عنوان پایان‌نامه
مدلسازی، ساخت و مشخصه یابی یک منبع تولید الکترون بر پایه تکنولوژی میکرونانو ساخت مناسب برای استفاده در ادوات ساخته شده بر پایه میکروپلاسمای سرد
- رشته تحصیلی
- مهندسی سیستم های میکرو و نانو الکترومکانیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 506;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77480;کتابخانه دانشکده علوم و فنون نوین شماره ثبت: 506;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 77480
- تاریخ دفاع
- ۱۵ آذر ۱۳۹۵
- دانشجو
- محمد نظارتی زاده
- استاد راهنما
- فاطمه راضی آستارایی
- چکیده
- این تحقیق با هدف بررسی ساخت یک منبع تولید الکترون با کیفیت و بررسی مشخصه میکروپلاسما و سازگاری فرآیند ساخت آن با ادوات ساخته شده بر پایه میکروسیستم‌ها انجام گرفت. همچنین رفتار گسیل میدانی الکترون از سیستمی مشابه با نرم افزار CST studio مدلسازی شد. برای این منظور در ابتدا یک شبیه‌سازی گسیل میدانی الکترون بر روی یک تک نانولوله و یک دسته از نانولوله‌ها انجام شد و مشخصه‌های الگوی خطوط و شدت میدان الکتریکی، توزیع چگالی جریان و خط مسیر تابش الکترون آنها بررسی شدند که نتایج حاصل شده، انطباق کافی با معادله نمایی فولرنوردهایم داشتند. از طرف دیگر تاثیر ارتفاع و قطر نانولوله بر چگالی جریان الکتریکی بررسی شد که در این شبیه‌سازی طول و قطر نانولوله به ترتیب از 0/4 تا 1 میکرومتر و از 80 تا 160 نانومتر برای شکاف آند_کاتد 1/2میکرومتر و ولتاژ اعمالی 50 ولت تغییر کردند، که نتیجه آنها کاهش چگالی جریان گسیل با افزایش قطر نانولوله و افزایش چگالی جریان گسیل با افزایش ارتفاع بود که این نتیجه‌های بدست آمده نمایشگر یک رابطه خطی از بر حسب تغییرات ارتفاع و قطر نانولوله بودند که نمودار تغییرات آنها به ترتیب با شیب 32/5و 59- تغییر می‌کنند. علاوه بر آن جهت بررسی اثر پوششی بر روی میدان الکتریکی محلی و چگالی جریان یک نانولوله، تعدادی نانولوله یکسان در همسایگی یک نانولوله قرار داده شدند، که نشان داد نانولوله‌های همجوار نیز باعث کاهش شدید میزان تابش و تغییر الگوی خط مسیر الکترون‌ها از نانولوله مورد نظر می‌شوند. در ادامه، با توجه به کارهای انجام شده در حوزه گسیل میدانی الکترون و همچنین ساختارهای مورد استفاده در آزمونهای میکروپلاسما و بررسی ویژگی‌های آنها، تلاش شد تا نانوساختار اکسید تیتانیوم از یک لایه نازک تیتانیوم لایهنشانی شده بر روی سیلیکون و شیشه ساخته شود. برای لایه نشانی تیتانیوم از روش اسپاترینگ جریان مستقیم استفاده شد و یک لایه 500 نانومتری بر روی زیرلایه های یاد شده لایهنشانی گردید. جهت ساخت نانوساختار اکسید تیتانیوم از فرآیند اکسایشآندی در محلول آلی گلیسرول و در صدهای 0/5، 0/7 و 1 در صد وزنی آمونیوم فلوراید استفاده شد. همچنین برخی از نمونه‌های لایه تیتانیوم در یک فرآیند ترمیم حرارتی بعد از لایه نشانی قرار گرفتند. بعد از انجام فرآیند اکسایشآندی و بررسی تصاویر FESEM نانوساختارهای استوانه‌ای همراستا ولی توپر تشکیل شدند. بهترین ساختار تشکیل شده مربوط به نمونه ساخته شده بر روی زیر لایه تیتانیوم ترمیم حرارتی نشده بود که در محلول 0/7 درصد وزنی آمونیوم فلوراید قرار گرفته بودند و به‌ترتیب دارای قطر و ارتفاعی حدود 80 و 390 نانومتر بودند. همچنین مشخصه XRD از دو زیرلایه تیتانیوم ترمیم حرارتی شده ( ) و بدون ترمیم حرارتی انجام گرفت که نتیجه آنها، رشد جهت یافته صفحه (010) تیتانیوم کریستالی برای زیرلایه و ساختارهای کریستالی آناتاس (134) و روتایل (002) برای زیرلایه را نشان دادند. برای بررسی مشخصه میکروپلاسما از یک محفظه با قابلیت نگهداری خلأ و کنترل فاصله شکاف آند کاتد استفاده شد. این آزمون در فشار هوا برای دو زیرلایه از لایه نازک و برای فاصله‌های مختلف شکاف از 50 تا 500 میکرومتر انجام شد که همه میکروپلاسماها در مد تخلیه بار تابشی قرار داشتند، همچنین اثر تغییر مقاومت الکتریکی بالاست(ballast) سری شده در مدار نیز بررسی شد.
- Abstract
- This research has been taken for fabrication of electron source with high quality and assessing microplasma characteristic as well as compatibility of structuring process with producted devices based on microsystems. Also electron field emission behavior of same system was modeled with CST Studio Suit software. For this purpose, first of all a simulation of electron field emission was taken on a nanotube and batch of them. Then streamline characteristics pattern and intensity of electric field, energy density distribution and trajectory of electron emission has been investigated. The result has been shown adequate compliance with fowler-nordheim equation. Furthermore, the effect of length and diameter of nanotube on current density was simulated. Length and diameter respectively were changed from to micrometer and from to nanometer by considering of micrometer anode-cathode spacing and constant volt bias voltage. The final result was reducing the current density emission by increasing the nanotube diameter and gaining of current density by increasing the length of nanotube. The results have shown a linear behavior of ln(J) vs. length and nanotube diameter. The slope of diagram respectively were and . For assessing screen effect on local electric field and current density of nanotube, several similar nanotubes were placed adjacent to one nanotube. The effect of neighboring nanotubes was intense reduction of emission and variation of electron trajectory. Then, according to the work done in the scope of electron field emission and used structures in microplasma, it has been tried to synthesize oxide nanostructure of a thin layer of deposited titanium on the silicon and glass. Direct current sputtering method for titanium deposition was used and a nm layer deposition on the substrates were mentioned. For the production of nanostructured titanium oxide anodizing process in an organic solution of glycerol and , and wt.% ammonium fluoride was used. Then thermal treatment process was done on some samples. After anodizing process and reviewing images of FESEM, aligned solid cylindrical nanostructures were formed. The best structure of the sample was made on a substrate of titanium without any thermal treatement that made in the solution of wt. % ammonium fluoride. The height and diameter of nanostructures were about and nm, respectively. Also XRD characterization of thermal treated titanium substrate and without thermal treated showed the crystal planes for titanium substrate with a crystallite size of nm. The samples with thermal treatment showed anatase structures and rutile . To search for microplasma characteristic, a vacuum chamber with the ability to hold and control the anode-cathode gap was used. The thin layers of titanium with and without thermal treatment with different gap distances of to micrometers at pressure of 26 torr were tested. All microplasmas were irradiated in normal glow discharge. The effect of different electrical resistance (ballast resistor) was also investigated.
