بررسی و ساخت نانوسیم¬هاو امکان¬سنجی تولید میکرومقاومت وکوچک¬تر از آن برپایه¬ی قالب آلومینای آندیک متخلخل و روش انباشت الکتروشیمیایی

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

فصل اول:مقدمه

1-1- مقدمه­ای بر نانوتکنولوژی………………………………………………………………………………………………. 2

1-2- روش­های ساخت آرایه­ای از نانوسیم­ها………………………………………………………………………… 3

1-3- ساخت قالب­های حفره­دار……………………………………………………………………………………………… 3

1-4- پرکردن حفره­ها به روش الکتروانباشت شیمیایی……………………………………………………….. 4

1-5- هدف از این پایان­نامه…………………………………………………………………………………………………….. 4

 

فصل دوم: نانوفناوری

2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………… 7

2-2- دسته­بندی نانوساختارها………………………………………………………………………………………………… 8

2-2-1- فراورده­های نانوی یک بعدی………………………………………………………………………………. 8

2-2-2- فراورده­های نانوی دو بعدی………………………………………………………………………………… 9

2-2-3- فراورده­های نانوی سه بعدی………………………………………………………………………………. 9

2-3- تجهیزات شناسایی نانومواد……………………………………………………………………………………………. 9

2-3-1- میکروسکوپ الکترونی عبوری(TEM)……………………………………………………………….. 10

2-3-2- میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM)……………………………………………………………….. 12

