بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش به بررسی اثر زیرلایههای مختلف - سیلیکون - ١٠٠ - ، - ١١١ - و آلومینا - و خواص ساختاری ورفتاری آنها برنحوهی رشد و مورفولوﮊی نانوسیمهای سیلیکا پرداخته شدهاست. بررسی سطوح حاصل از پوشش طلا بر روی زیرلایههای مختلف، همچنین نحوهی توزیع و میزان کرویت قطرات طلا و در نهایت تحلیل خصوصیات نانوسیمهای سیلیکای تولیدشده به روش بخار -مایع-جامد با کمک میکروسکوﭖ الکترونی روبشی و آنالیز تفرق اشعه ایکس صورت گرفت. رشد نانوسیمهای سیلیکا با استفاده از فرایند بخار-مایع-جامد و بهکمک واکنش احیای کربوترمال در دمای کاری oC ۰۵۱۱-۰۰۰۱ انجام گرفت. پس از بررسیهای صورت گرفته زمان پوششدهی بهینهی طلا برای زیرلایههای مختلف ۱ دقیقه بهدست آمد. با توجه به این که شکل و اندازهی قطرات طلا به جنس زیرلایه و جهت کریستالی آن وابسته است طی آزمایشات انجام شده ویفرسیلیکونی - ۱۱۱ - بهترین سطح را برای رشد نانوسیم با کمترین قطردارا بود. قطر نانوسیمهای بهدست آمده بهاین روش بین ۰۹-۰۳ نانومتر قرارگرفت.
واﮊههای کلیدی:نانوسیم سیلیکا، زیرلایههای مختلف، روش VLS، پوشش طلا.
.1 مقدمه
نانوسیمهای نیمههادی بهویژه نانوسیمهای سیلیکایی با استفاده از روشهای متنوعی تولید میشوند. به خاطر خصوصیات منحصربهفرد و ساختارهندسی خاص نانوسیمهای یک بعدی چشمانداز بسیار خوبی برای کاربرد آنها در نانوالکترونیک مانند حسگرها میتوان قائل شد ]٥- ١.[ رشد از فاز بخار برای تولید نانوسیمها به گستردگی مورد استفاده قرار گرفته است. این روش با تکنیک های سادهی رشد در یکاتمسفر مناسب برای تولید نانوسیمهای عنصری یا اکسیدی آغاز میشود. بهطورکلی رشد نانوسیمهای سیلیکا با استفاده از روشهای برپایهی فاز بخار و محلول استوار است. روشهای برپایهی فاز بخار شامل روشهای بخار-مایع-جامد١، جامد-مایع- جامد٢، بخار-جامد٣ ، احیای کربوترمال٤ است]۶و۷.[
در مقایسه با روشهای دیگر بهکمک مکانیزم فاز بخار مورفولوﮊی و شکل هندسی نانوساختارها را بهتر می-توان کنترل نمود. جزئیات بیشتر این مکانیزمها در مقالات ارائه شده بهوسیلهی رائو و دیگران آمده است. دیده شده است که در طول فرایند انتقال و رسوب فاز بخار، آرایش رشد نانوسیمها تحت تأثیر مسیر جریان گاز حامل قرار دارد. رشد نانوذرات - نقطههای کوانتمی - یا نانومواد یک بعدی - سیم کوانتمی - یا نانولایهها روی یک زیرلایه انجام میگیرد. برای این کار هم از روش رسوبگذاری فیزیکی مثل فرآیند PVD٥ و هم رسوبگذاری شیمیایی مثل فرآیند CVD٦ استفاده میشود] ١٠- ٨. [ایجاد نانوذرات از فاز گاز با دو نوع واکنش امکان پذیر است :
الف- رشد نانوذرات از فاز گاز بهصورت فیزیکی
در این حالت بخار مادهی اولیه وارد یک محفظه شده و در آن به حد فوق اشباع میرسد. بخار فوق اشباع به شکل ذرات نانومتری رسوب میکند. مکانیزمهای مختلفی برای جمعآوری این ذرات وجود دارد. معمولاﹰ این ذرات به یک سطح میچسبند و با تدابیر خاص آنها را از سطح جدا میکنند.
