پاورپوینت خواص لایه های نازک

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

خواص لایه های نازک

اسلاید 2 :

نانوساختارها
لایه های نازک
دوم

اسلاید 3 :

خواص لایه نازک
لایه های نازک خواص بسیار جالبی دارند که متفاوت از خواص توده ای مواد تشکیل دهنده آنها می باشد که این خواص عبارتند از:
خواص الکتریکی
خواص مغناطیسی
خواص نوری
خواص مکانیکی
خواص شیمیایی
خواص حرارتی
خواص لایه های نازک به پارامترهای زیادی وابسته است، که این پارامترها مربوط به روش تولید و کیفیت و نوع ماده ی زیر لایه خواهند بود.

اسلاید 4 :

خواص مکانیکی
روش های مختلف تولید و ساخت لایه های نازک، باعث ایجاد عیوب از جمله نابجایی ها در لایه ها می شود و چون در لایه های نازک این عیوب قابلیت حرکت ندارند، در جای خود قفل می شوند.

غلظت بالای نابجایی ها و عدم تحرک آنها در لایه نازک، سبب افزایش خواص مکانیکی نظیر سختی و مقاومت به سایش آنها می شود که قابل مقایسه با بالک ماده نیست.

افزایش شدید غلظت نابجایی ها موجب ایجاد تنش در ساختار لایه نازک می شود و از آنجا که معمولاً بیشتر روش های لایه نشانی در دمای بالاتر از دمای محیط استفاده می شوند، مقداری تنش حرارتی نیز در لایه نازک ایجاد می شود.

اسلاید 5 :

انواع تنش در لایه نازک
تنش های گرمایی: چون اکثر فرایندهای لایه نشانی در دمای بالا انجام می شود و مواد مختلف ضرایب انبساط گرمایی متفاوتی دارند، در هنگام لایه نشانی بین لایه و زیرلایه این نوع تنش ایجاد می شود.

تنش های ذاتی: این نوع تنش، چون به فرایندهای رشد غیر تعادلی بستگی دارد، موجب تشکیل ساختار های غیر تعادلی می شود.

اسلاید 6 :

رفتار مکانیکی لایه نازک
رفتار مکانیکی لایه نازک مانند استحکام و چسبندگی آن، سهم بسزایی در کارایی لایه های نازک دارد. از دیگر رفتارهای مکانیکی لایه نازک، استقامت کششی لایه های نازک می باشد.

عوامل موثر بر خواص مکانیکی شامل اندازه و شکل دانه های تشکیل شده درون لایه ها؛ حضور تهی جاها، نا بجایی ها، خلل و فرج؛ و . می باشد.

اسلاید 7 :

خواص الکتریکی
بررسی خواص الکتریکی مواد عمدتاً براساس نظریه نواری صورت می گیرد که در آن، فلز یا نیم رسانا و یا عایق بودن ماده را، ترازهای انرژی الکترونی و چگالی حالت ها تعیین می کند.

در مواد رسانا صرفنظر از اینکه یک ماده بالک یا لایه نازک باشد، تعدادی حامل بار الکتریکی(n) با بار(q) داریم که با سرعت مشخص(V) در میدان الکتریکی(e) حرکت می کند، که سبب عبور جریان با چگالی(j) در ماده می شود:
j = nqV
در جاییکه µ موبیلیته الکترون هاست:
V=µe
j = σe

بنابراین رسانایی مواد(σ) برابر می شود با : σ = nqµ

اسلاید 8 :

خواص الکتریکی لایه نازک
در مورد لایه نازک، علاوه بر اینکه تعداد حامل های بار کاهش می یابد، به علت کاهش ضخامت لایه، حرکت الکترون ها نیز محدود می شود. به همین علت الکترون ها با اندک انحراف از مسیر حرکتشان(Surface Scattering)، باعث کاهش رسانایی می شوند و این به معنی افزایش شدید مقاومت الکتریکی لایه نازک خواهد بود.
در لایه های نازک فلزی، مقاومت الکتریکی بیشتر از بالک ماده است که این میزان با افزایش ضخامت لایه نازک، کاهش پیدا می کند.

اسلاید 9 :

انواع مورفولوژی لایه نازک
در ساخت لایه های نازک، سه نوع مورفولوژی می تواند ایجاد شود:
1.لایه، ساختار کاملاً منسجم داشته باشد.
2.لایه دارای تخلخل باشد.
3.لایه بصورت ذرات جدا از هم تشکیل شود.

