بخشی از مقاله
چکیده
ما به روش انباشت شیمیائی بخار- فیلامان داغ، با گذراندن گاز هیدروکربنی از سیم نیکل – آهن ملتهب، کاتالیستیاي از جنس نیکل و آهن در بستري از لایهي شبه الماسی به صورت لایهي نازك ساختیم. در این پروسه ذوبکهباآن دماي سیم کمتر از دماي فلزات تشکیل دهندهي آن بود، بدلیل اثر کاتالیز دوگانه از یک سو گاز هیدروکربن باعث جدا شدن اتمهاي سیم فلزي شده و از سوي دیگر فیلامان ملتهب باعث ایجاد پلاسمایی از گاز هیدروکربنی شد. با توجه به این اثر لایهي نازکی از رادیکالهاي هیدروکربنی و اتمهاي فلزي ر روي زیرلایهي سیلیسیم تشکیل شد. سپس با استفاده از روش انباشت شیمیائی بخار- حرارتی و عبور گاز هیدروکربنی از روي لایهي نازك کاتالیزي، نانولولههاي کربنی را رشد دادیم. کمترین قطر لولههاي بدست آمده 16 نانومتر است.
مقدمه
نانولولههاي کربنی درواقع صفحات گرافیتیاي هستند که لوله شدهلوله و به صورت لولههاي تک دیواره یا چند دیواره درآمدهاند. قطر این لولهها از چند نانومتر تا چند صدنانومتر و طول آنها از چند ده نانومتر تا چندده میکرون متغییر است .[1] بسته به هندسه پیچش صفحهها، این ها میتوانند عایق، رسانا یا نیمرسانا باشند. نانولولههاي کربنی خواص فیزیکی و شیمیائی جالبی دارند که از جمله میتوان به پایداري شیمیائی بالا، استحکام مکانیکی زیاد، نسبت سطح به حجم زیاد، انتقال بالستیک الکترونی - در حالت رسانا - ، شعاع انحناي کوچک، مدول الاستیک بزرگ و ... اشاره کرد.
به دلیل این خواص، نانولولههاي کربنی قابلیت کاربرد و ایجاد تحول در صنایع مختلفی را دارندو .[3] [2] این مواد را میتوان در نانوالکترونیک، وسایل نشر میدانی، حسگرها، الکترودها، کامپوزیتها، ذخیرهسازي گازها، میکروسکوپهاي روبشی مانند میکروسکوپ نیروي اتمی و ... بکار برد. تاکنون سه روش عمده براي ساخت نانولولههاي کربنی گزارش شدهاست: قوس الکتریکی، کندوسوزلیزري و انباشت شیمیائی بخار [3] - CVD - و .[4] روش CVD نیز در دو دسته کلی CVD حرارتی و CVD در حضور پلاسما تقسیم بندي میشود. بطور کلی روش CVD سه مزیت مهم دارد:
-1 امکان تولید انبوه و ارزان نانولولهها به این روش میسر است.
-2 میتوان نانولولهها را به صورت کنترل شده روي نقاط خاصی از زیرلایه و به صورت یک طرحواره نشاند.
-3 امکان رشد جهتمند و عمودي نانولولهها به این روش وجود دارد. در این گزارش به معرفی یک روش ابداعی براساس ترکیبمرحلهدو ابتدا پروسه از روش CVD که براي تولید نانولولههاي کربنی بکار بردهایم، خواهیم پرداخت. در قدم اول به روش انباشت شیمیائی بخار فیلامان داغ - HFCVD - لایهاي از ذرات کاتالیستی را روي سطح زیرلایه نشانده شد و در قدم دوم با استفاده از انباشت شیمیائی بخار حرارتی - TCVD - نانولولههاي کربنی را روي نمونه با استفاده از عبور یک گاز هیدروکربنی در یک دماي معین رشد دادهشد.
شرح آزمایش
ویفر Si - 100 - به عنوان زیرلایه را با استون و اتانول به خوبی شستشو داده تا ذرات گردوغبار، ناخالصیوها چربیهاي سطحی از روي ویفر پاك شوند. پس از خشک کردن، ویفر را وارد محفظه دستگاه HFCVD میکنیم، شکل 1 شمائی از دستگاه مورد استفاده را نشان میدهد. فیلامانهاي مورد استفاده از جنس آهن- نیکل و آهن- کروم بودند. ابتدا محفظه را تا فشار کمتر از 0/1 تور خلاء میکنیم. سپس شار گاز متان را به میزان 80sccm برقرار کرده و فشار محفظه را افزایش میدهیم. جریان مستقیمی از فیلامان عبور داده تا فیلامان گرم و برافروخته شود. این فرایند به مدت کوتاهی ادامه
مییابد و سپس جریان قطع میگردد.
محفظه را به فشار اتمسفر رسانده و نمونهها را به بیرون منتقل میکنیم. اکنون فاز دوم آزمایش را با دستگاه TCVD آغاز میکنیم. نماي کلی این دستگاه در شکل - 2 - نشان داده شده است. در این شار گاز هیدروکربن را به میزان 10 sccm برقرار کرده و کوره را روشن میکنیم. صبر میکنیم تا کوره به دماي 700 °C برسد. حال فلوي گاز را به مقدار 50 sccm میرسانیم و نمونهها را به داخل لوله کوره میفرستیم.
نتایج
از آنجا که در مرحلهي اول دماي فیلامان هرگز به دماي ذوب فلزات تشکیلدهندهي آن نمیرسد - دماي اندازهگیري شده براي فیلامان با پیرومتر850 °C بدست آمد - و از سوي دیگر انرژي لازم براي تشکیل رادیکالهاي هیدروکربوري نیز تامین نمیشود. لذا در نگاه اول انتظار نمیرود که از فیلامان چیزي کنده و پلاسمائی تشکیل شود. اما بدلیل عبور گاز متان از فیلامان عمل "کاتالیز دوگانه" رخداده و هم فیلامان باعث ایجاد پلاسماي رقیقی از رادیکال هاي هیدروکربوري شده و هم هیدروکربورها باعث جدا شدن مقدار قابل ملاحظهاي از اتمهاي فیلامانشود می شکل -4 تصویر SEM نانولولههاي ساخته شده بر روي کاتالیزهاي به ترتیب در اثر این عمل در شرایط مناسب جزایري از اتمها و کاربیدي از فلزات بر روي زیرلایه تشکیل میشود.
