دانشگاه ارومیه

دانشکده علوم

گروه فیزیک

پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی ارشد رشته فیزیک در گرایش حالت جامد

عنوان :

اثر ناهمواری سطح و ضخامت لایه های نازک ZnO جانشانی شده با Mn بر روی خواص اپتیکی آنها

استاد راهنما :

دکتر حسن صدقی

 استاد مشاور :

دکتر اصغر اسمعیلی

بهمن ماه 1393

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)

فهرست مطالب

عنوان                                                                         صفحه

چکیده 1

مقدمه. 2

فصل اول. 3

لایه های نازک، خواص آنها و روش های ساخت آنها 3

مقدمه. 3

1-1 تعریف لایه های نازک.. 4

1-2 مراحل تشکیل لایه های نازک.. 5

1-3 خواص لایه های نازک.. 6

1-3-1 خواص لایه نازک : 6

1-3-2 خواص مکانیکی : 7

1-3-3 خواص الکتریکی.. 7

1-3-4 خواص مغناطیسی : 8

1-3-5 خواص نوری.. 9

1-3-6 خواص شیمیایی : 9

1-3-7 خواص حرارتی : 9

1-4 روش های تهیه لایه های نازک.. 10

1-5 رسوب فیزیکی بخار PVD : 10

1-6 روش تبخیر حرارتی : 11

1-6-1 تبخیر حرارتی مقاومتی.. 11

1-6-2 روش تبخیر حرارتی پرتو الکترونی : 11

1-6-3 روش تبخیر حرارتی لیزری.. 12

1-6-4 روش آنی تبخیر. 12

1-6-5  تبخیر با استفاده از قوس الکتریکی : 12

1-7 کند وپاش… 13

1-8 رسوب شیمیایی بخار CVD.. 13

1-9  اپی تکسی باریکه مولکولی  : MBE.. 15

1-10   لایه گذاری به وسیله پالس لیزری PLD  : 15

1-11  لایه نشانی حمام شیمیایی CBD  : 16

1-12  روش لایه نشان سل ژل. 16

1-12-1 مراحل فرآیند سل ژل. 18

فصل 2. 25

نیمه هادی ها و بررسی خواص اپتیکی.. 25

مقدمه. 25

2-1 نیمه هادی ها 26

2-2 نیمه هادی های نوع N و P. 26

2-3 گاف انرژی.. 28

2-4  نظریه نوار ها 28

2-4-1  نوار های الکترونیکی.. 29

2-4-2 جابه جایی بین نواری.. 29

2-5  مواد از نظر گسیل فوتونی.. 30

2-5-1  گاف انرژی مستقیم و غیر مستقیم : 30

2-6 وابستگی گاف انرژی به دما و فشار. 33

2-7 ماهیت نور. 34

2-8  بیان کمی پدیده ها اپتیکی.. 34

2-8-1 فرآیند جذب… 35

2-9  مدل سازی تابع دی الکتریک… 37

2-9-1 مدل تاک لورنتز. 37

2-10 نیمه هادی .. 38

فصل 3. 41

انواع روش های اندازه گیری ناهمواری های سطح لایه های نازک.. 41

مقدمه. 41

3-1 میکروسکوپ هم کانونی.. 42

3-1-1  اساس کار میکروسکوپ هم کانونی.. 43

3-1-2  پارامتر های اپتیکی در میکروسکوپ هم کانونی.. 51

3-2 میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) 53

3-2-2 آشکار سازی جهت گیری تیرک.. 55

3-2-3 مدهای مختلف AFM… 56

3-2-4 مدهای تماسی.. 57

3-2-5 روش های شبه تماسی.. 58

3-3 میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 59

3-4  میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) 61

3-4-1 میکروسکوپ الکترونی عبوری.. 62

3-4-2  عملکرد میکروسکوپ… 62

3-5  مزیت و توانمندی های هر یک از میکروسکوپ ها 63

3-6 محدودیت های هر یک از این روش ها 64

3-7  بیضی سنجی.. 65

3-7-1  اساس کار بیضی سنجی.. 65

فصل 4. 68

کارهای آزمایشگاهی، بحث و نتیجه گیری.. 68

مقدمه. 68

4-1 روش های عملی و ساخت نمونه ها 69

4-2  اندازه گیری ناهمواری سطح و بستگی ضرایب اپتیکی به آن. 71

4-3  نتیجه گیری.. 88

4-4 پیشنهادات… 89

منابع و مراجع. 90

فهرست شکل ها

عنوان                                                                           صفحه

