(A(E-E_g )^2)/((E^2-E_0^2 )^2+Γ^2 ) θ(E-E_g )/E
(2-21) ε_1 (E)=ε_1 (∞)+2/π P∫_Ry^∞▒(〖sε〗_2 (S))/(S^2-E^2 ) ds
در این قسمت پارامتر های E_g، A، E_0 و Γ به ترتیب به گاف انرژی، متناسب با عناصر ماتریسی و پارامتر پهن شدگی اشاره دارند و ε_1 (∞) که معمولاً برابر 1 می باشد و تابع θ به صورت زیر است :
(2-22) θ(E0)=0 و θ(E≥0)=1
1. Tauc Lorentz
2-10 نیمه هادی ZnO
ZnO پودری است که کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف از پزشکی تا الکترونیک دارد و به صورت یک ترکیب معدنی سفید مایل به آبی ( تقریباً نقره ای ) غیر قابل حل در آب است.
پودر ZnO یک نیمه هادی اکسید روی با داشتن گاف انرژی بسیار بالا با خاصیت لومینسانس در دمای اتاق و همچنین انرژی برانگیختگی 60 میلی الکترون ولتی از مهمترین و پرکاربردترین نیمه هادی ها به حساب می آید.
ZnO ساختار های متفاوتی دارد ولی ساختار ورتزیت آن که از بقیه پایدار تر است شامل ساختار بلوری پایدار شش وجهی که در آن سختار دارای ابعاد شبکه ای a=0. 325 و c=0. 52 نانوتر است.
اتم های اکسیژن در مکان های شش وجهی و اتم های روی در موقعیت های چهار وجهی شامل این ساختار می باشد.
در این نیمه هادی لایه های نازک ZnO که در طول محور C رشد داده شده به علت ثابت پیزو الکتریک بزرگ آن می توانند مانند یک موج آکوستیک سطحی عمل کنند. کاربرد گسترده آنها به علت مقاومت خوب این لایه در برابر پلاسمای هیدروژن در ساختار سلول های خورشیدی است. بنابراین می توان از آنها در حسگر های گازی و LED ها استفاده کرد[31-33] .
این نیمه هادی ها ذاتاً از گاف انرژی بالایی برخوردار هستند. در حالی که با جا نشانی مواد مختلف در ساختار آن ها می توان گاف انرژیشان را افزایش داد و تا حدود 4 الکترون ولت رساند. این دلیل باعث کاربرد بیشتر آن می گردد.
در این نیمه هادی، قابلیت حرکت الکترون در شرایط مختلف دمایی متفاوت است.
در دمای 80 درجه کلوین حداکثر آن 2000 cm^2/(v. s) است.
این زمانی است که قابلیت حرکت حفره ها مقادیر ما بین 5-10 cm^2/(v. s) را انتخاب می کند. شکل (2-6) ساختار فضایی ZnO دارای ثابت های شبکه c,aرا نشان می دهد. . شکل(2-7) ساختار شش ضلعیZnO را نشان می دهد[34-35] .
شکل (2-6) ساختار فضایی ZnO دارای ثابت های شبکه a , c
شکل (2-7) ساختار شش ضلعی ZnO
ZnO با گاف انرژی بالا در دمای اتاق باعث استفاده آن در صنایع الکترونیکی و اپتوالکترونیکی شده است.
همچنین به علت مقاومت بالای ZnO در برابر اشعه و شرایط شیمیایی خاص در ماموریت های فضایی مورد استفاده قرار می گیرد.
در ضمن به صورت جا نشانی اکسید روی با آلمینیوم به ترکیب ارزان و بی خطری برای کاربرد در صفحات نمایش بلور مایع تبدیل می شود. که از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه است[35-37] .
