منابع پایان نامه با موضوع اندازه گیری، محدودیت ها، مورفولوژی

آماده کردن نمونه برای مطالعه توسط این میکروسکوپ، نیازمند توانایی و دانش در زمینه استفاده از این ابزار می باشد.
3-4-1 میکروسکوپ الکترونی عبوری
اساس عملکرد میکروسکوپ الکترونی عبوری1 که به اختصار به آن TEM گویند. مشابه میکروسکوپ های نوری است با این تفاوت که به جای پرتو نور در آن از پرتو الکترون استفاده می شود. آنچه که می توان با کمک میکروسکوپ نوری مشاهده کرد بسیار محدود است در حالی که با استفاده از الکترونها به جای نور، این محدودیت از بین می رود. وضوح تصویری در TEM هزار برابر بیشتر از یک میکروسکوپ نوری است.
با استفاده از TEM می توان جسمی به اندازه چند آنستگرم ( 〖10〗^(-10) متر ) را مشاهده کرد. برای مثال می توانید اجزای موجود در یک سلول یا مواد مختلف در ابعادی نزدیک به اتم را مشاهده کرد. برای بزرگنمایی، TEM ابزار مناسبی است که هم در تحقیقات پزشکی، زیست شناسی و هم از تحقیقات مرتبط با مواد قابل استفاده است.
در واقع TEM نوعی پروژکتور نمایش اسلاید در مقیاس نانواست که در آن پرتوی از الکترونها از تصویر عبور داده می شود. الکترونهایی که از جسم عبور می کنند به پرده فسفر سانس برخورد کرده سبب ایجاد تصویر از جسم برروی پرده می شوند. قسمت های تاریک تر بیانگر این امر هستند که الکترونهای کمتری از این قسمت جسم عبور کرده اند (این بخش از نمونه چگالی بیشتری دارد. ) و نواحی روشن تر مکان هایی هستند الکترون بیشتری از آنها عبور کرده است(بخش های کم چگالی تر).
وضوح این میکروسکوپ 2/0 نانومتر است که در حد اتم است (بیشتر اتم های ابعادی تقریباً برابر 2/0 نانومتر دارند). با این نوع میکروسکوپ حتی می توان نحوه ی قرار گرفتن اتم ها در یک ماده را بررسی کرد. از این میکروسکوپ در ساختار بلوری (نحوه قرار گیری اتم ها در شبکه بلوری) و ترکیب نمونه ها استفاده می شود.
1. Transmission Electron Microscope
3-4-2 عملکرد میکروسکوپ الکترونی عبوری
با کمک یک منبع نور در بالای میکروسکوپ، الکترونها گسیل و منتشر می شوند. الکترونها از تیوب خلاء میکروسکوپ عبور می کنند. در میکروسکوپ های نوری از عدسی های شیشه ای برای متمرکز کردن نور استفاده می شود در حالی که در TEM از عدسی های الکترو مغناطیسی استفاده می شود. تا الکترونها را جمع و متمرکز ساخته به صورت یک پرتو باریک گسیل نماید.
این پرتوی الکترونی از نمونه عبور داده می شود. بسته چگالی مواد الکترونها ممکن است از بخش هایی از جسم بگذرندو به صفحه فلور سانس برخورد نمایند و تصویر سایه مانندی از نمونه ایجاد کنند که میزان تیرگی بخش های مختلف جسم به چگالی مواد در آن بخش ها وابسته است. همان طور که گفته شد هرچه جسم چگال تر باشد تصویر تیره تر خواهد بود، این تصویر می تواند مستقیماً توسط اوپراتور مطالعه شود و یا با کمک یک دوربین تصویر برداری شود.
شکل(3-11) نمای شماتیک از عملکرد میکروسکوپ الکترونی عبوری
از محدودیت های میکروسکوپ الکترونی عبوری می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- نمونه سازی خسته کننده است و ممکن است یافتن یک روش مناسب و تهیه نمونه هفته ها طول بکشد.
2- قدرت تفکیک تصویر حدود2/0 نانومتر است.
3- حداقل اندازه ناحیه آنالیز شده قطر 30 نانومتر را دارد، حد حساسیت تقریباً 5/0 تا 1 درصد وزنی است.
4- زمان تقریبی آزمایش از 3 تا 30 ساعت برای هر نمونه (بدون احتساب زمان آماده سازی)متغیر است[49] .
3-5 مزیت و توانمندی های هر یک از میکروسکوپ ها
در میکروسکوپ AFM امکان عمل دستگاه در محیط های هوا، خلاء و مایع (در نتیجه امکان بررسی ذرات وموادی که در خلاء تصعید می شوند یا ذرات معلق در مایع) وجود دارد. تصاویر را به صورت سه بعدی تهیه می کند. بررسی جنس نقاط مختلف سطح و توزیع خواص سطحی ممکن است.
در میکروسکوپ TEM دقت اندازه گیری در حد آنگستروم است و بالاست.
