بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق به بررسی اثر دماي زیر لایه بر رشد بلوري و خواص ساختاري لایه هاي نازك نیکل پرداخته شده است. بدین منظور لایههاي نازك را به روش لایه نشانی لیزر پالسی بر روي سیلیکون - 100 - در دماهاي مختلف لایه نشانی شدند. نتایج حاصل از تحلیل پراش پرتو ایکس نمونه ها نشان میدهد که با افزایش دماي زیر لایه فاز بلوري نیکل-سیلیکون تشکیل شده است. از تصاویر میکروسکوپ نیروي اتمی نیز میتوان دریافت که لایههاي نازك نیکل در دماي 700 درجه سلسیوس داراي ساختار بلوري بوده و در جهت صفحات سیلیکونی رشد کرده است که این مطلب با نتایج حاصل از تحلیل پراش پرتو ایکس در توافق است.
شرح آزمایش
در ساخت لایههاي نازك نیکل از روش لایه نشانی لیزر پالسی استفاده شده است. فشار محفظه خلأ را در طی آزمایش لایه نشانی در حدود 3×10-5 تور ثابت نگه داشتیم. براي ساخت هدف در فرآیند لایه نشانی از پودر خالص 99/99% نیکل مرك آلمان استفاده کردیم و از آن قرصی با ضخامت 2 میلی متر و به قطر2 سانتی متر تهیه کردیم. زیر لایههاي انتخابی از جنس سیلیکون - 100 - بوده است. انرژي لیزر در طی کندوسوز برابر 300 میلی ژول بر پالس و فرکانس آن برابر 15 هرتز با تعداد پالس 7000 عدد انتخاب شده است. در این تحقیق مدت زمان لایه نشانی هر یک از نمونهها برابر 7/77 دقیقه بوده و دماي زیر لایه هر یک از نمونهها به ترتیب برابر26، 300، 500 و 700 œC انتخاب شده است. الگوي پراشي اشعهي ایکس لایههاي نازك با استفاده از دستگاه مولد اشعهي ایکس فیلپس اکسپرت در دماي اتاق اندازهگیري شد. ریخت شناسی سطح لایههاي نازك با استفاده از میکروسکوپ نیروي اتمی بروکر شمدل نانواس 1/1 انجام .
نتایج و بحث
نمودارهاي اندازهگیري پراش پرتو ایکس - شکل - 1 از لایه- هاي نازك نشان دهندهي تشکیل فاز تک بلور نیکل-سیلیکون با افزایش دماي زیر لایه در جهت - 200 - است. تحلیل نتایج XRD توسط نرم افزار اکسپرت2 با شماره کارت 00-038-0844 انجام شده است. شدت قلهيافزایش - - 200 با دماي زیر لایه افزایش مییابد که بیان کنندهي بلوري شدن نانو ذرات نیکل بر روي زیر لایه سیلیکونی است. ساختار هندسی آن اورتورومبیک است و در گروه فضایی Pnma قرار میگیرد. حجم سلول واحد این ساختار برابر 96/48 Å 3 است. قلهي دیگري نیز در جهت - 210 - در دماي 300 œC بوجود آمده که مربوط به ساختار نیکل-سیلیکون است که با افزایش دماي زیر لایه از بین میرود. قله دیگري نیز در جهت - 121 - در دماهاي 300، 500 و 700 œC بوجود آمده که آن هم مربوط بهسیلیکونساختار نیکل- است. براي بدست آوردن اندازهي بلور نیکل از رابطه دیباي شرر در رابطه 1، λ طول موج اشعه ایکس میباشد که اندازهي آن برابر 0/15418 Å و β برابر نیم پهنا قله طیف پرتو ایکس ، θ زاویه پراش براگ و d اندازه بلور است.
اندازهي بلور نیکل-سیلیکون در جهت - 210 - برابر 3/7 نانومتر بدست آمده که براي جهت - 200 - نیز محاسبه شده استروند که در شکل 2 به همراه کاهش اندازهي نیم پهنا قله بر حسب دماي زیر لایه نشان داده شده است. در شکل 2 روند رشد بلور در جهت - 200 - را با افزایش دماي زیر لایه مشاهده میکنیم در حالیکه اندازهي نیم پهنا قله روند نزولی را دارد. طبق رابطهي 1 با کاهش اندازهي نیم پهناي قله - 200 - نانو ذرات نیکل در آن جهت بیشترتصاویربلوري میشوند. در میکروسکوپ نیروي اتمی تغییرات سطح لایههاي نازك نیکل بر حسب دماي زیر لایه قابل مشاهده استتصاویر.در شکل 3 میکروسکوپ نیروي اتمی لایههاي نازك نیکل آورده شده است. با افزایش دماي زیر لایه نانو ذرات نیکل از دانههاي ریز در دماي 300 0C به دانههاي درشت تري در دماي 500 0C تبدیل شده و با افزایش دما به 700 0C به بلوركهاي مکعبی شکل تبدیل می شوند.
شایان ذکر است که در نمودار پراش پرتو ایکس با افزایش دماي زیر لایه شدت قله در جهت - 200 - بیشترنشانمیشود که دهندهي تشکیل بلورك نیکل بر روي سیلیکون است که در شکل د-3 این بلورها به صورت مستطیلهاي موازيروي شکلی بر سیلیکون قرار دارند. بنابراین با افزایش دما امکان ساخت بلورك-هاي مستطیل شکل نیکل امکان پذیر است. در نمودار پراش پرتو ایکس در دماي 700 0C بیشترین شدت پراش در جهت - 200 - است که بیانگر بیشرین رشد بلور در جهت - 200 - میباشد که نشان دهندهي رشد بلوركهاي نیکل در جهت صفحات سیلیکونی میباشد که در شکل د-3 بلوركهاي نیکل دیده میشود کهبه صورت مستطیلهاي موازي شکلی بر سیلسکون تشکلیل شدهاند. لبهي این مستطیلها با یکدیگر موازي هستند که نشان دهندهي رشد بلوركها در جهت صفحات سیلیکونی است که با نتایج حاصل از شکل 1 در توافق است. به منظور بهتر نشان دادن بلورهاي تشکیل شده در دماي 700 0C تصاویر میکروسکوپ نیروي اتمی آن در شکل 4 آورده شده بلورهاياست.در شکل 4 مستطیل شکل بر روي سیلیکون دیده میشود که داراي اضلاع موازي با یکدیگر هستند. براي نشان دادن اضلاع موازي بلوركها از فلشهاي سفید رنگ در شکل استفاده شده است.
