دانشگاه نیشابور

دانشکده علوم پایه

پایان نامه دوره کارشناسی ارشد در رشته فیزیک حالت جامد

موضوع:

 مطالعه فرآیند رشد نانولایه های نازک به وسیله مدل باریکه مولکولی خالصMBE  

استاد راهنما:

دکتر ابراهیم دریایی

اسفند ماه1395

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

امروزه بررسی سطوح مواد به عنوان محل برهمکنش جامد با بیرون، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. توپوگرافی و شکل سطوح نیز می تواند بر عملکرد فیزیکی و کاربرد آنها تاثیر بگذارد، بنابراین بررسی سطوح از لحاظ تجربی و نظری اهمیت زیادی دارد با گام برداشتن به سمت نانو ساختار ها، اهمیت علم لایه های نازک در میان سایر علوم رشد قابل ملاحظه ای داشته است.  لایه های نازک، به دلیل نازک بودن و در نتیجه ظهور خواص کوانتومی و همچنین بزرگی نسبت سطح به حجم بسیار حائز اهمیت هستند. تولید مواد با خلوص بالا یکی از نکات مهم در ساخت لایه های نازک است. تکنیک MBE یکی از روش های مورد توجه، جهت تولید مواد با خلوص بالا است.

در این پایان نامه  با بهره گیری از نرم افزار برنامه نویسی Matlab  مدل های مختلف لایه نشانی شبیه سازی شده و یک مدل جدید برای لایه نشانی به روش MBE ارائه داده شده و تغییرات لگاریتمی زبری بر حسب زمان مورد بررسی قرار گرفت. مشاهده شد که فرآیند رشد در دو مرحله انجام می شود و از دو تئوری مختلف پیروی می کند. ابتدا تئوری خطی MBE  و سپس معادله ادوارد-ویلکینسون برقرار است. همچنین در این مدل، تاثیرات دما و سرعت لایه نشانی بر فرآیند رشد سطح مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که با اعمال این تغییرات، شیب نمودار در دو قسمت ثابت باقی  می ماند و فقط مدت زمانی که طول می کشد تا فرآیند رشد از یک  مدل به مدل دیگری وارد شود متفاوت است.

واژه های کلیدی:

رشد سطوح، زبری نانوساختار، لایه نازک، باریکه مولکولی، طول همبستگی

فهرست مطالب

عنوان                                                                            صفحه