در میکروسکوپ SEM ساختار سه بعدی سوراخ های عمیق سطح هم قابل بررسی هستند. همچنین در این میکروسکوپ بررسی جنس نقاط سطح وتوزیع خواص سطحی ممکن است.
در میکروسکوپ هم کانونی دقت اندازه گیری بالاست، به کمک این دستگاه ما می توانیم قسمت های مختلفی از نمونه را انتخاب کرده و فقط ناهمواری آن قسمت ها را بسنجیم و یا ناهمواری کل نمونه را بدست آوریم و همچنین این دستگاه می تواند شکل نمونه را به صورت سه بعدی به ما بدهد و پستی ها و بلندی های سطح را به صورت یک نمودار نمایش دهد.
3-6 محدودیت های هر یک از این روش ها
از محدودیت روش AFM می توان به عدم توانایی بررسی ساختار سوراخ هایی با عمقی بیش از طول سوزن نام برد(حدود 10 میکرومتر)
از محدودیت های روش TEM این است که نیاز به خلاء بسیار بالا دارد و برای رسیدن به این خلاء بالا به زمان زیادی نیاز دارد یعنی روشی زمان بر است. این روش تصاویر را به صورت دو بعدی تهیه می کند و عمق ندارد.
از محدودیت های روش SEM این است که سطح مورد بررسی حتماً باید رسانا باشد، و تهیه تصاویر سه بعدی فرایند سر راست و استانداردی نیست. برای بررسی سطوح عایق باید سطح با لایه نازکی از ماده رسانا پوشانده شود که علاوه بر زمان بر بودن باعث تغییر ساختار می شود و تفکیک پذیری را به چندین نانومتر کاهش می دهد. با توجه به موارد ذکر شده ما در این پایان نامه از میکروسکوپ هم کانونی استفاده کردیم چون در میکروسکوپ هم کانونی هیچ یک از محدودیت های ذکر شده وجود ندارد و ما به راحتی میتوانیم
ناهمواری سطح نمونه را اندازه گیری کنیم و آن را به صورت سه بعدی نمایش داده و نمودار ناهمواری را نیز بدست آوریم.
3-7 بیضی سنجی
بیضی سنجی1 روشی نوری است که برای مطالعه و بررسی لایه های نازک، ویژگی های نوری(ضریب شکست، ضریب جذب و توابع دی الکتریک)سطوح و فصل مشترک مواد استفاده و می توان با استفاده از آن ضخامت، ساختار، یکنواختی سطح، ریخت شناسی، کیفیت بلور، ترکیب شیمیایی و رسانای مواد را ارزیابی کرد، در بیضی سنجی، معمولا شکست نور بررسی می شود و ویژگی هایی مانند ضخامت نمونه، ضریب شکست و ویژگی های دی الکتریک، موجب تغییرات در حالت نور قطبیده می شود. در بیضی سنجی تغییراتی که نور قطبیده پس از باز تاب یا عبور متحمل می شود مورد مطالعه قرار می گیرد که با بررسی تغییرات قطبش نور بازتاب شده از نمونه، می توان در مورد لایه هایی که ضخامت کمتر از طول موج نور دارند، اطلاعاتی مانند ترکیب شیمیایی و رسانایی نیز بدست آورد. بیضی سنجی یک روش توانمند و غیر مخرب برای آنالیز لایه های بسیار نازک است. این روش قادر به اندازه گیری ضریب شکست، ضریب جذب و ضخامت لایه های نازک است. این وسیله بر این اساس کار می کند که بازتاب از فصل مشترک (سطح) دی الکتریک می تواند قطبش و فاز موج ورودی را تغییر دهد، این تغییرات به ضریب شکست ماده بستگی دارد، این روش می تواند خواص مختلفی از قبیل ضخامت، خواص نوری، ساختار و حتی تر کیبات شیمیایی لایه را نیز مشخص کند. همچنین بیضی سنجی می تواند برای اندازه گیری ضخامت لایه هایی با ضخامت نانومتری که روی زیر لایه های مختلف قرار دارند، استفاده شود، حتی به کمک این روش می توان نمونه های چند لایه ای2 را نیز بررسی و مطالعه نمود[50] .
3-7-1 اساس کار بیضی سنجی
در این روش نور منبع به عنوان موج الکترو مغناطیسی و غیر قطبی، به وسیله قطبی کننده3 ، خطی و قطبیده می شود. سپس توسط یک جبران کننده4 قطبش خطی به قطبش دایره ای تبدیل می گردد. سپس نور حاصل به نمونه می رسد.
1. Ellipsometry
2. Multilayer
3. polarizer
4. Compensator
بعد از برخورد نور قطبیده شده به نمونه و بازتاب از سطح نمونه و به ترتیب پس از عبور از جبران کننده دیگر و همچنین عبور از قطبی کننده دوم که آنالیزور نامیده می شود، به آشکار ساز می رسد تا شدت آن تعیین شود. در نهایت متغییر های بیضی سنجی (ع و )از رابطه اصلی بیضی سنجی محاسبه می گردند و با مدل سازی این توابع به وسیله بانک اطلاعاتی، می توان به خواص نوری لایه پی برد. نقشه خواص در یک ناحیه مشخص سطح با استفاده از بیضی سنجی نیز امکان پذیر است. شکل زیر طرح واره ای از دستگاه بیضی سنج را نشان می دهد.
