پژوهشگران دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات، به منظور ایجاد فیلم‌های نانوساختار از روشی استفاده کرده‌اند که در زمان اندک و در دمای محیط قادر به تولید این فیلم‌هاست. در این تحقیقات اثر ضخامت بر خواص الکترونیکی و نوری این فیلم‌ها مورد بررسی قرار گرفته
دانشگاه آزاد اسلامی: ساخت آزمایشگاهی نانوفیلم اکسید روی به کمک دستگاه پلاسمای کانونی
در دهه‌های گذشته نانو ساختارها و لایه‌های نازک اکسید روی به دلیل ویژگی‌های مناسب توجه زیادی رابه خود معطوف کرده‌اند. اکسید روی یک گزینه‌ی مطلوب برای دستگاه‌های نوری با طول موج کوتاه است. همچنین ساختارهای مبتنی بر اکسید روی در حوزه‌های مختلف همانند آشکارسازهای UV، حسگرها، فیلترها و سلول‌های خورشیدی نیز به کار می‌روند.
انواع زیادی از روش‌ها برای ساخت فیلم‌های نازک اکسید روی استفاده شده است. از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به رسوب لیزر پالسی، رسوب لیزر اتمی، رسوب بخار شیمیایی و سل – ژل اشاره کرد. این پژوهش‌ها به منظور بررسی اثر روش ساخت و عوامل دخیل در آن بر خواص ساختاری، ظاهری، نوری و الکتریکی فیلم‌های نازک اکسیدروی انجام شده است. در این تحقیق، تلاش شده تا تولید فیلم نازک اکسید روی در دمای محیط، با استفاده از دستگاه پلاسمای کانونی (Plasma Focus) مورد ارزیابی قرار گیرد.
به گفته‌ی محمدتقی حسین نژاد، استفاده از دستگاه پلاسمای کانونی(PF) به منظور رشد لایه‌های نازک روشی است که به تازگی مورد توجه محققین قرار گرفته است. این روش بر اساس کندوپاش نانوذرات روی (Zn) و برهمکنش‌های شیمیایی آن‌ها با یون‌های اکسیژن حاصل از فروپاشی پلاسمای داغ اکسیژن است که در دستگاه پلاسمای کانونی تولید می‌شود.
وی در ادامه در خصوص مزایای این روش افزود: «یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد رشد لایه‌های نازک با استفاده از دستگاه پلاسمای کانونی، عدم نیاز به گرم کننده به منظور گرم نمودن زیرلایه است. ضمناً رشد لایه با ضخامت دلخواه و چسبندگی قابل توجه در زمان اندک، از دیگر مزایای این روش محسوب می‌شود. در بسیاری از روش‌های دیگر لایه نشانی، این امر جزو مشکلات فرایند رشد لایه محسوب می‌شود.»
در این تحقیق لایه‌های اکسید روی با ضخامت‌های مختلف رشد داده شده‌اند و اثر تغییرات ضخامت بر خواص ساختاری، ظاهری، نوری و الکتریکی این لایه‌ها بررسی گردیده است. خواص ذکر شده به کمک روش‌های XRD، SEM و AFM مورد ارزیابی قرار گرفته است. لازم به ذکر است که یکی از مهم‌ترین اهداف مجریان این طرح، امکان سنجی رشد لایه‌های اکسید روی با استفاده از این روش بوده است.
به گفته‌ی حسین نژاد، نتایج نشان داده که با استفاده از این روش می‌توان لایه‌های نازک اکسید روی را با ضخامت دلخواه بر روی سطح رشد داد. بررسی‌های ساختاری و ظاهری نمونه‌ها نیز نشانگر کیفیت مطلوب آن‌ها بود. چسبندگی بسیار بالای لایه‌ها به علت انرژی بسیار بالای یون‌ها در حین فرایند لایه نشانی رخ داده است. همچنین با تغییر در تعداد شات‌ها، خواص لایه‌ها متفاوت می‌شود. این در حالی است که آزمون‌های مرتبط با خواص نوری و الکتریکی لایه نشان می‌دهد که با افزایش تعداد شات‌ها، رسانندگی الکتریکی و پهنای انرژی دستخوش تغییرات چشمگیری می‌شوند.
حسین نژاد معتقد است، ازآنجا که در این روش ذرات یونی و اتمی با انژی بسیار بالایی با سطح زیرلایه برخورد می‌کنند، می‌توان از آن برای برخی محصولات میکروالکترونیک که نیازمند کاشت یون با انرژی و عمق نفوذ بالایی هستند استفاده کرد. همچنین این روش به دلیل کندوپاش با حجم زیاد و زمان بسیار اندک می‌تواند به منظور رشد لایه‌های ضخیم نیز به کار رود.
