وبلاگ

مطالعه بر روی خواص هندسی سطوح در حال رشد یکی از مهم ترین دغدغه های فیزیک آماری غیرتعادلی محسوب می شود. این موضوع نه تنها به دلیل چالش برای فیزیکدانان نظری به منظور مدل کردن فرایند رشد سطح، بلکه از لحاظ تجربی به منظور شکل دهی به سطوح از اهمیت ویژه ای برخوردار است. امروزه زبری سطوح  در بسیاری از فناوری های نوین مورد توجه وسیعی قرار گرفته است. زبری سطح اثر بسیار مهمی در بسیاری از پدیده های فیزیکی همچون چسبندگی ،اصطکاک ،آبدوستی ،آب گریزی و خودتمیزکنندگی سطوح دارد. با توجه به اهمیت نانوتکنولوژی، لایه های نازک از دو ویژگی مهم برخوردار هستند. اولین ویژگی، ضخامت زیرمیکرونی این لایه ها است که به دلیل محدودیت کوانتومی، هر چه به اندازه نانو نزدیک تر شوند، ویژگی های متفاوت‌ تری را برای لایه به وجود می آورند و دومین ویژگی، آن است که لایه ها می توانند سطوح فوق العاده بزرگی نسبت به ضخامت خود داشته باشند.

یکی ازروش های لایه نشانی به روش تبخیری که در تکنولوژی برای رشد لایه های نازک با خلوص بالا مورد استفاده قرار می گیرد، روش باریکه مولکولی خالص (MBE) است. در این روش شرایط خلاء بالا برای ایجاد خلوص بیشتر و پارامتر نرخ رشد پایین، برای دقت لایه نشانی بالا، نقش اساسی در مشخصات فیزیکی لایه های رشد داده شده با این روش را دارند.

مطالب در این پایان نامه در سه فصل جمع­آوری شده است. در فصل اول به مروری بر روش های مختلف لایه نشانی پرداخته ایم. در فصل دوم کلاس های مختلف رشد سطح را معرفی کرده و تئوری های خطی و غیر خطی MBE را مورد بررسی قرار داده ایم. در فصل سوم شبیه سازی مدل های مختلف رشد سطح انجام شده و در پایان یک جمع بندی از نتایج حاصل ارائه شده است.

فصل اول: مفاهیم لایه نازک و رشد سطح

1-1 مفاهیم لایه نازک

معمولا در فیزیک حالت جامد، مواد را به صورت توده ای مورد بررسی قرار می دهند. در عموم روش های لایه نشانی، هنگامی که مواد از

 حالت توده ای به صورت اتم ها، ملکول ها یا یون های مجزا درآیند و روی سطح زیرلایه[1] بنشینند، پوششی ایجاد می شود که آنرا لایه می نامند.

اصولاً لایه ها و پوشش های مختلف از نقطه نظر ضخامت به سه گروه تقسیم می شوند که عبارتند از :

1-لایه های بسیار نازک با ضخامت کمتر از 50 آنگستروم

2-لایه های نازک با ضخامت بین 50 تا 5000 آنگستروم

3-لایه های ضخیم با ضخامت بیش از 5000 آنگستروم

طبق تعاریف بالا، لایه های نازک لایه هایی هستند که ضخامت آنها بین50 تا5000 آنگستروم باشد. به بیان دیگر لایه های نازک ، پوشش های نانومتری با دقت اتمی طراحی شده ای از انواع مواد اعم از فلزات، عایق ها و نیمه رساناها هستند. به طور معمول ساختمان لایه های نازک متشکل از یک لایه و یک زیر لایه است، که این لایه نازک توسط روش های مختلف لایه نشانی بر روی سطح نشانده می شود. مجموع سیستم ( لایه و زیر لایه ) باعث ایجاد خواص جدیدی می شود که با خواص همان لایه به صورت توده ای متفاوت است و خصوصیات سطحی زیر لایه را ارتقاء می‌بخشد. شکل (1-1) ساختار شماتیک لایه و زیرلایه را نشان می‌دهد .]1[

شکل 1-1: نمای شماتیک یک لایه نازک

همچنین کاربرد عمده این لایه های نازک در اصلاح خواص سطح جامدات است. لایه های نازک و بسیار نازک، از دو ویژگی مهم برخوردار هستند. اولین ویژگی، ضخامت زیرمیکرونی این لایه ها است که به دلیل محدودیت کوانتومی، هر چه به اندازه نانو نزدیک تر شوند، ویژگی های متفاوت‌ تری را برای لایه به وجود می آورند و دومین ویژگی آن است که لایه ها می توانند سطوح فوق العاده بزرگی نسبت به ضخامت خود داشته باشند، به بیان دیگر افزایش نسبت سطح به حجم را دارا هستند. این دو ویژگی بر اهمیت چشمگیر این لایه ها می افزایند.]1-2[