2-3-2-1- بزرگ­نمایی………………………………………………………………………………………………… 12

2-3-2-2- آماده­سازی نمونه………………………………………………………………………………………. 12

2-3-3- ميكروسكوپ روبشي تونل زني(STM)……………………………………………………………….. 13

2-3-4- تولید و خواص اشعه­ی ایکس……………………………………………………………………………. 15

2-4- نانوسیم­ها……………………………………………………………………………………………………………………….. 17

2-4-1- انواع نانوسیم­ها……………………………………………………………………………………………………. 17

2-4-2- کاربرد نانوسیم­ها…………………………………………………………………………………………………. 18

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

2-4-2-1- کاربردهای اپتیکی…………………………………………………………………………………….. 18

2-4-2-2- کاربردهای الکترونیکی……………………………………………………………………………… 19

2-4-2-3- کاربرد الکتروشیمیایی………………………………………………………………………………. 19

2-4-2-4- کاربردهای مغناطیسی……………………………………………………………………………… 19

2-4-2-5- کابردهای حسگری……………………………………………………………………………………. 20

فصل سوم:خواص الکتریکی مواد کپه­ای و محدود شده

3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………… 22

3-2- ساختار فضایی جامدات و شبکه­های بلوری…………………………………………………………………. 22

3-3- مواد نیمه­هادی………………………………………………………………………………………………………………. 23

3-3-1- الگوی نوار انرژی نیمه­هادی­ها……………………………………………………………………………. 23

3-4- برخی از خواص و تعاریف در حوزه­ی رسانش مواد بالک…………………………………………… 24

3-4-1- خلوص………………………………………………………………………………………………………………….. 24

3-4-2- حامل­ها………………………………………………………………………………………………………………… 24

3-4-3- جرم موثر……………………………………………………………………………………………………………… 25

3-4-4- مسافت آزاد میانگین…………………………………………………………………………………………… 25

3-4-5- سطح فرمی و پارامترهای مرتبط با آن……………………………………………………………… 26

3-4-6- چگالی حالات سیستم………………………………………………………………………………………… 27

3-4-7- مقاومت الکتریکی………………………………………………………………………………………………… 28

3-4-7-1- علت مقاومت……………………………………………………………………………………………… 29

3-4-7-1-1- در فلزات…………………………………………………………………………………………. 29

3-4-7-1-2- در نیمه­هادی­ها و عایق­ها……………………………………………………………… 29

3-4-7-1-3- در مایعات یونی/الکترولیت­ها…………………………………………………………. 30

3-5- برخی از خواص و تعاریف در حوزه­ی رسانش در مواد با مقیاس ریز………………………… 30

3-5-1- چگالی حالات سیستم­های نانومقیاس………………………………………………………………. 30

3-5-2- مقاومت در مقیاس­های ریز…………………………………………………………………………………. 31

3-5-3- رسانش در سیم­های ریز…………………………………………………………………………………….. 32

3-5-3-1- رسانش در نانوسیم­ها در ناحیه­ی با اثرات کوانتمی………………………………. 32

3-5-3-2- پیشینه­ی محاسبه­ی رسانندگی در ابعاد ریز نزدیک به

مسافت آزاد میانگین……………………………………………………………………………………………………… 33

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

3-5-3-3- رسانش در نانوسیم­های بس­بلور با ابعاد نزدیک

 به مسافت آزاد میانگین……………………………………………………………………………………………….. 34

3-5-3-4- اندازه­گیری تجربی مقاومت ویژه­ی نانوسیم طلا…………………………………….. 36

3-5-3-5- محاسبات نظری مقاومت ویژه­ی نانوسیم­ها…………………………………………….. 37

3-5-3-6- محاسبات تئوری مقاومت ویژه­ی نانوسیم طلا……………………………………….. 39

3-5-4- نانوسیم­های نیمه­هادی……………………………………………………………………………………….. 41

3-5-4-1- نانوسیم ZnO……………………………………………………………………………………………. 42

فصل چهارم: نانوحفره و کاربردهای آن

 4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………. 44

4-2- آندایز آلومینیوم……………………………………………………………………………………………………………… 45

4-3- انواع فیلم اکسیدی آندیک……………………………………………………………………………………………. 45

4-4- ساختار کلی آلومینای آندیک متخلخل………………………………………………………………………… 46

4-5-سینتیک ساخت آلومینای آندیک متخلخل خود نظم یافته……………………………………….. 47

4-5-1- آندایز در رژیم­های جریان ثابت و پتانسیل ثابت………………………………………………. 47

4-5-2- نرخ رشد و انحلال فیلم اکسیدی………………………………………………………………………. 49

4-5-3- آندایز به روش سخت و نرم……………………………………………………………………………….. 50

4-5-4- آندایز پالسی آلومینیوم……………………………………………………………………………………….. 52

4-6- مکانیسم رشد فیلم متخلخل در حضور میدان……………………………………………………………. 54

4-7- رشد حالت پایدار آلومینای متخلخل……………………………………………………………………………. 56

4-8- قطر حفره……………………………………………………………………………………………………………………….. 57

4-9- فاصله­ی بین حفره­ای…………………………………………………………………………………………………….. 58

4-10- ضخامت دیواره…………………………………………………………………………………………………………….. 59

4-11- ضخامت لایه­ی سدی………………………………………………………………………………………………….. 60

4-12- تخلخل…………………………………………………………………………………………………………………………. 60

4-13- چگالی حفره………………………………………………………………………………………………………………… 61

4-14- رشد خود شکل­یافته و رشد با الگو هدایت شده ی آلومینای متخلخل با

نظم بالا …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 62

4-15- آندایز دو طرفه…………………………………………………………………………………………………………….. 65

4-16- بهم زدن محلول حین آندایز……………………………………………………………………………………… 66

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

4-17- مراحل پیش آندایز……………………………………………………………………………………………………… 66

4-17-1- چربی­زدایی نمونه…………………………………………………………………………………………….. 66

4-17-2- آنیل کردن نمونه……………………………………………………………………………………………… 67

4-17-3- پالیش کردن نمونه…………………………………………………………………………………………… 67

4-18- مقاومت لایه­ی سدی…………………………………………………………………………………………………… 68

4-19- مراحل پس از آندایز…………………………………………………………………………………………………… 68

