عنوان

مطالعه خودسازگار غلاف پلاسمایی برای رشد نانوساختارهای کربنی در یک راکتور پلاسمای دمای پایین

IR

۲۲۶۱ پ

فارسی

IR

مطالعه خودسازگار غلاف پلاسمایی برای رشد نانوساختارهای کربنی در یک راکتور پلاسمای دمای پایین

[پایان‌نامه]

/زهرا مروی

: علوم پایه

، ۱۳۹۴

۱۳۷ ص

چاپی - الکترونیکی

کتابنامه در آخر پایان نامه

دکتری

فیزیک پلاسما

۱۳۹۴/۰۶/۰۰

صنعتی سهند

در این پژوهش، با استفاده از روش‌های عددی و تحلیلی مناسب به بررسی فرآیند رشد PECVD نانوتیوب کربنی تک دیواره (SWCNT) در راکتور پلاسمای جفت شده القایی دمای پایین و نقش پلاسما در این فرآیند می‌پردازیم .برای این منظور، رشد کاتالیستی و کنترل شده SWCNT توسط نهشت انتخابی شار یون‌ها، رادیکال‌های فعال روی سطح یک زیرلایه رسانا در یک راکتور پلاسمای کم فشار دمای پایین حاوی مخلوط گازی بررسی می‌شود .هدف از این پژوهش، بهینه‌سازی پارامترهای رشد از جمله آهنگ رشد، پوشش‌های سطحی رادیکال‌ها، شار مؤثر کربنی و دمای سطح نانوتیوب، توسط تعیین یک مجموعه خودسازگار از پارامترهای پلاسما که به طور هموار غلاف پلاسمایی را به حجم پلاسما ملحق می‌سازند، می‌باشد. در این راستا ابتدا، مشخصه یابی و کنترل پارامترهای راکتور پلاسمای جفت شده القایی دما پایین با مخلوط گازی که در ادامه برای شبیه سازی رشد خودسازگار SWCNT در نظر گرفته می‌شوند، توسط یک پروب لانگمیر منفرد به طور تجربی مورد مطالعه قرار می‌گیرد .اثرات پارامترهای کنترل تخلیه از جمله فشار کل، توان ورودی RF و آهنگ شارش گازهای ورودی، بر روی پارامترهای داخلی تخلیه شامل چگالی و دمای الکترونی، تابع توزیع الکترونی و پتانسیل پلاسما بررسی شده‌اند .نتایج تجربی نشان می‌دهند که تابع توزیع انرژی الکترون در بازه فشار مورد بررسی ۵) تا۵۰ میلی تور)، منطبق با توزیع شبه Druvesteyn است .افزایش توان ورودی، سبب افزایش قابل توجه چگالی پلاسما و کاهش آرام دمای مؤثر الکترونی می‌شود .علاوه بر این، چگالی الکترون و پتانسیل پلاسما با تغییر فشار کل از ۵ تا ۵۰ میلی تور کاهش پیدا می‌صکنند .همچنین، اضافه کردن گاز آرگون سبب افزایش چگالی الکترونی و پتانسیل پلاسما و افت دمای مؤثر الکترونی می‌گردد .در حالی که، با اضافه شدن CH۴ به ترکیب گازی Ar+H۲، چگالی الکترون و پتانسیل پلاسما کاهش می‌یابند، در حالی‌که دمای مؤثر الکترونی افزایش پیدا می‌کند .در مرحله دوم، شبیه‌سازی عددی معادلات چندسیالی برای مطالعه ساختار غلاف در پلاسمای شامل الکترون‌ها، گونه‌های مختلف یون‌های مثبت و منفی، و نانوذرات غبار به کار رفته است .نتایج نشان می‌دهند که در حضور یون‌های منفی، نوسانات فضایی در منحنی‌های پارامترهای پلاسما و ذرات غبار توسعه می‌یابند .