Thin film techniques
•Download as PPTX, PDF•
0 likes•437 views
طرق و تقنيات تحضير الاغشية الرقيقة
Recommended
Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (20)
Recently uploaded
Recently uploaded (20)
Thin film techniques
- 1. العلمي والبحث العالي التعليم وزارة واســــــــط جامعــــــة العـــــلوم كليـــــــة الفيزياء قســـــم
- 2. احملتوايت Contents المقدمة ( Introduction ) الرقيقة األغشية تكنولوجيا ( Thin-film technology ) الرقيقة األغشية أنواع ( Types of thin-film ) الرقيقة األغشية تحضير طرق ( Preparation of thin-film methods ) الصوتية الفوق بالموجات بالترذيذ الحراري االنحالل تقنية ( Spray pyrolysis by ultrasound technology (USP) ) الصوتية الفوق بالموجات بالترذيذ الحراري االنحالل تقنية عمل آلية mechanism( USP) الغاز االستشعار أجهزة (gas sensor) المستشعرات أنواع (Types of sensors) الغاز االستشعار أجهزة (Gas sensor) الغاز استشعار جهاز تطبيقات ( Applications of Gas Sensor ) الغاز استشعار أجهزة أنواع (Types of Gas sensors) الرقيقة لألغشية والكهربائية والبصرية التركيبية للخصائص النظرية المعادالت Theoretical equations of the structural and optical and electrical properties of thin film
- 6. الرقيقة األغشية أنواع Types of thin-film شكل - 1 - انواع االغشية الرقيقة
- 7. األغشية حتضري طرق الرقيقة Preparation of thin-film methods شكل - 2 - تحضير لطرق مخطط االغشية الرقيقة
- 8. الصوتية الفوق ابملوجات ابلرتذيذ اريراحل االحنالل تقنية Ultrasonic Spray Pyrolysis Technique (USP) تقنية االنحالل الحراري بالترذيذ بالموجات الفوق الصوت ية تستخدم على نطاق واسع لتكوين األغشية الرقيقة والجسيمات الن انوية وهي عملية سهلة االنجاز وبتكلفة بسيطة حيث إنها أنسب ط ريقة للحصول على جسيمات دقيقة كروية وباستخدام، هذه التقن ية يمكن تشكيل قطرات دقيقة من خالل تزويدها بمحلول معين مع مساعدة من المذبذب بالموجات فوق الصوتية التي تمكن ت حولها إلى جزيئات دقيقة من خالل عملية االنحالل الحراري . ،أيضا يمكن تحقيق توزيع حجم موحد ،تقريبا ألن كل واحدة من قطرات السائل هي بمثابة مفاعل ،صغير [ 2-3 ] .
- 10. ٌتقنيةٌاالنحاللٌالحراريٌبالموجاتٌالفوقٌالصوتيةٌتمنحك السيطرةٌالكاملةٌعلىٌأهمٌالمعاييرٌالعمليةٌوهيٌمثل : الصوتية فوق الموجات سعة المحلول حل النانوية الجسيمات تكوين التدفق معدل والركيزة الترسيب حرارة درجة
- 12. شكل - 3 - الصوتية الفوق بالموجات الرذاذ
- 13. تقنية عمل آلية ابمل ابلرتذيذ اريراحل االحنالل وجات الصوتية الفوق إن تقنية الترذيذ بالموجات الفوق الصوتية تقوم بإن تاج جسيمات كروية الحجم مايكروية أو دون المايكروية عالية النقاء و لها القدرة على السيطرة على التراكيب الكيماوية والفيز يائية يجعلها قادرة على إعداد مواد متعددة المكونات أو مركبة ويستخدم الموجات فوق الصوتية مع التردد المنخفض عادة ( 20 كيلو هرتز ) [ 5 ] .