اسلاید 10 :

رسانایی انواع مورفولوژی لایه نازک
در میان انواع مورفولوژی لایه نازک، بهترین رسانایی را لایه های نازک منسجم، و کمترین میزان رسانایی درلایه های با ذرات جدا از هم می باشد. رسانایی لایه نازک منسجم (σ) از رابطه زیر به دست می آید:
σ =ne2l/Mv
در جاییکه l طول پویش آزاد الکترون، n تعداد حامل های بار، e بار الکترون، m جرم الکترون و V سرعت میانگین الکترون ها در ناحیه فرمی است.

برخلاف لایه های فلزی منسجم، با افزایش دما رسانایی لایه های فلزی غیر منسجم افزایش می یابد.

اسلاید 11 :

خواص مغناطیسی
اساس خاصیت مغناطیسی مواد به چرخش الکترون به دور خود یا اسپین الکترون(Spin) مربوط است. مطابق شکل، اگر نسبت R/r(شعاع اتم به شعاع اوربیتال تک الکترونی)به گونه ای باشد که میزان انرژی تبادلی(Exchange Energy) در ناحیه مثبت قرار گیرد، ماده می تواند خاصیت مغناطیسی از خود نشان بدهد:
نمودار تعیین خاصیت فرومغناطیس وآنتی فرو مغناطیسی مواد
انرژی تبادلی در واقع انرژی است که موجب موازی شدن اسپین الکترون ها می شود.

اسلاید 12 :

خاصیت مغناطیسی لایه نازک
با کاهش ضخامت لایه نازک، خاصیت مغناطیسی نیز کاهش می یابد. زیرا در این حالت به علت افزایش تعداد الکترون های سطحی و آزادی بیشتر این الکترون ها، به سختی می توان همه الکترون ها را هم جهت و موازی نمود.

خواص فرو مغناطیس به دمای زیرلایه، آهنگ لایه نشانی و اجزای سازنده بستگی دارد.
با استفاده از فلزات مغناطیسی(FeوCoوNi)، می توان لایه های نازک فرومغناطیس تولید نمود.
خاصیت مغناطیسی لایه های نازک به شدت به مورفولوژی و میکروساختار و تاحدودی به شکل هندسی لایه بستگی دارد.

اسلاید 13 :

خواص نوری
پدیده های مختلف نوری در مواد شامل بازتاب (Reflection)، جذب (Absorption)، عبور (Transmition) و تداخل (Scattering) نور می باشد:

Rλ+Aλ+Tλ+Sλ = 1

به طوری که Rλ درصد بازتاب، Aλ درصد جذب، Tλ درصد عبور و Sλ درصد پراکندگی نور می باشد.

اسلاید 14 :

خواص نوری لایه نازک
پارامترهای اصلی واکنش نور با لایه های نازک شامل ضریب شکست(n:Refraction Index) و ثابت جذب(k:Index of Absorption) می باشد.

چنانچه در ماده ای، k>>n باشد یعنی در آن ماده جذب بالا اتفاق می افتد: مانند مواد عایق و دی الکتریک ها.

اگر k<

درجه افزایش k و کاهش n تابع پارامترهای لایه نشانی نظیر: نحوه لایه نشانی، تخلخل لایه و ضخامت آن می باشد.
در لایه های نازک در محدوده نانومتری با ضخامت بالاتر از nm10، ضریب شکست (n) لایه از ضریب شکست همان ماده در حالت بالک کوچکتر است و در مقابل، ضریب جذب آن (k) بالاتر از بالک ماده است. بنابراین در لایه های نازک جذب نور بالاتری دارند.

اسلاید 15 :

خواص شیمیایی لایه نازک
در لایه های نازک، به علت سطح تماس زیاد لایه نازک با محیط، واکنش پذیری لایه نسبت به ماده بالک افزایش می یابد، لذا از این خاصیت لایه های نازک می توان به عنوان سنسور شناسایی مواد شیمیایی استفاده نمود.

اسلاید 16 :

خواص حرارتی لایه نازک
لایه های نازک از آنجا که نسبت سطح به حجم بالایی دارند، لذا تعداد اتمهای سطحی آنها بیشتری دارند و چون اتم های سطحی ماده آزادی عمل بیشتری نسبت به اتم های درون شبکه دارند، به همین دلیل دمای ذوب لایه نازک کمتر از دمای ذوب همان ماده در حالت بالک ماده می باشد.