برای تولید لایه های نازک ZnO روش های مختلفی از قبیل روش کندو پاش، لایه نشانی شیمیایی، لایه نشانی به روش بخار لیزری، اسپری و سل ژل وجود دارد. که روش سل ژل از نظر اقتصاد از همه روش های دیگر مقرون به صرفه تر است.
جدول 2-1 مشخصات نیمه هادی ZnO
فصل 3
انواع روش های اندازه گیری ناهمواری های سطح لایه های نازک
مقدمه
همان طور که می دانید روش های زیادی برای مطالعه لایه های نازک و تعیین مشخصات آنها وجود دارد که می توانیم آنها را به انواع روش های میکروسکوپی، روش هایی براساس پراش و روش های طیف سنجی تقسیم بندی کنیم. با استفاده از روش های میکروسکوپی تصاویری با بزرگنمایی بسیار بالا از ماده بدست می آید. پراش یکی از خصوصیات تابش الکترومغناطیسی می باشد که باعث می شود. تابش الکترومغناطیسی در حین عبور از یک روزنه و یا لبه منحرف شود و استفاده از جذب نشرو یا پراش امواج الکترومغناطیسی توسط اتم ها و یا مولکل ها را طیف سنجی می گویند. در این فصل ما به بررسی و توصیف نحوه عملکرد دستگاه ها و روش های canfocal microscopy، AFM، SEM، TEM و ellipsometry می پردازیم که نمونه هایی از روش های ذکر شده می باشند.
3-1 میکروسکوپ هم کانونی1
توپوگرافی علم اندازه گیری سطح برای اولین بار در اوایل سال 1930 زمانی که ابزار توسعه یافته بودند آغاز شد. تهیه اولین ابزار اندازه گیری یک نمونه گرافیکی که اطلاعات اوج قله ها و دره ها را به آسانی اندازه می گرفت و به خارج ارائه می کرد. که به سرعت به وسیله اولین ابزارهای آنالوگ در کشورهای بریتانیا و آلمان توسعه یافت که پروفایل میانگین پارامترهای ناهمواری سطح فعال محاسبه می شود. چند سال بعد ظهور کامپیوترهای دیجیتال در موضوع تجزیه تحلیل سطح افزایش قابل توجهی داشت، و برای اولین بار، تکنیک های دیجیتال در علم به کار گرفته شد، که توسعه توصیف طیف وسیعی از پارامترهای ناهمواری سطح را قادر می سازد.
در سال 1953 میکروسکوپ هم کانونی توسط ماروین مینسکی2 کامل شد اما هنوز سی سال دیگر زمان لازم بود تا لیزر بتواند به عنوان یک منبع نور نقطه ای برای میکروسکوپ هم کانونی و به عنوان روشی استاندارد در اواخر دهه 1980 مورد استفاده قرار بگیرد.
میکروسکوپ هم کانونی ابزاری مفید برای بازسازی سه بعدی و بدست آوردن تصاویر سه بعدی با کیفیت بالا و تعیین خواص فیزیکی و اپتیکی در محدوده وسیعی از مواد لایه نازک است. این تکنیک بدون آن که تماسی با نمونه داشته باشد و یا ایجاد تخریب کند در تعیین مشخصات اپتیکی مواد، خصوصاً در فن آوری لایه نازک با دقت بسیار بالا به کار می آید. علاوه بر آن در فناوری ساخت نیمه هادی ها، مواد و لایه های بیولوژیکی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. در بحث لایه نازک این تکنیک برای اندازه گیری زبری ( ناهمواری ) سطح، خواص اپتیکی لایه های نازک مانند ضریب شکست، ضریب جذب و توابع دی الکتریک استفاده می شود.
3-1-1 اساس کار میکروسکوپ هم کانونی
یک سیستم اندازه گیری سه بعدی اپتیکی از مرکز نانو است که پایه تکنولوژی هم کانونی است که قدرت تجزیه و طیف سنجی موج را دارد. زمینه اجرایی آن در تعیین زبری ( ناهمواری ) سطح و تجزیه ساختار سه بعدی و شکل هندسی آن در ابعاد کوچک نانو متری است.
