عنوان پایان‌نامه
طراحی و ساخت حسگرهای گازی مینیاتوری براساس یونش میدانی با استفاده از نانو ساختارهای مجسمه سازی شده
- رشته تحصیلی
- فیزیک- حالت جامد
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59252;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5096
- تاریخ دفاع
- ۳۱ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- امین صالحی
- استاد راهنما
- هادی سوالونی
- چکیده
- چکیده هدف اصلی این پژوهش، ساخت و طراحی لایه های نازک ساختارهای نانومجسمه سازی شده فلزی برای ایجاد شکلهای نانومتری تیز به منظور تقویت غیرخطی میدان الکتریکی برای استفاده در حسگرهای یونش میدانی است. زیرلایه ویفر سیلیکون با سطح بلوری در جهت) 400 ( برای لایه نشانی انتخاب شد. به منظور ایجاد یک لایه رسانا روی زیرلایه، یک لایه 100 نانومتری از جنس تیتانیوم و به روش کند و پاش در دانشگاه اسکاتلند غربی، لایه نشانی شد. به منظور رسیدن به شکل های تیز نانومتری، ساختارهای نانومجسمه سازی شده نانوگل مارپیچی با سه گلبرگ و از جنس منگنز برای لایه نشانی به روش لایه نشانی خراشی انتخاب شدند. تبخیر به وسیله تفنگ الکترونی در خلا بالا و از بوته های کربنی حاوی منگنز در دستگاه لایه نشانی EDWARDS E19 با نگهدارنده زیرلایه چرخان، انجام شد. در ابتدا ساختارهای ستونی (به عنوان ساقه گل) با ارتفاع تقریبی 300 نانومتر به روش لایه نشانی خراشی، لایه نشانی شدند. در ادامه 3 نانوگل (هرکدام با 3 گلبرگ) روی این ساختارهای ستونی به روش لایه نشانی خراشی، لایه نشانی شدند. برای اندازهگیری چگالی گاز در محفظه آزمایش نمونه های حسگری، یک فشارسنج و دماسنج با استفاده از حسگر فشار مطلق MPX5100 و حسگر دما LM35 و میکروکنترلر AVR ATmega8 و نمایشگر LCD 2x16 الفباعددی، ساخته شد و به محفظه اضافه شد. چینش اولیه پیشنهادی، چینش دو الکترود تخت بود، اما به دلیل حساسیت بالای لایه های نانومجسمه سازی شده به تخلیه الکتریکی، این چینش به ساچمه (کاتد)-الکترود تخت (نانومجسمه، آند) تغییر داده شد. برای حرکت ساچمه روی الکترود تخت (به گونهای که بتوان تمام الکترود تخت را جاروب کرد) و افزایش دقت، 3 حرکت دهنده با دقت میکرومتری (در 3 بعد) با استفاده از سه موتور پلهای دوقطبی و میکروکنترولر AVR ATmega16 و تقویت کننده ترانزیستوری دارلینگتون و نمایشگر LCD 2x16 الفباعددی ساخته و در محفظه تعبیه شد. نتایج حاصل از آزمایش نمونهها بیانگر کاهش ولتاژ شکست توسط نانوساختار مجسمه سازی شده در مقایسه با نمونههای معمولی و موفقیت این ساختارها در ساخت حسگرهای یونش میدانی میباشد.
- Abstract
- The main goal of this research is to design and fabricate metallic sculptured thin films to create nanometric sharp edges in order to achieve nonlinear intensification of electric field in manufacturing field ionization gas sensors. Silicon wafer substrate with miller face (400) was chosen. In order to have a conductive surface on substrate a thin film of Titanium with 100 nm thickness was deposited on the substrate using sputtering method, in West Scotland University. In order to reach sharp nanometric edges, Manganese chiral nano-flower like sculptured thin films were selected to be deposited by GLAD technique. Vaporization took place using e-gun and planetary substrate holder in EDWARDS E19 deposition plant. Initially columnar structure (as the flower “stem”) with thickness of 300 nm was deposited. In continuation three nano-flowers (each having 3 petals) were deposited on top of the columnar structure. In order to measure gas density in the test chamber, a barometer and a thermometer were built-in the chamber using MPX5100 absolute pressure sensor and LM35 precision temperature sensor, interfacing with AVR ATmega8 microcontroller to 2x16 Alphanumerical LCD. The initial test setup was two plate electrode, but due to high sensitivity of sculptured thin films in electric discharge, this setup was developed into steel-ball (cathode) and plate electrode (STF, anode). In order to be able to move the steel-ball in the chamber (so all the plate electrode could be swept) and to increase precision three drivers (3D) with micrometer precision were designed and built using three bipolar stepper motors and AVR ATmega16 microcontroller and Darlington transistor amplifier. Results from the test samples are indicating a noticeable decrease in breakdown voltage when STFs are used compared to when plate metallic electrodes are used. Keywords: Sculptured thin films, Field ionization gas sensor