شکل (3-12) طرح واره بیضی سنج که شامل منبع نور، قطبی کننده، جبران کننده، آنالیزور و آشکارساز است
در بیضی سنجی، زاویه تابش برابر با زوایه بازتاب است. نور با قطبش موازی یا عمود بر صفحه تابش (صفحه تابش عمود بر نمونه است) به تر تیب نور قطبیده P وS نامیده می شود(شکل 3-13). دو تابش تقویت شده S و P بعد از بازتاب از سطح به حالت اولیه خود بر می گردند که به ترتیب دارای دامنه های r_s و r_p هستند و نسبتr_p بهr_s بر اساس معادله زیر اندازه گیری می شود :
p= r_p/r_s =tan⁡(/)e^(i “)” )
p تغییرات قطبش، ( ) tan نسبت دامنه بازتاب است که نسبت تغییرات برای نوربا قطبش s و p را نشان می دهد و بیانگر جابه جایی نسبی فاز است که در بیضی سنجی این دو کمیت (tan(t) و ) اندازه گیری می شود. r_p بیانگر مؤلفه نوسانی در صفحه و r_s مؤلفه نوسانی عمود بر صفحه فرود است (شکل3-13)با توجه به این نسبت دو مقدار اندازه گیری می شود، بیضی سنجی روشی دقیق و تکرار پذیر است، بیضی سنجی به پخش نور حساس نیست و در آن نیازی به نمونه مرجع برای تصحیح روش وجود ندارد. در نمونه هایی که لایه از نظر نوری کاملاً یکنواخت، همگن و هماسنگر باشد، با استفاده از داده های ه و به طور مستقیم می توان خواص مواد را به دست آورد، اما در نمونه هایی پیچیده تر، با در نظر گرفتن ثابت های نور مانند تابع دی الکتریک یا ضریب شکست و پارامترهای ضخامت هر یک از لایه ها بایستی یک مدل طراحی شود.
شکل (3-13) در بیضی سنجی زاویه تابش با زاویه بازتاب برابر است.
در بیضی سنجی برای هر طول موج طیف، حداقل دو کمیت اندازه گیری می شود و در این روش نسبت شدت ها به جای شدت اندازه گیری می شود. بنابراین این روش کمتر تحت تأثیر شرایط محیط، تغییر شدت نور منبع است. بیضی سنجی بی نیاز از اندازه گیری مرجع است[51-53] .
فصل 4
کارهای آزمایشگاهی، بحث و نتیجه گیری
مقدمه
ZnO از گروه II-VI جدول تناوبی می باشد. اکسید روی خواصی مانند نیمه رسانایی و پیزو الکتریسیته را از خود نشان می دهد. به دلیل داشتن گاف نواری مستقیم 37/3 الکترون ولت (در دمای اتاق) و انرژی پیوند 60 میلی الکترون ولت (انرژی تحریک زیاد)، شفافیت خوب و موبیلیتی الکترون بالا به عنوان یک نیمه هادی مهم مطرح است. همچنین با داشتن نشر نزدیک به ماوراء بنفش و خصوصیات نوری و الکتریکی خاص، در حسگرها بسیار کاربرد دارد و می توان از آن در پوشش های رسانای اکسیدی با قابلیت عبور دهی بالا برای سلول های خورشیدی، آشکار سازی های نوری فرا بنفش، تشدید کننده های موج های صوتی بزرگ، به عنوان جاذب شیمیایی، الکترود شفاف زیر لایه ای، قطعات اپتوالکترونیک و پیزوالکتریک استفاده کرد.
ZnO دارای ویژگی های سطحی، مورفولوژی و نیز پایداری شیمیایی و حرارتی در شرایط عملی می باشد و می توان از آن به عنوان زیر لایه در فرآیند لایه نشانی و تولید لایه های نازک استفاده کرد[54-55] .
تحقیقات انجام شده در سال های اخیر در این زمینه نشان می دهد که آلایش لایه های نازک ZnO با یک فلز واسطه، برروی خواص اپتیکی، مغناطیسی و الکتریکی لایه های تشکیل شده تأثیر به سزایی دارد در اثر آلایش ZnO با یک فلز واسطه از جمله Mn، یون های Mn جایگاه های کاتیون های اکسید روی را اشغال می کنند و به این صورت به نوع جدیدی از نیمه هادی ها دست یافته ایم که کاربرد های فراوانی در صنایع الکترونیک و فوتونیک دارند.
در این فصل ابتدا طرز تهیه لایه

مطلب مشابه :  منابع پایان نامه ارشد با موضوعفناوری نانو، علم و فناوری، تکنولوژی

دیدگاهتان را بنویسید