بخشی از مقاله
مقدمه
نقره فلزي براق و جذاب است که در بین تمام عناصر، بالاترین میزان رسانایی الکتریکی و در بین تمام فلزات بالاترین میزان رسانایی گرمایی را داراست. نقره در طبیعت به صورت خالص و
همچنین به صورت آمیخته با طلا یا سایر مواد معدنی یافت میشود. بیشترین میزان نقره در جهان به عنوان محصول جانبی از استخراج مس، طلا، سرب و روي به دست میآید. از نقره در صنایع الکترونیک و در ساخت سکه، جواهرات، کارد و چنگال و
50
در صنایعی چون عکاسی و ساخت آینه استفاده میشود. حدود 40
درصد از تولید نقره جهان در صنعت عکاسی مورد استفاده قرار میگیرد. نقره در مدارهاي الکترونیک و برخی ابزار هاي جراحی نیز استفاده میشود بیشتر آینهها نیز با پوشاندن شیشه با لایههاي نازکی از نقره ساخته میشوند. در کاربردهاي مختلف لایه نقره میزان زبري سطح از اهمیت ویژهاي برخوردار است بنابراین هدف این مقاله بررسی تاثیر دماي زیرلایه بر توپوگرافی سطح لایه نقره با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نمونهها بر مبناي نظریه فرکتال میباشد. محاسبه بعد فرکتالی با استفاده از روش شمارش جعبههاي دیفرانسیلی انجام شده است. تحقیقات بسیاري براي بررسی مورفولوژي سطح لایههاي نازك نقره انجام شده است از جمله جاورسکی1 بازتابندگی لایه هاي پوشش داده شده توسط نقره در محدوده دماي زیرلایه 25 تا 800 درجه سانتی گراد مورد بررسی قرار دادند .[1] آنها مس، نیکل، استیل 304 را به عنوان زیرلایه انتخاب کرده و اثر نوع زیرلایه را نیز مورد بررسی قرار دادند. همچنین دارامادلیکاري و همکاران2 سطح فیلم نقره بر روي زیرلایه Si (100) را با بررسی تصاویر SEM نمونهها مورد مطالعه قرار دادند.[2] آنها زبري سطح دانههاي منفرد را توسط میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) و هیستوگرام ارتفاع بیان کردند. آنها کاربرد این لایهها را به عنوان نمونه براي بررسی مولکولهاي پیچیده مورد مطالعه قرار دادند.
روش انجام آزمایش
لایه نازك نقره توسط روش کند و پاش باریکه یونی به مدت دو ساعت لایه نشانی شد. هدف نقره با میزان خلوص
(99.98%) و زیرلایه Si (100) مورد استفاده قرار گرفتند. اتاقک سیستم تا خلا اولیه 1/8 × 10-5 Torr تخلیه شد. گاز آرگون (با خلوص (99.99% به عنوان گاز کندو پاش کننده مورد استفاده قرار گرفت. به منظور پاکسازي زیرلایهها آنها را قبل از قرار دادن در اتاقک خلا به مدت یک ساعت در حمام استون و الکل قرار داده و
1 D.A. Jaworske, et.al 2 C. V. Dharmadhikari, et.al
تحت اولتراسونیک قرار دادیم. دماي زیرلایه را در محدوده دمایی 100-400 درجه سانتی گراد تغییر دادیم. شار گاز آرگون 25sccm
بود. شرایط کلی تهیه نمونهها در جدول 1 ارائه شده است. براي بررسی توپوگرافی سطح از میکروسکوپ الکترونی روبشی
(SEM, model LEO 440i) استفاده نمودیم.
