بخشی از مقاله
چکیده
نانولوله هاي عمودي بر روي غشاي کوارتز به روش DC-PECVD رشد داده شده اند. براي ساخت این غشاء ، ویفر سیلیسیوم با جهت بلوري - - 100به صورت نا همسانگرد در محلول 8 مولار KOH زدایش شده است . مخلوطی از گازهاي هیدروژن و استیلن براي رشد نانولوله هاي کربنی استفاده شده و لایه اي از نیکل به عنوان کاتالیست بکار رفته است. نانولوله هاي حاصل با لایه نشانی اکسید تیتانیوم به روش تبخیر شیمیایی و در فشار اتمسفر، پوشانده شده اند . بعد ازمرحله صیقل دادن و سوزاندن نمونه و پس از برداشتن غشاء ، نانو ساختارهایی با دو سر باز، به دست آمده است . تحلیل SEM براي مطالعه این ساختارهاي نانومتري مورد استفاده قرار رفته است.
مقدمه
در این روش ساختار محصور شده اي از نانولوله ها را که داراي گیت بودند مورد استفاده قرار دادیم. حال در این مقاله ساختار محصور شدة دیگري از این نانولوله هاي عمودي را ایجاد کرده ایم که سوراخهاي نانو متري با دو سرِ باز دارند و بدون نانولیتوگرافی به دست آمده اند، که تا اکنون انجام نگرفته است. این سوراخهاي نانومتري می توانند مسیر باریکی براي عبور یونهاي گوناگون یا نانوذرات باشند. باریکه اي از یونها که بتوانند از این نانو مسیر ها عبور کنند می توانند در اثر شتابی که از نیروي الکترومغناطیسی دریافت می کنند نانولیتوگرافی کنند. همچنین این ساختار می تواند در الک کردن نانوذرات براي جدا کردن نانوذرات ریزتر مورد استفاده قرار گیرد. کابردهاي دیگري نیز می توان براي این ساختار متصور شد که در حال بررسی آن هستیم.
مراحل انجام آزمایش
در ابتدا سطح ویفرسیلیسیومی در محلول RCA شمارة 1 پاکیزه می شود، سپس هر دو روي آن با لایه اکسید سیلیسیوم حرارتی ولایه کوارتز به ضخامت 10μm پوشانده می شود. لایه کوارتز با روش تبخیر با باریکه الکترونی در درجهدماي350 سلزیوس و در فشار 10-6 تور لایه نشانی می شود. با استفاده ازفوتولیتوگرافی استاندارد پنجره اي بر سطح پشتی ویفر ایجاد می شود ، و نمونه در محلول 8 مولار KOH بهدرجهدماي60 سلزیوس قرار می گیرد، تا به صورت نا همسانگرد زدایش شود.
بعد از حدود 20 ساعت غشایی از کوارتز به دست می آید. نمونه حاصل که شامل غشا است ، مجددا تمیز شده و با لایه اي از نیکل به ضخامت 5 تا 10 نانومتر دردماي 300درجه سلزیوس ، درسیستم لایه نشانی تبخیر با باریکه الکترونی پوشانده می شود. نیکل براي رشد نانولوله ها به عنوان کاتالیست لازم است. سپس نمونه در داخل محفظه DC-PECVD قرار می گیرد و در دماي 650 درجه سلزیوس با شار 30Sccm از گاز هیدروژن به مدت 15 دقیقه گرما دهی می شود، و به دنبال آن پلاسمایی با چگالی توان 5/5 W/Cm2 به نمونه اعمال می شود، تا دانه هاي نیکل ایجاد گردد. بعد از 5 دقیقه استیلن را بامدتشار 5 Sccm به 20 دقیقه وارد سیستم می کنیم تا رشد نانولوله ها انجام گیرد.
دماي زیر لایه در طول رشد از 550 تا 650 درجه سلزیوس تغییر می کند، و فشار گاز به 1/6تور می رسد. نانولوله هاي رشد داده شده بر روي غشا با لایه اي از اکسید تیتانیوم به ضخامت 100 nm با استفاده از روش لایه نشانی تبخیر شیمیایی پوشانده می شود. سپس این ساختار تحت صیقل مکانیکی قرار می گیرد تا سر نانولوله ها باز شود. سپس با استفاده از محلول HF غشاي کوارتز برداشته می شود و نانولوله هاي محصور شده در TiO2 معلق می مانند. با اعمال پلاسماي اکسیژن در دماي 300 درجه سلزیوس و توان 150 W بر طرف جلو و پشت نمونه هر دو انتهاي نانولوله ها را می سوزانیم.
سرانجام نانوساختاري با دو انتهاي باز با قطر داخلی 5 تا 10 نانومتر که مطابق با قطر دیوارة داخلی نانولوله ها است، به دست می آید. همچنین با سوزاندن تمام طول نانو لوله ها قطر حفرة این نانو ساختارها به 50 تا 100 نانومترافزایش می یابد که مطابق است با قطر خارجی نانولوله ها . شکل 1 نموداري از مراحل متوالی ساخت ، به ترتیب از چپ به راست ، شامل رشد نانولوله ها و لایه نشانی اکسید تیتانیوم ، سوزاندن و صیقل دادن و سپس برداشتن غشاء را نشان می دهد.
میکروسکوپ الکترونی براي مطالعه این نانوساختار مورد استفاده قرار گرفته است. شکل 2 تصاویر SEM از زدایش نا همسانگرد ویفر سیلیسیوم - 100 - را از قسمت پشت ویفر نشان می دهد. شکل:1 نمودار مراحل ساخت، شامل رشد نانولوله ها بر روي غشاي نازك و لایه نشانی اکسید تیتانیوم ، صیقل دادن و سوزاندن نانولوله ها. شکل 4 محصور شدن نانولوله ها توسط لایه نشانی TiO2 را نشان می دهد. همان طور که از شکل .4الف پیداست، TiO2 کاملاً یکنواخت لایه نشانی شده، بطوري که نانولوله ها توسط آن احاطه شده و ساختارهاي گنبدي شکل را ایجاد کرده است. سطح TiO2بعد از صیقل دادن و سوزاندن پلاسمایی در شکل.4ب نشان داده شده است.