مقدمه. ..1

فصل اول: مفاهیم لایه نازک و رشد سطح 2

1-1 مفاهیم لایه نازک 2

1- 2 تاریخچه لایه نازک 3

1-3  خواص لایه نازک 4

1-3-1 خواص مکانیکی 5

1-3-2 خواص الکتریکی 6

1-3-3 خواص مغناطیسی 8

1-3-4 خواص نوری 10

1-3-5 خواص شیمیایی 11

1-3-6 خواص حرارتی 11

1- 4 اهمیت و کاربرد لایه نازک 11

1-5 روشهای ساخت لایه نازک 12

1-5-1 روشهای فیزیکی 13

1-5-1-1 روشهای تبخیری 14

1-5-1-1-1  لایه نشانی به روش MBE 15

1-5-1-2 کندوپاش 19

1-5-2روشهای شیمیایی 22

1-5-2-1 انباشت شیمیایی بخار (CVD) 22

1-5-2-2 آبکاری الکتریکی 24

1-5-2-3  سل- ژل 24

فصل دوم: مفاهیم رشد و بررسی مدل های پیوسته و گسسته 26

2-1 مدل لایه نشانی تصادفی 26

2-2 مدل لایه نشانی بالستیک 27

2-3 مدل لایه نشانی تصادفی همراه با نرم سازی 28

2-4 همبستگی در طول فرآیند رشد 29

2-5تعاریف متداول در رشد سطح 30

2-5-1 ناهمواری 30

2-5-2 رابطه مقیاس 33

2 – 6  فرکتال 34

2-6-1 تاریخچه و معرفی فرکتال 34

2-6-2 انواع فرکتال 36

2-6-2-1 فرکتال همسانگرد 36

2-6-2-2 فرکتال ناهمسانگرد 39

2- 7  معادله ضمنی رشد 40

2- 8  اصول تشابه 41

2-9  معادله کلی رشد 43

2-9-1 معادله RD 44

2-9-2 معادله ادوارد-ویلکینسون 44

2-9-2-1 حل معادله ادوارد-ویلکینسون 46

2-9-3 معادله کاردر-پاریزی و ژنگ 49

2-10 فرآیند های دخیل در رشد تجربی سطح 51

2-10-1 نشست بر روی سطح 52

2-10-2 جذب شدگی 52

2-10-3  انتشار بر روی سطح 52

2-11 تئوری مدل MBE 53

2-11-1 تئوری خطی مدل MBE 53

2-11-1-1 حل معادله رشد خطی همراه با پیشروی MBE 55

2-11-2 تئوری غیر خطی مدل MBE 56

فصل سوم: شبیه سازی مدل های مختلف رشد سطح 59

3- 1 الگوریتم لایه نشانی به روش RD 59

3-2 الگوریتم لایه نشانی به روش BD 61

3-3 الگوریتم لایه نشانی به روش RDSR 65

3-4 مدل های لایه نشانی MBE 68

3-4-1 مدل داس سرما و تامبورنی 69

3-4-1-1 الگوریتم مدل داس سرما و تامبورنی 71

3-4-2 مدل جدید ارائه شده 73

3-4-2-1 الگوریتم مدل جدید 74

3-4-2-2 بررسی تغییرات نرخ نشست ذرات بر روی سطح 76

3-4-2-3 بررسی تغییرات دما 78

نتیجه گیری و جمع بندی 79

منابع و مأخذ 81

فهرست شکل ها

عنوان                                           صفحه

شکل 1-1: نمای شماتیک یک لایه نازک 3

شکل 1-2 :  نمودار تعیین میزان انرژی تبادلی 9

شکل 1-3 : نمودار روش های ساخت لایه نازک 13

شکل1-4 : نمای شماتیک از دستگاه MBE در زوایای مختلف 18

شکل 1-5: طرح واره سیستم کندوپاش 22

شکل2-1: تصویرشماتیک مدل لایه نشانی تصادفی 26

شکل 2-2 : تصویر شماتیک مدل لایه نشانی به روش بالستیک 27

شکل 2-3 : تصویر شماتیک مدل لایه نشانی تصادفی همراه با نرم سازی 29

شکل 2-4 : نمودار تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک در مدل لایه نشانی بالستیک برای 200L= 31

شکل 2-5 : نمودار تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک برای چندین سیستم 32

شکل 2-6 : تصویری شماتیک از بازسنجی پهنای فصل مشترک نسبت به زمان (تغییرات تابع g(u)) 34

شکل 2-7 : طرح شماتیک ساخت فرکتال دانه برفی کخ 37

شکل 2-8 : مثلث های سرپینسکی 38

شکل 2-9 : تغییر مقیاس همسانگرد و ناهمسانگرد برای یک فرکتال ساده …………………………………………………..40

شکل 2-10 : تاثیر عامل  بر روی سطح در حال رشدh 46

شکل 2-11 : تاثیر عامل  بر روی سطح در حال رشد h 50

شکل 2-12 : طرح شماتیکی از فرآیند های مقدماتی بر روی سطح 51

شکل 2-13 : تاثیر عامل  بر روی سطح در حال رشد h 55

شکل 2-14 : تاثیر عامل  بر روی سطح در حال رشد h 57

 شکل 3‑1 : نمودار تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک برای لایه نشانی به روش RD برای یک نمونه 60

شکل 3-2: نمودار تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک برای لایه نشانی به روش RD برای چندین نمونه 60

شکل 3-3: نمودار تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک برای لایه نشانی به روش BD……………………………………..62

شکل3-4: نمودار تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک برای لایه نشانی به روش BD برای سیستم های مختلف 63

شکل 3-5: نمودار جابجایی منحنی های رسم شده به روش لایه نشانی  BD در راستای عمودی 64

شکل 3-6: نمودار انطباق منحنی های تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک برای لایه نشانی به روش BD. 65

شکل 3-7: نمودار تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک برای لایه نشانی به روش RDSR. ……………………………….67

شکل 3-8: نمودار انطباق منحنی های  تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک برای لایه نشانی به روش RDSR 67

شکل3-9: مکانیزم نرم سازی مدل ولف و ویلیان 68

شکل 3-10:مکانیزم نرم سازی مدل داس سرما و تامبورنی 68

شکل 3-11:نمودار تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک برای لایه نشانی با مدل داس سرما و تامبورنی 71

شکل 3-12: نمودار انطباق منحنی های تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک در لایه نشانی با مدل داس سرما و تامبورنی.73

شکل3-13:نمودار تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک با مدل جدید ارائه شده برای سیستم های مختلف………………..75

شکل3-14: نمودارانطباق منحنی های تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک برای لایه نشانی با مدل جدید ارائه شده 76

شکل3-15: نمودارانطباق منحنی های تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک در لایه نشانی با مدل جدید ارائه شده به ازای تغییرات نرخ نشست ذرات ..77

شکل3-16: نمودارانطباق منحنی های تغییرات زمانی پهنای فصل مشترک در مقیاس لگاریتمی در لایه نشانی با مدل جدید ارائه شده به ازای تغییرات دما 78

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.