۲-۱۰ نیمه هادی
پودری است که کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف از پزشکی تا الکترونیک دارد و به صورت یک ترکیب معدنی سفید مایل به آبی ( تقریباً نقره ای ) غیر قابل حل در آب است.
پودر یک نیمه هادی اکسید روی با داشتن گاف انرژی بسیار بالا با خاصیت لومینسانس در دمای اتاق و همچنین انرژی برانگیختگی ۶۰ میلی الکترون ولتی از مهمترین و پرکاربردترین نیمه هادی ها به حساب می آید.
ساختار های متفاوتی دارد ولی ساختار ورتزیت آن که از بقیه پایدار تر است شامل ساختار بلوری پایدار شش وجهی که در آن سختار دارای ابعاد شبکه ای و نانوتر است.
اتم های اکسیژن در مکان های شش وجهی و اتم های روی در موقعیت های چهار وجهی شامل این ساختار می باشد.
در این نیمه هادی لایه های نازک که در طول محور رشد داده شده به علت ثابت پیزو الکتریک بزرگ آن می توانند مانند یک موج آکوستیک سطحی عمل کنند. کاربرد گسترده آنها به علت مقاومت خوب این لایه در برابر پلاسمای هیدروژن در ساختار سلول های خورشیدی است. بنابراین می توان از آنها در حسگر های گازی و ها استفاده کرد[۳۱-۳۳] .

این نیمه هادی ها ذاتاً از گاف انرژی بالایی برخوردار هستند. در حالی که با جا نشانی مواد مختلف در ساختار آن ها می توان گاف انرژیشان را افزایش داد و تا حدود ۴ الکترون ولت رساند. این دلیل باعث کاربرد بیشتر آن می گردد.
در این نیمه هادی، قابلیت حرکت الکترون در شرایط مختلف دمایی متفاوت است.
در دمای ۸۰ درجه کلوین حداکثر آن است.
این زمانی است که قابلیت حرکت حفره ها مقادیر ما بین را انتخاب می کند. شکل (۲-۶) ساختار فضایی دارای ثابت های شبکه را نشان می دهد. . شکل(۲-۷) ساختار شش ضلعی را نشان می دهد[۳۴-۳۵] .
شکل (۲-۶) ساختار فضایی ZnO دارای ثابت های شبکه a , c
شکل (۲-۷) ساختار شش ضلعی ZnO
با گاف انرژی بالا در دمای اتاق باعث استفاده آن در صنایع الکترونیکی و اپتوالکترونیکی شده است.
همچنین به علت مقاومت بالای در برابر اشعه و شرایط شیمیایی خاص در ماموریت های فضایی مورد استفاده قرار می گیرد.
در ضمن به صورت جا نشانی اکسید روی با آلمینیوم به ترکیب ارزان و بی خطری برای کاربرد در صفحات نمایش بلور مایع تبدیل می شود. که از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه است[۳۵-۳۷] .
برای تولید لایه های نازک روش های مختلفی از قبیل روش کندو پاش، لایه نشانی شیمیایی، لایه نشانی به روش بخار لیزری، اسپری و سل ژل وجود دارد. که روش سل ژل از نظر اقتصاد از همه روش های دیگر مقرون به صرفه تر است.
جدول ۲-۱ مشخصات نیمه هادی
فصل ۳
انواع روش های اندازه گیری ناهمواری های سطح لایه های نازک
مقدمه
همان طور که می دانید روش های زیادی برای مطالعه لایه های نازک و تعیین مشخصات آنها وجود دارد که می توانیم آنها را به انواع روش های میکروسکوپی، روش هایی براساس پراش و روش های طیف سنجی تقسیم بندی کنیم. با بهره گرفتن از روش های میکروسکوپی تصاویری با بزرگنمایی بسیار بالا از ماده بدست می آید. پراش یکی از خصوصیات تابش الکترومغناطیسی می باشد که باعث می شود. تابش الکترومغناطیسی در حین عبور از یک روزنه و یا لبه منحرف شود و استفاده از جذب نشرو یا پراش امواج الکترومغناطیسی توسط اتم ها و یا مولکل ها را طیف سنجی می گویند. در این فصل ما به بررسی و توصیف نحوه عملکرد دستگاه ها و روش های canfocal microscopy، AFM، SEM، TEM و ellipsometry می پردازیم که نمونه هایی از روش های ذکر شده می باشند.
