دانشگاه سمنان رشد تک‌بلورهای سه‌تایی ZnS x Se 1-x به روش CVT و مطالعه خواص آن‌ها استاد راهنما:

2. دانشگاه سمنان رشد تک‌بلورهای سه‌تاییZnSxSe1-x به روش CVT و مطالعه خواص آن‌ها استاد راهنما: دکتر مجید جعفر‌تفرشی دانشجو: مریم عالی دائی آبان 1388

3. فهرست تاریخچه بلور معرفی جامدات معرفی تک‌بلورهایگروه‌هایII-VI جدول تناوبی روش‌های رشد ترکیبات گروه‌های II-VI تاریخچه CVT فرایند انتقال بخار شیمیایی(CVT) مزایا و محدودیت‌های روشCVT محاسبات ترمودینامیکی تعیین دمای رشد بهینه مراحل انجام آزمایش بلورهای رشد داده شده آنالیز‌ها

4. تاریخچه بلور اولین بار آرایشمنظم ذرات سازنده‌‌ی بلورها در آثار کپلر(1619) و رابرت هوک(1665) مشاهده شد. کریستین هویگنز(1690) خواص نوری کریستال‌های کلسیت((CaCO3رابررسی کرده و فرضیه‌ای ارائه کردکه کریستال‌ها از ذراتبسیارکوچکی با شکل مشخص ساخته شده‌اند .

5. فهرست تاریخچه بلور معرفی جامدات معرفی تک‌بلورهایگروه‌هایII-VI جدول تناوبی روش‌های رشد ترکیبات گروه‌های II-VI تاریخچه CVT فرایند انتقال بخار شیمیایی(CVT) مزایا و محدودیت‌های روشCVT محاسبات ترمودینامیکی تعیین دمای رشد بهینه مراحل انجام آزمایش بلورهای رشد داده شده آنالیز‌ها

6. معرفی جامدات بلور واژه «کریستال» ریشه یونانی داشته و به معنی منجمد شدهدر اثر سرمااست. بلور(کریستال) آرایه‌ای از اتم‌ها است که در ساختاری سه‌بعدی، مرتب شده و الگوی منظم سه بعدی را می‌دهند.

7. معرفی جامدات

8. معرفی جامدات تک بلور: در این بلورها الگوی سه‌بعدی مرتب شده، در تمام ابعاد بلور گسترش می‌یابد. چند بلور: در چند ‌‌بلورها، الگوی سه‌بعدی مرتب شده در تمام ابعاد بلور گسترش نیافته و توسط صفحاتی قطع شده است. آمورف: جامدات بی‌شکل، فاقد ساختار تناوبی هستند.

9. فهرست تاریخچه بلور معرفی جامدات معرفی تک بلورهایگروه‌هایII-VI جدول تناوبی روش‌های رشد ترکیبات گروه های II-VI تاریخچه CVT فرایند انتقال بخار شیمیایی (CVT) مزایا و محدودیت‌های روشCVT محاسبات ترمودینامیکی تعیین دمای رشد بهینه مراحل انجام آزمایش بلورهای رشد داده شده آنالیز‌ها

10. تک‌بلورهای گروه‌های II-VI جدول تناوبی • اين مواد را مي‌توان با خلوص بالايي از مواد خام ارزان موجود تهيه نمود. • مي‌توان آن‌ها را به شكل لايه‌هاي چند بلور با كيفيت خوب نوري توسط روش هاي متداول و ارزان توليد نمود. • گاف انرژي اين مواد تمامي ناحيه طيفي از مادون قرمز تا ماوراء بنفش را در‌بر‌می‌گیرد. • اين مواد، گوي رقابت را در ديود‌هاي نوري از ساير مواد مي‌ربايند.

11. تک‌بلورهای ZnSxSe1-x تک بلورهای ZnSxSe1-x از x=0.1تا x=0.8 با اختلاف0.1

12. فهرست تاریخچه بلور معرفی جامدات معرفی تک‌بلورهایگروه‌هایII-VI جدول تناوبی روش‌های رشد ترکیبات گروه‌های II-VI تاریخچه CVT فرایند انتقال بخار شیمیایی(CVT) مزایا و محدودیت‌های روشCVT محاسبات ترمودینامیکی تعیین دمای رشد بهینه مراحل انجام آزمایش بلورهای رشد داده شده آنالیز‌ها

13. روش‌های رشد ترکیبات گروه‌های II-VI

14. رشد بلور از فاز بخار رشد بلور با این روش برای موادی مناسب است که دارای نقطه ذوب بالا بوده و یا در نقطه ذوبشان تجزیه می‌شوند. طرح‌واره ای از رشد بلور از فاز بخار همراه با پروفایل دمایی اعمال شده

15. فهرست تاریخچه بلور معرفی جامدات معرفی تک بلورهایگروه‌هایII-VI جدول تناوبی روش‌های رشد ترکیبات گروه‌های II-VI تاریخچه CVT فرایند انتقال بخار شیمیایی (CVT) مزایا و محدودیت‌های روشCVT محاسبات ترمودینامیکی تعیین دمای رشد بهینه مراحل انجام آزمایش بلورهای رشد داده شده آنالیز‌ها