جدول:1 شرایط لایهنشانی لایه نقره بر روي زیرلایه سیلیکون در محدوده دماي زیرلایه 100-400 oC
سیلیکون (100) زیرلایه
آرگون 99.99% گاز کند و پاش کننده
1/8 × 10-5 فشار اولیه (Torr)
6/1 × 10-5 فشار کار (Torr)
120 زمان (min)
25 شار گاز((sccm
2/2 ولتاژ کند و پاش (Kv)
نتایج و بحث
شکل 1 تصاویر دو و سه بعدي SEM و نمودار پروفایل عرضی لایههاي نقره را نشان میدهد. بر اساس تصاویر دیده می-
شود که با افزایش دماي زیرلایه از 100 تا 200 درجه سانتیگراد زبري سطح افزایش مییابد. با افزایش بیشتر دما تا 300 درجه زبري سطح کاهش یافته و با افزایش بیشتر دما تا 400 درجه سانتیگراد زبري سطح دوباره افزایش مییابد. بر طبق مدل منطقه-
اي ساختار (SZM) با افزایش دماي زیرلایه انرژي جنبشی اتمهاي موجود در روي زیرلایه افزایش یافته و در نتیجه در اثر انتشار براي رسیدن به تعادل با اتمهاي دیگر موجود بر روي سطح و همچنین اتمهاي وارده به سطح برخورد بیشتري نموده و ذرات بزرگتري تشکیل میشود. نمونههاي با دماي زیرلایه 100 و 200 درجه داراي ساختار ستونی هستند که در نتیجه به هم پیوستن جزیرهها یک لایه متخلخل ایجاد شده است. با افزایش دما تا 300 درجه لایه بهم پیوسته شده است که تشکیل لایه هموار پنیري را تشکیل داده است بنابراین زبري سطح کاهش مییابد. این رفتار در نتیجه فشردگی بیشتر جزیرهها و از بین رفتن فضاهاي خالی و تشکیل یک لایه پیوسته است. افزایش بیشتر دما تا 400 درجه سانتیگراد
51
موجب تبلور مجدد دانهها به صورت کروي شده، بنابراین زبري سطح دوباره افزایش مییابد. نمودارهاي پروفایل عرضی نمونهها هم پیشبینیهاي مدل منطقهاي ساختار را تایید میکند.
ب ا
د ج
ط ر
ك ص
و ن
ي ه
شکل:1 الف-ك )تصاویر دو و سه بعدي SEM نمونه با دماي زیر لایه 100،
200، 300 و400، ن- ي) نمودار پروفایل نمونهها با دماي زیرلایه .100-400
در سالهاي گذشته از نظریه فرکتال براي بررسی و آنالیز فیلم-
هاي نازك استفاده بسیاري شده است .[3-5] فرکتال ساختاري است که هر جزء آن با کلش متشابه است و در مقیاسهاي مختلف یکسان ظاهر میشود. بعد فرکتالی (FD) پارامتري است که این نوع از فرکتالها را میتواند توصیف
کند و اطلاعاتی از میزان خود متشابهی ارائه میدهد. بیشتر روشهاي محاسبه FD به صورت توانی هستند که توان وابسته به
FD است. در روش شمارش جعبههاي دیفرانسیلی تصویر با جعبههایی با اندازهها و ارتفاعهاي مختلف پوشانده شده و نمودار لگاریتمی تعداد جعبهها برحسب اندازه آنها رسم شده و شیب خط فیت شده مقدار FD را خواهد داد. در روش فرکتال چندگانه براي شدتهاي مختلف FD محاسبه شده و مقدار میانگین آنها به عنوان
FD نهایی گزارش میشود که مقدار دقیقتري نسبت به روش تک فرکتالی ارائه میدهد. مقادیر FD محاسبه شده از هر دو روش در جدول 2 ارائه شده است.
شکل 2 نمودار مقدار محاسبه شده FD و نمودارهاي فرکتال چندگانه نمونههاي مختلف را نشان میدهد. همانطور که از جدول و نمودارها نمایان است روند تغییرات FD و پهناي نمودار فرکتال چندگانه با تصاویر SEM همخوانی دارد که این نتیجه با نتایج گزارش شده توسط گزارشات علمی مختلف در توافق است -8] .[6