شکل (1-1) نمای کلی از تمامی مراحل سل ژل. 19

شکل (2-1) باند های انرژی برای نیمه هادی نوع n. 28

شکل (2-2) باندهای انرژی برای نیمه هادی نوع P.. 28

شکل (2-3) نمایش باندهای انرژی.. 29

شکل (2-4) تصویر گاف انرژی نیمه هادی ها به صورت : الف) غیر مستقیم  ب) مستقیم. 32

شکل (2-5) فرآیند جذب اساسی در نیمه هادی را نشان می دهد. 36

شکل (2-6)ساختار فضایی ZnO دارای ثابت های شبکه cو a. 40

شکل (2-7)ساختار شش ضلعی ZnO 40

شکل (3-1) نمای شماتیک میکروسکوپ هم کانونی.. 45

شکل (3-2)اساس عملکرد میکروسکوپ هم کانونی.. 46

شکل (3-3) نمودار توزیع و پخش بسامد. 50

شکل(3-4) شماتیک اصول عملکرد AFM… 55

شکل (3-5) در بیان جابجایی عمودی و افقی باریکه لیزر بازتابیده به تیرک بر اثر نیروی عمود و مماس بر افق وارد بر تیرک . 57

شکل (3-6) خمیدگی  تیرک موجب جابه جایی  باریکه لیزر بازتابیده بر روی دیود نوری می شود. 57

شکل (3-7) نیروهای وارد بر تیرک در فاصله های مختلف از سطح نمونه. 58

شکل (3-8) مقایسه نمادین بین حالت تماسی و حالت غیر تماسی.. 59

شکل (3-9) طرحی از میکروسکوپ الکترونی روبشی.. 60

شکل (3-10) سه نوع سیگنال در مد رسانایی SEM : 61

شکل(3-11)نمای شماتیک از عملکرد میکروسکوپ الکترونی عبوری 64

شکل (3-12) طرح واره بیضی سنج که شامل منبع نور، قطبی کننده، جبران کننده، آنالیزور و آشکارساز است… 67

شکل (3-13)در بیضی سنجی زاویه تابش با زاویه بازتاب برابر است… 68

شکل (4-1) نمودار ناهمواری برای نمونه .. 73

شکل (4-2)  نمودار ناهمواری برای نمونه .. 74

شکل (4-3) نمودار ناهمواری برای نمونه .. 75

شکل (4-4) نمودار ناهمواری برای نمونه .. 76

شکل (4-5)  نمودار ناهمواری برای نمونه .. 77

شکل (4-6)  نمودار ناهمواری برای نمونه .. 78

شکل (4-7)  نمودار ضریب شکست برای نمونه .. 80

شکل (4-8)  نمودار ضریب شکست برای نمونه .. 81

شکل (4-9) نمودار ضریب شکست برای نمونه .. 82

شکل (4-10)  نمودار ضریب شکست برای سه نمونه .. 83

شکل (4-11) نمودار ضریب شکست برای نمونه .. 84

شکل (4-12)  نمودار ضریب شکست برای نمونه .. 85

شکل (4-13)  نمودار ضریب شکست برای نمونه .. 86

شکل (4-14) نمودار ضریب شکست برای سه نمونه .. 87

چکیده

امروزه مطالعات فراوانی در خصوص مواد نیمه هادی و اثر جا نشانی این مواد با مواد دیگر صورت گرفته است. ما در این پایان نامه خواص اپتیکی لایه های نازک  ZnO و ZnO آلاییده شده با Mn، تهیه شده به روش سل-ژل را مطالعه کرده ایم و ناهمواریهای سطحی لایه های نازک تهیه شده را توسط میکروسکوپ هم کانونی اندازه گرفته ایم.

نتایج این تحقیق نشان می دهد که خواص اپتیکی لایه های  ZnO  خالص و آلاییده شده با Mn  با تغییر ناهمواری سطح تغییر میکند.

واژگان کلیدی : میکروسکوپ هم کانونی، لایه های نازک، جا نشانی، سل ژل، خواص اپتیکی، ZnO

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.