۳-۱ میکروسکوپ هم کانونی^۱
توپوگرافی علم اندازه گیری سطح برای اولین بار در اوایل سال ۱۹۳۰ زمانی که ابزار توسعه یافته بودند آغاز شد. تهیه اولین ابزار اندازه گیری یک نمونه گرافیکی که اطلاعات اوج قله ها و دره ها را به آسانی اندازه می گرفت و به خارج ارائه می کرد. که به سرعت به وسیله اولین ابزارهای آنالوگ در کشورهای بریتانیا و آلمان توسعه یافت که پروفایل میانگین پارامترهای ناهمواری سطح فعال محاسبه می شود. چند سال بعد ظهور کامپیوترهای دیجیتال در موضوع تجزیه تحلیل سطح افزایش قابل توجهی داشت، و برای اولین بار، تکنیک های دیجیتال در علم به کار گرفته شد، که توسعه توصیف طیف وسیعی از پارامترهای ناهمواری سطح را قادر می سازد.
در سال ۱۹۵۳ میکروسکوپ هم کانونی توسط ماروین مینسکی^۲ کامل شد اما هنوز سی سال دیگر زمان لازم بود تا لیزر بتواند به عنوان یک منبع نور نقطه ای برای میکروسکوپ هم کانونی و به عنوان روشی استاندارد در اواخر دهه ۱۹۸۰ مورد استفاده قرار بگیرد.
میکروسکوپ هم کانونی ابزاری مفید برای بازسازی سه بعدی و بدست آوردن تصاویر سه بعدی با کیفیت بالا و تعیین خواص فیزیکی و اپتیکی در محدوده وسیعی از مواد لایه نازک است. این تکنیک بدون آن که تماسی با نمونه داشته باشد و یا ایجاد تخریب کند در تعیین مشخصات اپتیکی مواد، خصوصاً در فن آوری لایه نازک با دقت بسیار بالا به کار می آید. علاوه بر آن در فناوری ساخت نیمه هادی ها، مواد و لایه های بیولوژیکی و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. در بحث لایه نازک این تکنیک برای اندازه گیری زبری ( ناهمواری ) سطح، خواص اپتیکی لایه های نازک مانند ضریب شکست، ضریب جذب و توابع دی الکتریک استفاده می شود.
۳-۱-۱ اساس کار میکروسکوپ هم کانونی
یک سیستم اندازه گیری سه بعدی اپتیکی از مرکز نانو است که پایه تکنولوژی هم کانونی است که قدرت تجزیه و طیف سنجی موج را دارد. زمینه اجرایی آن در تعیین زبری ( ناهمواری ) سطح و تجزیه ساختار سه بعدی و شکل هندسی آن در ابعاد کوچک نانو متری است.

1. 1. Canfocal microscopy

1. 1. Marvin menescky

میکروسکوپ های هم کانونی می توانند نمونه ها را دقیق و بدون برخورد توصیف کنند که این یک اصل مهم برای سطح های حساس می باشد، همچنین سطح اطلاعات نیز می تواند برای نمایش دادن و تجزیه موج های گوناگون باشد.
بررسی اطلاعات انداز گیری با میکروسکوپ هم کانونی آسان است. شیء در جهت عمودی محور Z ها با جلو برنده پیزو حرکت می کند. در هر لحظه اندازه گیری سطح کامل است و نمونه در طول اندازه گیری حرکت نمی کند. سایر زمینه های اندازه گیری بستگی به استفاده اپتیکی آن دارد.