این تحقیقات حاصل همکاری محمدتقی حسین نژاد، دانشجوی دکترای فیزیک پلاسما، مرضیه شیرازی، دانشجوی دکترای مهندسی فناوری نانو، پروفسور محمود قرآن نویس، دکتر محمدرضا حنطه زاده و دکتر الهام دارابی، اعضای هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران، است. نتایج این کار در مجله‌ی Ceramics International (جلد ۴۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱۵۰۲۴ تا ۱۵۰۳۳) به چاپ رسیده است.
انواع زیادی از روش‌ها برای ساخت فیلم‌های نازک اکسید روی استفاده شده است. از جمله‌ی آن‌ها می‌توان به رسوب لیزر پالسی، رسوب لیزر اتمی، رسوب بخار شیمیایی و سل – ژل اشاره کرد. این پژوهش‌ها به منظور بررسی اثر روش ساخت و عوامل دخیل در آن بر خواص ساختاری، ظاهری، نوری و الکتریکی فیلم‌های نازک اکسیدروی انجام شده است. در این تحقیق، تلاش شده تا تولید فیلم نازک اکسید روی در دمای محیط، با استفاده از دستگاه پلاسمای کانونی (Plasma Focus) مورد ارزیابی قرار گیرد.
به گفته‌ی محمدتقی حسین نژاد، استفاده از دستگاه پلاسمای کانونی(PF) به منظور رشد لایه‌های نازک روشی است که به تازگی مورد توجه محققین قرار گرفته است. این روش بر اساس کندوپاش نانوذرات روی (Zn) و برهمکنش‌های شیمیایی آن‌ها با یون‌های اکسیژن حاصل از فروپاشی پلاسمای داغ اکسیژن است که در دستگاه پلاسمای کانونی تولید می‌شود.
وی در ادامه در خصوص مزایای این روش افزود: «یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد رشد لایه‌های نازک با استفاده از دستگاه پلاسمای کانونی، عدم نیاز به گرم کننده به منظور گرم نمودن زیرلایه است. ضمناً رشد لایه با ضخامت دلخواه و چسبندگی قابل توجه در زمان اندک، از دیگر مزایای این روش محسوب می‌شود. در بسیاری از روش‌های دیگر لایه نشانی، این امر جزو مشکلات فرایند رشد لایه محسوب می‌شود.»
در این تحقیق لایه‌های اکسید روی با ضخامت‌های مختلف رشد داده شده‌اند و اثر تغییرات ضخامت بر خواص ساختاری، ظاهری، نوری و الکتریکی این لایه‌ها بررسی گردیده است. خواص ذکر شده به کمک روش‌های XRD، SEM و AFM مورد ارزیابی قرار گرفته است. لازم به ذکر است که یکی از مهم‌ترین اهداف مجریان این طرح، امکان سنجی رشد لایه‌های اکسید روی با استفاده از این روش بوده است.
به گفته‌ی حسین نژاد، نتایج نشان داده که با استفاده از این روش می‌توان لایه‌های نازک اکسید روی را با ضخامت دلخواه بر روی سطح رشد داد. بررسی‌های ساختاری و ظاهری نمونه‌ها نیز نشانگر کیفیت مطلوب آن‌ها بود. چسبندگی بسیار بالای لایه‌ها به علت انرژی بسیار بالای یون‌ها در حین فرایند لایه نشانی رخ داده است. همچنین با تغییر در تعداد شات‌ها، خواص لایه‌ها متفاوت می‌شود. این در حالی است که آزمون‌های مرتبط با خواص نوری و الکتریکی لایه نشان می‌دهد که با افزایش تعداد شات‌ها، رسانندگی الکتریکی و پهنای انرژی دستخوش تغییرات چشمگیری می‌شوند.
حسین نژاد معتقد است، ازآنجا که در این روش ذرات یونی و اتمی با انژی بسیار بالایی با سطح زیرلایه برخورد می‌کنند، می‌توان از آن برای برخی محصولات میکروالکترونیک که نیازمند کاشت یون با انرژی و عمق نفوذ بالایی هستند استفاده کرد. همچنین این روش به دلیل کندوپاش با حجم زیاد و زمان بسیار اندک می‌تواند به منظور رشد لایه‌های ضخیم نیز به کار رود.
این تحقیقات حاصل همکاری محمدتقی حسین نژاد، دانشجوی دکترای فیزیک پلاسما، مرضیه شیرازی، دانشجوی دکترای مهندسی فناوری نانو، پروفسور محمود قرآن نویس، دکتر محمدرضا حنطه زاده و دکتر الهام دارابی، اعضای هیأت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران، است. نتایج این کار در مجله‌ی Ceramics International (جلد ۴۱، سال ۲۰۱۵، صفحات ۱۵۰۲۴ تا ۱۵۰۳۳) به چاپ رسیده است.