16. تاریخچه CVT این روش اولین بار توسط اسکافر در سال 1953معرفی شد. کالدیس در سال 1965 در لابراتوار RCA‌در زوریخ، هسته‌سازی تک‌بلورهای ZnSe‌ را بررسی نمود. زیمانوفسکی در سال 1969در دانشگاه لاتوین، رشد تک بلورهای ZnSe را بررسی نمود. کاتانو و کان در سال 1976 در شرکت زنیت در شهر شیکاگو ایالت ایلینیوس روی رشد و مشخصات بلورهایZnSxSe1-x و ZnSeهمگن کار کردند. هارتمن در سال 1977در شهر برلین به بررسی رشد از بخار بلورهای ZnS و ZnSe وZnTe پرداخت. فوجیتا در سال 1979در دپارتمان مهندسی الکترونیک دانشگاه کیوتو ژاپن روی رشد تک بلورهای ZnSxSe1-xو ZnSe وZnSمکعبی کار کرد.

17. فهرست تاریخچه بلور معرفی جامدات معرفی تک‌بلورهایگروه‌هایII-VI جدول تناوبی روش‌های رشد ترکیبات گروه‌های II-VI تاریخچه CVT فرایند انتقال بخار شیمیایی(CVT) مزایا و محدودیت‌های روشCVT محاسبات ترمودینامیکی تعیین دمای رشد بهینه مراحل انجام آزمایش بلورهای رشد داده شده آنالیز‌ها

18. فرایند انتقال بخار شیمیایی CVT در این روش به جای تبخیر مستقیم ماده جامد در دمای بالا، با تشکیل ترکیبات تبخیر پذیر در دمای پایین‌تر، ماده تبخیر شده و سپس با انجام واکنش‌های معکوس در دمای دیگر و در مکان دیگر، بلور رشد می‌نماید. فرایند انتقال شیمیایی بخار دارای واکنشی به شکل زیر است: A(s)+B(g) AB(g) AB(g) A(s)+B(g)

19. چرخه فرایند انتقال بخار شیمیایی

20. Chemical Vapor Transport دمای T2دمایT1 T1>T2 طرح‌واره‌ای از تیوب کوارتز فرایند انتقال بخار شیمیایی در داخل کوره

21. روش‌های انتقال در فاز بخار توسط فرايند نفوذ بين دو ناحيه در صورتي‌که لوله باريک و فشار کل کم باشد. توسط همرفت اگر فشار بالاتر و لوله کمي شيب دار و کمي قطر لوله بزرگ‌تر باشد.

22. عوامل موثر بر روي حاصل واکنش‌هاي انتقال بخارشيميايي

23. فهرست تاریخچه بلور معرفی جامدات معرفی تک‌بلورهایگروه‌هایII-VI جدول تناوبی روش‌های رشد ترکیبات گروه‌های II-VI تاریخچه CVT فرایند انتقال بخار شیمیایی(CVT) مزایا و محدودیت‌های روشCVT محاسبات ترمودینامیکی تعیین دمای رشد بهینه مراحل انجام آزمایش بلورهای رشد داده شده آنالیز‌ها

24. مزايای روشCVT • انجام فرایند رشد، در دمای پایین • کاهش آلودگي ناشي از بوته به علت کاهش دماي رشد • امکان کنترل خوب بر روي استوکيومتري • امکان رشد لايه‌هاي تک‌بلوري • تميز نمودن زير‌لايه و سيستم توسط بخار شيميايي در محل رشد • پايداری بیشتر مرز مشترک جامد- بخار نسبت به مرز مشترک جامد-مذاب در حين رشد

25. محدودیت‌های روش CVT • پيچيده بودن ترموديناميک و سنيتيک واکنش‌ها • نشست بر روي ديواره‌ي محفظه • خطرناک بودن گازهاي واکنشي • مشکل بودن کنترل هسته‌گذاری • ورود عامل انتقال به داخل بلور در خلال فرايند رشد • ورود ناخالصي به داخل بلور در حال رشد

26. فهرست تاریخچه بلور معرفی جامدات معرفی تک‌بلورهایگروه‌هایII-VIجدول تناوبی روش‌های رشد ترکیبات گروه‌های II-VI تاریخچه CVT فرایند انتقال بخار شیمیایی(CVT) مزایا و محدودیت‌های روشCVT محاسبات ترمودینامیکی تعیین دمای رشد بهینه مراحل انجام آزمایش بلورهای رشد داده شده آنالیز‌ها

27. محاسبات ترموديناميکي تعيين دماي بهينه رشد سیستم ZnSxSe1-x

28. محاسبات ترموديناميکي تعيين دماي بهينه رشد سیستم ZnSxSe1-x فرض مي‌کنیم كه فاز بخار تنها شامل گونه های I، I2، ZnI2، S2و Se2 است. انتقال شيميايي در يك لوله بسته توسط عامل انتقال طبق واكنش‌های زير انجام مي‌پذیرد: (1) (2) ثابت تعادل واکنش‌های(1) و(2) و(3) برحسب فشارهاي جزئي مولفه‌ها به صورت زیر است: (3)

