پایان نامه دکتری روشنک اسدی تبریزی

 | تاریخ ارسال: 1400/4/22 | 

بررسی ساخت و ارزیابی ویژگی های نوری فیلم شیشه و شیشه سرامیکی نانوساختار آرسنیک سولفید آلاییده شده با یون های اربیوم و گالیوم با استفاده از روش کند و پاش مغناطیسی فرکانس رادیویی
 

پژوهشگر: روشنک اسدی تبریزی

اساتید راهنما: دکتر محمد رضوانی

استاد مشاور: دکتر مصطفی میلانی

دانشگاه تبریز

 ۱۳۹۹
چکیده: شیشه ها و شیشه-سرامیک های کالکوژنایدی آلاییده به یون های خاکی نادر به علت کاربردشان در بخش های الکترونیک و نور در سال های اخیر به طور فزاینده ای مورد مطالعه قرار گرفته اند. این مواد می توانند در محدوده فروسرخ متوسط (MIR) به عنوان حسگر مولکولی، لیزر جراحی در پزشکی، کاربردهای نظامی و ... مورد استفاده قرار گیرند و از این رو تمرکز بر ساخت تشدید کننده ها یا لیزرها از این مواد جهت کاربرد در ابزارهای صفحه ای امری ضروری است. از بین عناصر خاکی نادر، اربیوم در تشدید کننده های نوری به منظور کمک کردن به انتقال سیگنال در مسیرهای طولانی با حفظ کیفیت آن عمل می کند. زمینه شیشه های کالکوژنایدی مانند آرسنیک سولفید با داشتن خواصی مانند انرژی فونونی پایین، میزبان مناسبی برای یون های اربیوم هستند. خواص نوری و سایر خواص فیلم های نازک (حرارتی، مکانیکی، مقاومتی، شیمیایی، حساسیت به نور و ...) به طور اجتناب ناپذیری به روش لایه نشانی وابسته هستند که استوکیومتری، ساختار و عیوب ساختاری را در فیلم کنترل می کند. به همین علت محققین زیادی روش های متعددی را برای تولید لایه های کالکوژنایدی مورد آزمایش قرارداده اند که عبارتند از: کند و پاش فرکانس رادیویی (اسپاترینگ)، کاشت یون ، رسوب دهی لیزری پالسی و تبخیر حرارتی . از میان روش های ذکر شده، به منظور ساخت موجبر، روش اسپاترینگ روشی بسیار پایدار و تکرار پذیر بوده و با توجه به اینکه انحراف از ترکیب استوکیومتریک خواص نوری فیلم را در جهت منفی تحت تاثیر قرار می دهد، با استفاده از این روش، فیلم هایی با ترکیب بسیار نزدیک به استوکیومتری ایده آل ساخته می شود. در پژوهش حاضر ویژگی های نوری فیلم شیشه و شیشه سرامیکی نانوساختار آرسنیک سولفید آلاییده شده به طور همزمان با یون های اربیوم و گالیوم با استفاده از روش ساخت کند و پاش مغناطیسی فرکانس رادیویی مورد بررسی قرار خواهند گرفت. همچنین تاثیر شرایط اسپاترینگ، دما و زمان های مختلف عملیات حرارتی برای ساخت شیشه-سرامیک بر روی خواص نوری و ساختاری فیلم لایه نشانی شده مورد مطالعه قرار خواهد گرفت. برای تولید شیشه‌های کالکوژنایدی As۲S۳، مخلوط مواد اولیه در کپسول‌های سیلیکایی تحت خلا با فشار تقریبی mbar ۱/۰ در دمای ℃ ۸۵۰-۶۵۰ به مدت ۱۵ ساعت در کوره ی نوسانی ذوب می شوند مذاب تهیه شده از سرمایش سریع در هوا شکل می گیرد. شیشه ی ساخته شده سپس خرد و دانه بندی شده و با روش پرس گرم با فشار N ۷۰۰ در دمای ℃ ۲۲۵ تحت اتمسفر خشک نیتروژن، تارگت دستگاه اسپاترینگ از جنس شیشه ی As۲S۳ آلاییده به اربیوم و گالیوم تهیه خواهد شد. فیلم شیشه ای با دستگاه اسپاترینگ بر روی لام شیشه ای سودالایم لایه نشانی خواهند شد. بر اساس نتایج آنالیز حرارتی DTA دماهای جوانه زنی و رشد تعیین شده و فیلم های شیشه ای در کوره تحت اتمسفر برای تبلور و تبدیل به شیشه-سرامیک عملیات حرارتی خواهند شد. به منظور بررسی‌های ساختاری از آنالیز اسپکتروسکوپی Raman و FT-IR استفاده می شود. نوع و میزان فاز بلوری در شیشه و تارگت اسپاترینگ ساخته شده و نمونه‌های تبلور یافته از طریق الگوهای XRD تعیین می‌شوند. پارامترهای نوری (نشر فوتولومینسنس، ضریب شکست، گاف انرژی و انرژی فرمی) از طریق نتایج طیف سنجیUV-VIS-IR(Near-Mid-Far) محاسبه می شوند. بررسی‌های ریزساختاری با استفاده از آنالیز SEM و میکروسکوپ نوری انجام خواهد گرفت. بررسی‌های توپوگرافی سطح به وسیله تصاویر AFM انجام خواهد گرفت و برای بررسی ترکیب شیمیایی فیلم ها از آنالیز EDX استفاده خواهد شد.
کلمات کلیدی: شیشه، شیشه سرامیک، کالکوژناید،ارسنیک سولفید، اربیوم، گالیوم،فیلم نازک