- 18. شكل - 4 - الصوتية الفوق بالموجات بالترذيذ الحراري االنحالل تقنية عمل آلية
- 19. (gas sensor) الغاز االستشعار أجهزة االستشعار هو جهاز تكنولوجي الذي يقوم بكشف واست شعار إشارة داخلة لحالة مادية معينة أو المركبات الكيميائي ة ويحولها إلى إشارة مناسبة لمعالجتها فيما بعد على س بيل المثال ( البصرية , الكهربائية , الميكانيكية ) . ويتكون م ن جزئيين رئيسيين جهاز استكشاف و جهاز تحويل اإلشارة . ويعرف أيضا بأنه أي جهاز يحول إشارة من شكل إلى آخر . أجهزة االستشعار هي في معظمها الكهربائية أو اإللكتر ونية Sensor Input Signal Output Signal شكل - 5 - االستشعار جهاز عمل آلية
- 20. اتراملستشع أنواع (Types of sensors) تنقسم المستشعرات إلى عدة أقسام حسب استشعار الح الة الفيزيائية معينة وهي : - 1 - Temperature Sensor 2 - Accelerometer 3 - Light Sensor 4 - Magnetic Field Sensor 5 - Ultrasonic Sensor 6 - Photogate 7 - Gas Sensor
- 21. Temperature Sensor شكل - 6 - المستشعرات أنواع Accelerometer Light Sensor Magnetic Field Sensor Ultrasonic Sensor Photogate Gas Sensor
- 22. الغاز االستشعار أجهزة (Gas sensor) أجهزة االستشعار الغاز هي فئة فرعية من أجهزة االستشع ار الكيميائية . تكشف أجهزة االستشعار الغاز وجود الغازات في منطقة ما عن طريق قياس تركيز الغاز في المناطق المجاورة لها من خ الل تفاعل جهاز استشعار الغاز مع غاز معين لقياس تركي زه . كل غاز لديها فولتية انهيار خاصة أي إن لديها مجال كهربائ ي متأين . أجهزة االستشعار الغاز تحدد وجود الغازات عن طريق قياس هذه الفولتية . ويمكن تحدد تركيز عن طري ق قياس تيار التفريغ الحاصل في الجهاز . مالحظة / يتم إنتاج بعض أجهزة االستشعار الغاز باستخ دام تكنولوجيا األغشية الرقيقة .
- 23. الغاز استشعار جهاز تطبيقات Applications of Gas Sensor 1 - الكشف عن غازات خاصة 2 - الكشف عن الغازات الضارة 3 - الكشف عن الحرائق 4 - السالمة المنزلية 5 - الرصد البيئي 6 - مراقبة الغليان 7 - عمليات التحكم الصناعية 8 - تطبيقات أخرى ...
- 24. الغاز استشعار أجهزة أنواع (Types of Gas sensors) تنقسم أجهزة استشعار الغاز ٌ وفقا آللية العمل ( أشباه الموصالت ، ،واألكسدة ،التحفيزي األشعة تحت ،الحمراء وما إلى ذلك ) وهي : - 1 - Metal Oxide Based Gas Sensors 2 - Capacitance Based Gas Sensors 3 - Acoustic Wave Based or Ultrasonic Gas Sensors 4 - Calorimetric Gas Sensors 5 - Optical Gas Sensors 6 - Electrochemical Gas Sensors 7 - Infrared Gas Sensors 8 - Semiconductor Gas Sensors 9 - Holographic Gas Sensors
- 25. لألغ والكهرابئية يةروالبص كيبية الرت للخصائص يةرالنظ املعادالت الرقيقة شية Theoretical equations of the structural and optical and electrical properties of thin film االاو : التركيبية الخصائص structural properties 1 - السينية األشعة حيود (XRD) X-Ray Diffraction تستخدم تقنية حيود األشعة السينية لمعرفة طبيعة التركيب الب لوري واألطوار البلورية الرئيسة واالتجاه السائد لألغشية المحضرة عند ظروف مع ينة [ 8 ] وكذلك التعرف على بعض المعلمات التركيبية مثل الحجم الحبيب ي (grain size) [ 9 ] ، وثوابت الشبيكة وغيرها من الخصائص التركيب ية عند تسليط أشعة سينية ذات طول موجي أحادي (Monochromatic X- ray) على سطح الغشاء ستظهر قمم (Peaks) نتيجة النعكاسات براك (Bragg) عن السطوح البلورية المتوازية التي يحصل عندها تدا خل اءّنب (Constructive Interference) لموجات األشعة السينية ،المنعكسة
- 26. ويم ـ كن استعمال قانـون بـراك (Bragg’s law) لحساب المسافة (d) بين المستويات في الشبيكة من العالقة التالية [ 10 ] : - n λ=2d sin θB …………………..(2) n=1, 2, 3….. إذٌإن : (n) : تمثلٌمرتبةٌالحيود . (λ) : ٌالطولٌالموجيٌلألشعةٌالسينيةٌالساقطة . (d) : المسافةٌالبينيةٌبينٌمستويينٌبلوريينٌمتتاليين . (θB) : ٌزاويةٌبراك ( (Bragg’s angle
- 27. 2 - الحبيبي الحجم معدل (G) Average Grain Size ٌيمكنٌحسـاب معـدلٌالحجمٌالحبيبيٌباستخدامٌعالقةٌشرر (Scherer’s Formula) ………………… (3) إذٌإن : β : ٌعرضٌالمنحنى ( ٌبالزاويةٌالنصفٌقطرية radian ) ٌعندٌمنتصفٌالشدة ٌالعظمى (FWHM) نالحظ أن وحدات (G) في المعادلة (3) هي وحدات طول ألن المقصود به هو طول ضلع الحبيبة على اعتبار أن أقرب شكل لها هو المكعب ( لذا يمكن ح ساب حجم هذا المكعب الذي يمثل الحبيبة من العالقة [12-11](V=G3 ) .