دامنه نوسانات با افزایش الکترونگاتیویته، عدد ماخ یونی و چگالی تعداد خنثی‌ها افزایش پیدا می‌کند، در حالی که با افزایش عدد ماخ غباری کاهش می‌یابند .با افزایش الکترونگاتیویته، شار فرودی غبار روی زیرلایه کاهش می‌یابد، در حالی که شار فرودی یون‌های مثبت افزایش پیدا می‌کند .در مرحله سوم، با استفاده از یک شبیه‌سازی عددی چندمقیاسی، شامل مدول‌های غلاف پلاسمایی و پخش سطحی، سینتیک رشد نانوتیوب‌های کربنی تک دیواره (SWCNT) در یک پلاسمای فعال کم‌فشار دما پایین با مخلوط گازی مورد بررسی قرار می‌گیرد .اثرات پلاسمایی روی مشخصه‌های رشد SWCNT مطالعه شده است .نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که حضور رادیکال‌های فعال علاوه بر یون‌های مثبت درون ناحیه غلاف پلاسمایی، سبب افزایش شار مؤثر کربنی و آهنگ رشد SWCNT می‌شود .پارامترهای غلاف پلاسمایی اثرات متفاوتی را روی پارامترهای رشد در رژیم‌های دما-پایین و دما-بالا از خود نشان دادند .از نتایج شبیه‌سازی مقادیر بهینه دمای زیرلایه و بایاس DC جهت ماکزیمم کردن آهنگ رشد SWCNT تخمین زده شده است .در پایان، با اضافه کردن یک مدل حرارتی به مدل رشد پخش سطحی، رشد کاتالیستی SWCNT در پلاسمای حاوی یون‌های مثبت و همچنین یون‌های منفی مختلف شبیه‌سازی می‌شود .اثر تراکم و دمای یون‌های منفی و نیز اثرات گرمایش پلاسمایی بر روی رشد کاتالیستی SWCN به روش PECVD مورد مطالعه قرار می‌گیرد .با استفاده از مدل حرارتی، دمای نانوذره کاتالیست و نانوتیوب به عنوان تابعی از دمای نگه دارنده زیرلایه و پارامترهای مختلف تخلیه مورد مطالعه قرار می‌گیرد .نتایج حاصل نشان می‌دهند که افزایش الکترونگاتیویته ، منجر به افزایش پوشش سطحی کربن، شار موثر کربنی و آهنگ رشد در گستره دمایی( ) ، می‌گردد .همچنین، در دمای زیرلایه آهنگ رشد با به طور غیر خطی افزایش می‌یابد، به طوری که به ازای آهنگ رشد ماکزیمم می‌شود .علاوه بر این، در پلاسمایی با چگالی بالا( ) ، احتمال رشد در دمای پایین( ) ، با افزایش می‌یابد .علاوه بر این، وابستگی آهنگ رشد به پتانسیل زیرلایه در های بزرگ ( ) به دلیل اثرات گرمایش پلاسمایی، غیرخطی است .به طوری که، با تنظیم بایاس و دمای زیرلایه به ترتیب در مقادیر و ، و با انتخاب الکترونگاتیویته می‌توان به مقدار بهینه سرعت رشد SWCNT دست یافت

مروی، زهرا

فروتن، غلامرضا، استاد راهنما

ایران

20230621

فیزیک،۹۰۱۰۴،۱۳۹۴

ن‌ییاپ‍ ی‌امد ی‌امسلاپ‍ روتکار ک‌ی‍ رد ی‌نبرک‍ ی‌اهراتخاسونان‍ دشر ی‌ارب‍ ی‌یامسلاپ‍ ف‌لاغ‍ راگزاسدوخ‍ ه‌علاطم‍.pdf

عادی

عادی

22611.pdf

p90104.pdf

0

ایمانی

متن

0

پ ۲۲۶۱

فارسی

نمایه‌سازی قبلی

pe

TF

92029

1

a

Y