بخشی از مقاله
چکیده
براي ساخت لایههاي نازك کربن شبه الماس بیریخت با ناخالصی فلز از روش انباشت از فاز بخار شیمیایی با استفاده از پلاسماي ناشی از امواج رادیویی - RF - و وارد کردن گاز استیلن استفاده کردیم. بدین ترتیب لایههاي نازك کربن– مس را - Cu-DLC - بر روي زیر لایهي سیلیکن و شیشه رشد دادیم. پس از ساخت، لایه هادر دماهاي متفاوت وزمان ثابت در حضور گاز آرگون با فشار اتمسفر باز پخت شدند. سپس به کمک طیفسنجی امواج ایکس - XRD - ، پس پراکندگی راترفورد - - RBS ،AFM و مقاومت سنجی - - four probe قبل و بعد از پخت بررسی شدند. مشاهده شد که با تغییرفشار اولیه می توان لایه هایی با مقاومت الکتریکی متفاوت داشت، با افزایش دما در باز پخت نمونه ها، ضخامت، مقاومت الکتریکی و زبري سطح کاهش می یابد. در ضمن افزایش دما تا حدي باعث رشد نانو دانه هاي مس می گردد.
مقدمه
بخش مهمی از فنآوري نانو را صنعت ساخت لایههاي نازك تشکیل میدهد. لایههاي نازك کربن شبه الماسی درصنایع مختلفی ازجمله میکروالکترونیک و اپتوالکترونیک و اپتیک غیرخطی جایگاه ویژهاي یافته اند. نقش کاتالیستی این لایهها درساخت نانولولههاي کربنی نیز مورد توجه قرار دارد. درمیان لایههاي نازك، لایههاي کربن شبهالماسی به علت خواص جالبشان از جمله سختی بالا، پایداري شیمیایی، شفافیت اپتیکی، خواص ديالکتریکی و... باعث انگیزه بیشتر براي مطالعه وسیع در بین پژوهشگران گردیده است. این امر با تغییر پارامترهاي ساخت و بعد از ساخت لایهها امکان پذیر خواهد بود. در این تحقیق، هدف ساخت لایه وبررسی تأثیرفرآیند بازپخت لایههاي شبهالماس کربنی با نفوذ مس است. لایههاي شبه الماسی بی ریخت با گاف انرژي حدود 5 الکترون ولت عایقند. به همین منظور چگونگی وارد کردن ناخالصی فلزي و تغییر گاف انرژي و ایجاد ساختار نانوکریستالی یکی از مسائل مهم در این حیطه از علم ساخت لایهها است. بدین دلیل در این گزارش به بررسی تأثیربازپخت در این لایه ها خواهیم پرداخت.
آزمایش
در ساخت لایههاي نازك کربن بانفوذ مس از صفحهي مسی به عنوان صفحهي هدف استفاده شد. لایهها در یک سیستم RF-PECVD به کمک امواج رادیویی با فرکانس 13,56 MHZ و توان اعمال شده به دوالکترود موازي در داخل محفظه با فشارهاي مختلف رشد دادهشدند. فاصله صفحه مسی هدف با زیرلایه، دماي زیر لایه، دماي اتاق، گاز لایه نشانی، اسیتیلن، توان اعمال شده، 200 وات وجنس زیرلایهها از شیشه و سیلیکن در کلیه آزمایشها ثابت بود.
کندوپاش ازکاتد مس بر روي نگهدارندهي زیرلایه منتقل میشود. از آنجا که کندوپاش از روي کل سطح هدف انجام میشود ضخامت لایه ایجاد شده تقریبا یکنواخت است. [2] درطول آزمایش پلاسماي غیریکنواختی بین صفحه هدف و زیرلایه بوجود میآید. در فشارهاي 0,01، 0,02، 0,03، 0,04 میلی بار لایهها رشد داده شدند. سپس در دماهاي 200، 300 و 400 درجه سانتیگراد در کوره با حضور آرگون ودر فشار اتمسفر بازپخت شدند. بلافاصله پس از ساخت وپخت مقاومت سنجی به روش four probe، نمونهها انجام شد. قبل و بعد از باز پخت آنالیز XRD و AFM و RBS نمونهها به عمل آمد. ضخامت به روشalpha-Step اندازهگیري شد. نتایج RBS با کمک نرم افزار Simnra شبیهسازي شدند. مقادیر مس وکربن تعدادي از نمونه ها با استفاده از RBS در جدول - 1 - جمع آوري شدهاند.
بحث
لایه نشانی کربن- مس در شرایط مختلف فشار محفظه انجام شد. - جدول - 1 درطیف سنجی RBS نمونه با یک پرتو تک انرژي از پروتون - 1150 KeV - بمباران میشود. نمونهها شامل کربن، مس و سیلیکن بودند، که قلهي کربن به صورت تشدید آشکار میشود.
ماده چگال – نانوساختارها 1021
جدول - - 1درصد مس و ضخامت ومقاومت روي شیشه لایه هاي ساخته شده
[1] قلهي مس و کربن به ترتیب درانرژيهاي KeV 1335 و KeV 1020 ظاهر میشوند. شکل - 1ج - درشبیهسازي با نرم افزار Simnra، درصد اتمی مس به کربن و ضخا مت لایه استخراج و مقاومت سنجی نمونهها انجام شد و نمودار تغییرات درصد مس برحسب فشار اولیه و مقاومت الکتریکی برحسب درصد مس بدست آمد. با توجه به شکل-1 الف وب، مشهود است که با کاهش فشار درصد مس افزایش و مقاومت نمونه کاهش مییابد.[4]
شکل:1 الف - نمودار درصد مس بر حسب فشار اولیه محفظه، ب- مقاومت برحسب درصد مس، ج- طیف RBS نمونه هاي1,5,6
شکل :2 تصاویر AFM نمونه1ونمودارتغییرات زبري سطح بر حسب دماي
بازپخت دو نمونه 1 و .6
درضمن نمونه هاي 1 تا 5 در کوره حرارتی در دماهاي مختلف
بازپخت و با نمونههاي موجود در دماي اتاق مقایسه شدند. براي تعیین زبري سطح لایه قبل و بعد از پخت از تصاویر AFM استفاده شد. شکل2 با افزایش دما به علت حرکت دانههاي مس و پر کردن
فضاي خالی زبري سطح لایه کاهش مییابد، جزدر د ماي400
درجه که شکل2 سطح نمونه شکاف برداشته و تغییر شکل داده است.
جدول:2ا ستخراج دادها ازRBS و alpha-Step براي نمونه6
براي تعیین درصد اتمی و چگالی نسبی، طیفRBS نمونهها بررسی شدند. با افزایش دماي باز پخت درصد اتمی عناصر تغییر نکرد مگر با اکسید شدن نمونه. اما ضخامت نمونه شکل3 کاهش می یابد.
در شکل4 طیف RBS نمونه 2 را در دماهاي متفاوت نشان میدهد، فقط در دماي400 درجه با اکسید شدن سطح درصد نسبی عناصر تغییر مییابد.