- 28. 3 - الشبيكة ثوابت Lattice Constants ٌٌيمكنٌحسـابٌثوابتٌالشبيكةٌللنظامٌالرباعيٌالقائم (a◦=b◦ ,c◦) ٌباستخدام ٌالمعادلةٌاآلتية [11] ………………… (4) ٌإذٌإن : - ( hkl ) : معامالتٌميلر (d) : المسافةٌالبينيةٌبينٌمستويينٌبلوريينٌمتتاليين .
- 29. 4 - االنخالع كثافة البلورات وعدد Dislocation Density and Number of Crystals تمثل كثافة االنخالع عدد خطوط االنخالع التي تقطع وحدة مساحة في البلورة ، وبمعرفة الحجم الحبيبي (G) يمكن حساب كثافة االنخالع ( ) الناتجة عن الحجم الحبيبي من المعادلة اآلتية [12] : - = 1/G2 …..…………… (5) ٌأماٌعددٌالبلورات ( N๐ ) ٌلوحدةٌالمساحةٌفيتمٌحسابهاٌوفقٌالعالقةٌاآلتية [12] : No= t /G3 .......……….… (6) ٌإذٌإن t : سمكٌالغشاءٌالرقيق
- 30. The thickness of thin films 5 - الرقيقة األغشية سمك ٌسمكٌالغشاءٌالرقيقٌيعرفٌبسمككٌالترسيبٌأوٌسمكٌالطالءٌٌالناتجةٌمن ٌترسيبٌمادةٌمعينةٌذوٌتركيبٌمعينٌعلىٌسطحٌمادةٌأخرىٌوتعرفٌرياضيا علىٌإنهاٌالنسبةٌبينٌكتلةٌالمادةٌإلىٌكثافةٌالمادةٌالمرسبةٌلكلٌوحدةٌالمساح ٌة ٌيمكنٌالتعبيرٌعنهاٌٌمنٌخاللٌالعادلةٌالمدرجةٌفيٌأدناه : - ………………… (5) ٌحيثٌإن : - سمكٌالغشاءٌالرقيق . ( d ) ٌكتلةٌالمادةٌالمرسبة . (m) ٌكثافةٌالمادةٌالمرسبة . (ρ( مساحةٌالسطحيةٌللطالء . (A(
- 31. Optical properties ااثاني : - البصرية الخصائص 1 - واالستطارة واالمتصاصية واالنعكاسية النفاذية Transmission, Reflection, Absorption and Scattering عند تفاعل الضوء مع المادة فإنه سيغادر من عدة اتجاهات ، فالضوء أما أن : (a ينفذ (transmitted) خالل األنموذج ، وأما أن (b ينعكس (reflected) من األنموذج ، وأما أن (c يستطير ٌ منتشرا (diffusely scattered ) عند سطح األنموذج أو في داخله ، وأما أن (d يمتص (absorbed) عند سطح األنموذج أو في داخله [ 13 ] . كما موضح في الشكل ( 6 ) الشكل ( 7 ) على ضوء تسليط معينة سقوط زاوية عند أنموذج .
- 32. النفاذية (T) ( Transmission ) ٌهيٌالنسبةٌبينٌشدةٌالضوءٌالنافذ (It) ٌوشدةٌالضوء ا ٌلساقطةٌعلى ٌالنموذج (I๐) [ 13 .] T=It /I๐ ………………….. (6) االنعكاسية (R) Reflectance ويمكن تعريف االنعكاسية على أنها النسبة بين شدة الشعاع الس اقط إلى الشعاع المنعكس عن الحد الفاصل بين وسطين . ويمكن حساب قيمة االنعكاسية من خالل توفر قيمة كل من النفاذية واالمتصاصية ، وب موجب قانون حفظ الطاقة ومن العالقة آالتية [ 14 ] : R+T+A=1 ……….......... (7) ٌوتتمثلٌعالقةٌالنفاذيةٌباالنعكاسيةٌمنٌخاللٌالمعادلةٌاآلتية [ 85 .] T= (1-R) 2 e-αt ………………. (8) α ٌمعاملٌاالمتصاصٌوتحسبٌبالعالقةٌالتالية α = 2.303 ….……........... (9) سمكٌالمادة . t ٌاالمتصاصية و Aٌسمكٌالمادة
- 33. االمتصاصية ( A ) Absorbance ٌوهيٌالنسبةٌبينٌالشدةٌالممتصة (IA) ٌوالشدةٌالساقطةٌعلىٌالنموذج (I๐) [ 13 .] A= IA/ I◦ ……………… (10) ٌتتمثلٌعالقةٌالنفاذيةٌمعٌاالمتصاصية ( A ) ٌبالعالقةٌاآلتية [ 14 .] A=log10 (1/T) ……...……. (11) ٌمعادلة ( 11 ) يمكنٌكتابتهاٌبالصورةٌالتالية : - T=e-2.303A …………...…… (12)