1. Canfocal microscopy
2. Marvin menescky
میکروسکوپ های هم کانونی می توانند نمونه ها را دقیق و بدون برخورد توصیف کنند که این یک اصل مهم برای سطح های حساس می باشد، همچنین سطح اطلاعات نیز می تواند برای نمایش دادن و تجزیه موج های گوناگون باشد.
بررسی اطلاعات انداز گیری با میکروسکوپ هم کانونی آسان است. شیء در جهت عمودی محور Z ها با جلو برنده پیزو حرکت می کند. در هر لحظه اندازه گیری سطح کامل است و نمونه در طول اندازه گیری حرکت نمی کند. سایر زمینه های اندازه گیری بستگی به استفاده اپتیکی آن دارد.
شکل (3-1) نمای شماتیک میکروسکوپ هم کانونی
میکروسکوپ هم کانونی همان گونه که در شکل مشاهده می شود شامل یک منبع نور LED، یک دیسک چند روزنه ای دوار، یک عدسی شیء با جلوبرنده پیزو، نمونه و دوربین CCD است.
منبع نور LED روی مرکز دیسک چند روزنه ای است که به آن MPD می گوییم و عدسی شیء روی سطح نمونه است که نور را از سطح بازتاب می کند، نور بازتاب شده از سطح کاهش پیدا کرده و توسط روزنه MPD که در مرکز قرار دارد به دوربین CCD می رسد. MPD دوار برای این که بتواند یکپارچه نگاه کند از سطح کامل نمونه عکس می گیرد.
شکل (3-2) اساس عملکرد میکروسکوپ هم کانونی
ما می توانیم توسط دستگاه کامپیوتری اندازه گیری را شروع و کنترل کنیم، سیستم کامپیوتری به سیستم اندازه گیری وصل است و مانند سایر دستگاه های کامپیوتری دیگر شامل برنامه هایی است، بعد از تنظیم سیستم اندازه گیری بر روی نمونه توسط فضای جهت یابی می توانیم به وسیله سیستم کامپیوتری طیف سنجی را شروع کنیم. همچنین ما می توانیم به وسیله این سیستم کامپیوتری متصل به سیستم انداز گیری شکل و عکس زنده نمونه را به روشنی کنترل کنیم، عدسی سیستم انداز گیری را بر حسب نیاز تنظیم کنیم، روش اندازه گیری را نمایش دهیم، پارامترهای اندازه گیری را مشاهده کنیم، می توانیم دستگاه اندازه گیری را تنظیم کرده و منبع نور را کنترل و روشنایی را تطبیق دهیم.
سیستم کامپیوتری دستگاه شامل برنامه هایی است که به وسیله آنها می توانیم ناهمواری نمونه اندازه گیری شده را محاسبه کنیم. روش کار به این صورت است که ابتدا روی شکل نمونه در سیستم کامپیوتری که توسط سیستم اندازه گیری و ذخیره شده ما می توانیم قسمت هایی را که ارتفاعات کمتری دارند را انتخاب کرده و قسمت های دیگر شکل نمونه را بر حسب این ارتفاعات کمتر بسنجیم. دستگاه این اختیار را به ما می دهد که کل شکل نمونه را از نظر ناهمواری بررسی کنیم یا فقط قسمت هایی از آن را انتخاب کرده و بررسی کنیم. در اینجا روشی استاندارد برای محاسبه داده های ارتفاعات کمتر را معرفی می کنیم :
برای یک سطح داده شده خطی z(x,y)، حداقل مربعات متوسط برنامه ممکن است به وسیله رابطه زیر تعریف شود :
(3– 1)

مطلب مشابه :  پایان نامه ارشد رایگان با موضوعاوقات فراغت، روش پژوهش، استاد راهنما

دیدگاهتان را بنویسید