29. محاسبات ترموديناميکي تعيين دماي بهينه رشد سیستم ZnSxSe1-x استوکیومتری مواد منبع معادلات زیر را نتیجه می‌دهد: از قانون بقای ید خواهیم داشت: معادله نهايي فشار يد بر حسب دما به صورت زیر بدست می آید: بنابراین در گستره دمایی400-1200 oCمی‌توانیم فشار جزئی مولفه‌های مختلف سیستمZnSxSe1-x –I2را به صورت تابعی از دما و غلظت اولیه ید(C) بدست آوریم.

30. محاسبات ترموديناميکي تعيين دماي بهينه رشد سیستم ZnSxSe1-x کمیتی به نام α که نسبت تعداد ملکول‌های ZnI2‌ به تعداد کل ملکول‌های ید موجود در فاز گاز مربوط می کند به شکل زیر تعریف می‌کنیم: بدون در نظر گرفتن نوع انتقال در داخل تیوب می‌توانیم فرض کنیم که سرعت انتقال متناسب با Δα است که Δα=α(T2)-α(T1)

31. نمودار تغییرات Δαبرای بلورZnSxSe1-x بر حسب دما برای غلظت های مختلف ید و به ازاء 0/6 x=

32. تغییرات دمای بهینه رشد بلور ZnSxSe1-x بر حسب تغییرات غلظت عامل انتقال به ازاء مقادیر مختلف x

33. فهرست تاریخچه بلور معرفی جامدات معرفی تک‌بلورهایگروه‌هایII-VI جدول تناوبی روش‌های رشد ترکیبات گروه‌های II-VI تاریخچه CVT فرایند انتقال بخار شیمیایی(CVT) مزایا و محدودیت‌های روشCVT محاسبات ترمودینامیکی تعیین دمای رشد بهینه مراحل انجام آزمایش بلورهای رشد داده شده آنالیز‌ها

34. مراحل انجام آزمایش

35. کوره مدل3216TZF استفاده شده جهت فرایند رشد به روشCVT

36. نمونه ای از پروفایل دمایی کوره سه ناحیه ای، همراه با شماتیکی از نحوه قرار گیری تیوب کوارتز در داخل مافل کوره

37. شستشوی آمپول کوارتز • توسط اسید کرومیک

38. نحوه ایجاد خلاء و بستن تیوب حاوی مواد اولیه تصویر سیستم خلاء استفاده شده برای بستن تیوب‌ها در خلاء

39. نمونه ای از آمپول حاوی مواد اولیه که در حضور خلاء بسته شده است.

40. نمونه ای از پروفایل دمایی کوره سه ناحیه ای، همراه با شماتیکی از نحوه قرار گیری تیوب کوارتز در داخل مافل کوره

41. فهرست تاریخچه بلور معرفی جامدات معرفی تک‌بلورهایگروه‌هایII-VI جدول تناوبی روش‌های رشد ترکیبات گروه‌های II-VI تاریخچه CVT فرایند انتقال بخار شیمیایی(CVT) مزایا و محدودیت‌های روشCVT محاسبات ترمودینامیکی تعیین دمای رشد بهینه مراحل انجام آزمایش بلورهای رشد داده شده آنالیز‌ها

42. تیوبCVT حاوی بلورهایZnSe

44. بلورهایZnSe تک بلورZnSe رشد یافته در دمای بهینه تک بلورZnSeرشد یافته در دمای غیر بهینه

45. تک بلورZnS0.3Se0.6رشد یافته در دمای بهینه تک بلورZnS0.6Se0.4رشد یافته در دمای بهینه

46. تک بلورZnS0.6Se0.4رشد یافته بدون سنتز مواد اولیه پس از شستشو با اسید کرومیک

47. بلورZnS0.7Se0.3رشدیافته از مواد اولیه سنتز نشده در کوره افقی بریجمن

48. فهرست تاریخچه بلور معرفی جامدات معرفی تک‌بلورهایگروه‌هایII-VI جدول تناوبی روش‌های رشد ترکیبات گروه‌های II-VI تاریخچه CVT فرایند انتقال بخار شیمیایی (CVT) مزایا و محدودیت‌های روشCVT محاسبات ترمودینامیکی تعیین دمای رشد بهینه مراحل انجام آزمایش بلورهای رشد داده شده آنالیز‌ها

49. آنالیزهای انجام شده • آنالیز پراش پرتو ایکس (XRD) • آنالیز سختی سنجی ویکرز • آنالیز عبور نوری(UV-Vis) • آنالیزSEM • آنالیز تعیین کیفیت ساختاری (Etching)

50. آنالیز XRD طرح‌واره‌ای از آنالیز پراش اشعه ایکس