ب- رشد نانوذرات از فاز گاز به صورت شیمیایی
در این حالت یک واکنش شیمیائی در فاز گاز انجام میشود. گاز حاوی ملکولهای واکنشدهنده به کمک گاز حامل وارد راکتور میشود. در راکتور شرایط انجام واکنش شیمیائی فراهم است و با واکنش دادن ملکولهای واکنشدهنده با یکدیگر فاز جدید ایجاد میشود. این فاز جوانهزنی کرده و رشد میکند تا به ابعاد نانومتری برسد و در نهایت جمعآوری میشود.رشد ساختارهای یک بعدی نانومتری از طریق واکنشهای فاز گازی از جمله فرآیند بخار مایع جامد - VLS - به گستردگی مطالعه شده است. Wagner در حین مطالعاتش از رشد ویسکرهای بزرگ تک بلور در دههی ١٩٦٠ مکانیزمی برای رشد از طریق واکنشهای فاز گازی پیشنهاد داد، که فرآیند بخار مایع جامد نامیده شد. او رشد ویسکرهای Si تا اندازهی میلیمتر در حضور ذرات طلا را مطالعه کرد. طبق این مکانیزم رشد بلور به شکل غیرهمسانگرد در اثر حضور یک فصل مشترک آلیاﮊ مذاب/جامد انجام می گیرد. این مکانیزم برای مطالعهی رشد نانوسیم های متعددی از جملهSi و Ge به کار برده شده است. رشد نانوسیم های سیلیسیم با استفاده از خوشههای Au به عنوان کاتالیست در دمای بالا برمبنای فاز دیاگرام - در شکل٣ - توصیف شده است..
.2 مواد و روش تحقیق
در ابتدا ویفرها به روش RCA - ویفرها درمحلول آب غیر قطبی، آمونیاک، آب هیدروﮊنه به مدت ۳۱ دقیقه در دمای ۰۷ درجه سانتیگراد قرار داده شده، سپس توسط آب غیر قطبی شستشوی نهایی می-شوند - شستشو وتمیز میگردند. پس از طی این مرحله ویفرها در ابعاد ۵/۰ در ۵/۰ cm و برای انجام فرایند پوششدهی طلا توسط دستگاه اسپاترینگ برش داده میشوند. پوششدهی در زمانهای مختلف با آمپراﮊ ثابت ۲/۰ آمپر انجام گرفت. پس از گذر از این مرحله ویفرها را درون قایقکی از جنس کوارتز قرار داده و برای انجام عملیات حرارتی در کوره تونلی در منطقه تمرکز حرارتی جای میدهیم. کوره در مدت زمان های مختلف و در دماهای مختلف با نرخ c/min ۰۲ برای تغییر شکل پوشش طلا بصورت قطرهای تنظیم میگردد. پس از آن کوره خاموش میشود تا به دمای محیط برسد.
سپس پودر SiO - sigma-aldrich - با اندازهی مش ۰۰۳+ را بههمراه پودر گرافیت با اندازهی مش یکسان با پودر SiO را با هم مخلوط کرده و بر روی یک سر قایقک از جنس کوارتز قرار میدهیم. سپس ویفرهای عملیات حرارتی شده را بر روی سر دیگر قایقک قرار میدهیم. قایقک حاوی پودر و ویفر را درون لوله کوارتز ته بسته قرار داده طوری که ویفر در ته لوله قرار بگیرد. لولهی کوارتز حاوی قایقک را به درون کوره تونلی وارد میکنیم . سر لوله کوارتز دارای یک ورودی ویک خروجی گاز می باشد . گاز آرگون با ۹۹/۹۹ خلوص که از قبل پیشگرم شده را به لولهی کوارتز منتقل و از طریق خروجی دیگری از همین لوله به کمک یک تیوب آن در ظرف حاوی آب قرار میدهیم. دمای کوره را تا ۰۵۱۱ درجه سانتیگراد با نرخ c/min ۰۲ بههمراه گاز آرگون - گاز حامل - بالا می بریم . در نهایت در این دما و به روش CVD بر روی ویفر حاوی قطرهی طلا پوشش سیلیکا مینشیند سپس کوره را خاموش کرده تا به دمای محیط برسد.