شکل (۳-۱) نمای شماتیک میکروسکوپ هم کانونی
میکروسکوپ هم کانونی همان گونه که در شکل مشاهده می شود شامل یک منبع نور LED، یک دیسک چند روزنه ای دوار، یک عدسی شیء با جلوبرنده پیزو، نمونه و دوربین CCD است.
منبع نور LED روی مرکز دیسک چند روزنه ای است که به آن MPD می گوییم و عدسی شیء روی سطح نمونه است که نور را از سطح بازتاب می کند، نور بازتاب شده از سطح کاهش پیدا کرده و توسط روزنه MPD که در مرکز قرار دارد به دوربین CCD می رسد. MPD دوار برای این که بتواند یکپارچه نگاه کند از سطح کامل نمونه عکس می گیرد.
شکل (۳-۲) اساس عملکرد میکروسکوپ هم کانونی
ما می توانیم توسط دستگاه کامپیوتری اندازه گیری را شروع و کنترل کنیم، سیستم کامپیوتری به سیستم اندازه گیری وصل است و مانند سایر دستگاه های کامپیوتری دیگر شامل برنامه هایی است، بعد از تنظیم سیستم اندازه گیری بر روی نمونه توسط فضای جهت یابی می توانیم به وسیله سیستم کامپیوتری طیف سنجی را شروع کنیم. همچنین ما می توانیم به وسیله این سیستم کامپیوتری متصل به سیستم انداز گیری شکل و عکس زنده نمونه را به روشنی کنترل کنیم، عدسی سیستم انداز گیری را بر حسب نیاز تنظیم کنیم، روش اندازه گیری را نمایش دهیم، پارامترهای اندازه گیری را مشاهده کنیم، می توانیم دستگاه اندازه گیری را تنظیم کرده و منبع نور را کنترل و روشنایی را تطبیق دهیم.
سیستم کامپیوتری دستگاه شامل برنامه هایی است که به وسیله آنها می توانیم ناهمواری نمونه اندازه گیری شده را محاسبه کنیم. روش کار به این صورت است که ابتدا روی شکل نمونه در سیستم کامپیوتری که توسط سیستم اندازه گیری و ذخیره شده ما می توانیم قسمت هایی را که ارتفاعات کمتری دارند را انتخاب کرده و قسمت های دیگر شکل نمونه را بر حسب این ارتفاعات کمتر بسنجیم. دستگاه این اختیار را به ما می دهد که کل شکل نمونه را از نظر ناهمواری بررسی کنیم یا فقط قسمت هایی از آن را انتخاب کرده و بررسی کنیم. در اینجا روشی استاندارد برای محاسبه داده های ارتفاعات کمتر را معرفی می کنیم :
برای یک سطح داده شده خطی z(x,y)، حداقل مربعات متوسط برنامه ممکن است به وسیله رابطه زیر تعریف شود :
(۳– ۱) F(x,y) = a + bx + cy
که در آن ضرایب a و b و c از حل داده های توپوگرافی داده می شود.
مجموع مربعات داده های این برنامه به وسیله رابطه زیر داده می شود :
(۳–۱)
ضرایب حداقل مربعات متوسط برنامه به وسیله معادله (۳-۲) تعیین می شود. با متمایز کردن معادله (۳-۲) و مساوی صفر قرار دادن به ترتیب ضرایب معادلات زیر را بدست می آوریم :
(۳ – ۳)
با مرتب کردن دوباره معادله (۳-۳) معادلات خطی ضرایب زیر را می توان بدست آورد :
(۳-۴)
این معادلات، معادلات مشکل نرمال نامیده می شوند. با کل این مجموعه از معادلات خطی، ضرایب حداقل مربعات متوسط برنامه یافت می شود.
(۳-۵)
وقتی که