- 34. 2 - االنكسار معامل (n๐) Refractive Index هو النسبة بين سرعة الضوء في الفضاء الحر (c) إلى سرعته في الوسط (v) ، وهو الجزء الحقيقي من معامل االنكسار المعقد ( ) [15] . n๐ =c/v ……........…. (13) ويعتمد معامل االنكسار على عوامل عدة منها نوع المادة والتركيب الب لوري لها ، إذ يتغير معامل االنكسار (n◦) ٌ تبعا لتغير الحجم الحبيبي (G) وإن كان التركيب البلوري نفسه للمادة [ 9 ] . ويوصف معامل االنكسار المعقد ( ( لألغشية من خالل العالقة اآلتية [ 16 ] : =n๐+ ik๐ ………..….… (14) إذ إن n๐ : الجزء الحقيقي ( معامل االنكسار ) و k๐ : الجزء الخيالي ( معامل الخمود ) لمعامل االنكسار المعقد . ويحدد معامل االنكسار n๐) ) لألغشية من العالقة اآلتية ….… (15) ..... n๐ =
- 35. ااثالث : - الكهربائية الخصائص electrical properties الكهربائي التوصيل Electrical conductivity: الموصلية الكهربائية لألغشية الرقيقة هي معيار مهم للغاية بالنس بة لمعظم التطبيقات . ويمكن تقييمها من قياسات ( I-V ) وتحسب من الكثافة التيار ( J ) كما هو الحال في العالقة J = σ × E ………....…. ( 16 ) ٌٌٌٌٌٌٌٌٌٌٌٌٌحيثٌإن (J = I / A) and (E = V /ℓ ) : - ٌالتوصيليةٌالكهربائية σ : ٌمساحةٌالمقطعٌالعرضي A : ٌالتيارٌالكهربائي I : ٌجهدٌاالنحياز V ℓ : ٌهيٌالمسافةٌتباعدٌالقطب ( طولٌموصل )
- 36. تعتمدٌالخواصٌالكهربائيةٌبقوةٌعلىٌشروطٌٌتقنيةٌالتحضيرٌوالت ٌرسيب . ٌفي ،نطاقٌدرجةٌحرارةٌعالية ان ٌٌتوصيليةٌالحراريةٌتعودٌإلىٌاالنبعاث الحراريةٌكماٌفيٌالعالقةٌالتالية ……………..…...... ( 17) : توصيليةٌعندٌصفرٌدرجةٌسيليزية σo : ٌثابت بولتزمان KB : ٌطاقةٌالتنشيط Ea T K E B a o exp
- 37. References املصادر [1]. L. B. Freund,2003,” Thin Film Materials”. [2]. G.L. Messing et al. ,” Thin Film of Materials”.(1993) [3]. L. Bayvel and Z. Orzechowski, “Liquid Atomization”, 1993 [4]. W.S. Moon et al., (1999) ,”physical of Thin Film” . [5]. T. T. Kodas and M. Hampden-Smith, 1999, “Aerosol Processing of Materials”. [6]. R. W. Wood and A. L. Loomis, 1927,” Phil. Mag.”. [7]. R. J. Lang, 1962,” Acoustical Soc”. [8].M.A. Kaid and A. Ashour, (2007), “Preparation of ZnO-doped Al films by spray pyrolysis technique”.
- 38. [9]. A. Al-Ahmadi, (2003), “Fabrication and characterization of ZnO Film by Spray Pyrolysis and ZnO Polycrystalline Sintered Pellets Doped with Rear Earth Ions”. [10] . ٌمؤيدٌجبرائيلٌيوسف , 1987 , " ٌفيزياءٌالحالة ٌٌالصلبة " ، ج،ٌمطبعةٌجامعةٌبغداد 1 [11]. E.Sirotin and M. Shaskolskaya, (1982),”Fundamental of Crystal Physics”. [12]. H.S.Bahidh , (2009) , " Optical and Structural Properties of( ZnO_ SnO2) and their Mixture Prepared by Chemical Spray Pyrolysis “, [13]. O. Stenz-el, (2005),“The Physics of Thin Film Optical Spectra. [14]. Hua, H. Rui-Au, W. Gui-Qing (2002), W. C. Xuebao, Vol. د . صبحيٌسعيدٌالراوي وٌآخرون , ( 1990 ) , " الحالة فيزياء الصلبة ” [15]
- 39. [16]. S.Ilican, et al., (2008), “Polycrystalline indium- doped ZnO thin films: preparation and characterization”.