4-19-1- حل کردن آلومینیوم پشت نمونه……………………………………………………………………. 68

4-19-2- برداشتن لایه­ی سدی………………………………………………………………………………………. 69

4-19-3- نازک­سازی لایه­ی سدی…………………………………………………………………………………… 70

4-20- ساخت نانوساختارها به­کمک قالب AAO………………………………………………………………… 70

4-20-1- نانونقاط، نانوسیم­ها و نانولوله­های اکسید فلز……………………………………………………….. 72

فصل پنجم: روش­های تولید نانوساختارها

5-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………… 74

5-2- فرایند لیتوگرافی و محدودیت­ها…………………………………………………………………………………… 74

5-3- روش­های غیرلیتوگرافی………………………………………………………………………………………………… 75

5-3-1- انباشت بخار فیزیکی(PVD)………………………………………………………………………………. 76

5-3-1- 1- کند و پاش………………………………………………………………………………………………. 76

5-3-1-2- تبخیر پرتوی الکترونی……………………………………………………………………………… 76

5-3-2- انباشت بخار شیمیایی(CVD)…………………………………………………………………………… 77

5-3-3- انباشت سل-ژل…………………………………………………………………………………………………… 77

5-3-4- انباشت الکتروفورتیک (EPD)……………………………………………………………………………. 77

5-3-5- انباشت الکتروشیمیایی……………………………………………………………………………………….. 78

5-3-6- انباشت لیزر پالسی (PLD)………………………………………………………………………………… 78

5-4- روش­های ساخت آرایه­ای از نانوسیم­ها………………………………………………………………………… 79

5-4-1- اصول کلی انباشت الکتروشیمیایی……………………………………………………………………. 79

5-4-2- روش­های مختلف الکتروانباشت…………………………………………………………………………. 80

5-4-2-1- آندایز با ولتاژ مستقیم……………………………………………………………………………… 81

5-4-2-2- انباشت با ولتاژ تناوبی………………………………………………………………………………. 81

5-4-2-3- انباشت با ولتاژ پالسی………………………………………………………………………………. 83

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

5-4-3- شرایط تاثیر گزار بر الکتروانباشت……………………………………………………………………… 84

5-4-4- الکتروانباشت آرایه­های نانوسیم چندلایه………………………………………………………….. 85

5-4-5- الکتروانباشت نانوسیم­های نیمه­هادی­………………………………………………………………… 86

فصل ششم: روش کار

6-1- تهیه­ی نمونه­ها بعنوان قالب ………………………………………………………………………………………… 88

6-1-1- مراحل پیش آندایز……………………………………………………………………………………………… 88

6-1-1-1- انتخاب نمونه­ی اولیه………………………………………………………………………………… 88

6-1-1-2- تمیز کردن نمونه……………………………………………………………………………………… 89

6-1-1-3- بازپخت نمونه……………………………………………………………………………………………. 89

6-1-1-4- پالیش کردن نمونه­…………………………………………………………………………………… 89

6-1-2- آندایز نمونه………………………………………………………………………………………………………….. 92

6-1-2-1- سوار کردن نمونه……………………………………………………………………………………… 93

6-1-2-2- خنک کردن نمونه……………………………………………………………………………………. 93

6-1-2-3- آندایز در V130………………………………………………………………………………………. 94

6-1-2-4- آندایز در v86………………………………………………………………………………………….. 95

6-1-2-5- حل کردن آلومینا……………………………………………………………………………………… 95

6-1-2-6- آندایز در 104 و v8/68………………………………………………………………………… 96

6-1-3- مراحل پس از آندایز…………………………………………………………………………………………… 96

6-1-3-1- نازک­سازی نمونه………………………………………………………………………………………………….. 99

6-1-3-2- گشاد کردن حفره­ها………………………………………………………………………………….. 99

6-1-3-3- حل کردن لایه­ی آلومینیوم…………………………………………………………………….. 100

6-1-3-4- باز کردن ته حفره­ها…………………………………………………………………………………. 100

6-2- انباشت در قالب……………………………………………………………………………………………………………… 100

6-2-1- الکتروانباشت به روش مستقیم………………………………………………………………………….. 100

6-2-1-1- آماده­سازی نمونه جهت انباشت مستقیم……………………………………………….. 100

6-2-1-2- روش کار……………………………………………………………………………………………………. 102

6-2-2- الکتروانباشت به روش تناوبی…………………………………………………………………………….. 102

6-2-2-1- آماده­سازی نمونه جهت انباشت تناوبی…………………………………………………… 103

6-2-2-2- روش کار……………………………………………………………………………………………………. 103

عنوان                                                                                                                      صفحه

 

6-2-2-2-1- الکتروانباشت نانوسیم­های Sn………………………………………………………. 104

6-2-2-2-2- الکتروانباشت نانوسیم­های Zn………………………………………………………. 106

6-2-2-2-3- الکتروانباشت نانوسیم­های نقره…………………………………………………….. 109

6-2-2-2-4- الکتروانباشت نانوسیم­های Ag/Zn ……………………………………………… 111

6-2-3- الکتروانباشت به روش پالسی……………………………………………………………………………… 113

6-2-3-1- آماده­سازی نمونه جهت انباشت پالسی…………………………………………………… 113

6-2-3-2- روش کار…………………………………………………………………………………………………… 113

6-2-3-2-1- الکتروانباشت پالسی نانوسیم­های Zn…………………………………………… 113

6-3- آماده­سازی نمونه­ها جهت تهیه­ی تصویر SEM ……………………………………………………. 116

6-4- آماده­سازی نمونه­ها جهت تهیه­ی تصویر XRD…………………………………………………….. 117

6-5- اکسید کردن نمونه­ها……………………………………………………………………………………………….. 118

6-6- مقاومت­سنجی نمونه­ها…………………………………………………………………………………………….. 120

6-6-1- مقاومت­سنجی بدون انحلال لایه­ی سدی…………………………………………………………. 120

6-6-2- مقاومت­سنجی با انحلال لایه­ی سدی از روی کار…………………………………………….. 120

6-6-3- مقاومت­سنجی با انحلال لایه­ی سدی از پشت کار…………………………………………… 121

6-7- تخمین مقدار مقاومت تقریبی تک نانوسیم Zn………………………………………………………….. 125

فصل هفتم: بحث و نتیجه گیری

بحث و نتیجه­گیری……………………………………………………………………………………………………………………. 128

فهرست منابع و مأخذ