فهرست مطالبچکیده.......... 1 فصل اولمعرفی دستگاه پلاسمای کانونیمقدمه......... 3پلاسما ........ 4پینچ ............... 5پلاسمای کانونی............ 5معرفی عمومی پلاسمای کانونی....... 7مشخصات کلی پلاسمای کانونی شده....... 8چهار بخش اساسی در دستگاه پلاسمای کانونی......... 9دستگاه پلاسمای کانونی نوع مدر و فیلیپوف..... 10برخی کاربردهای دستگاه پلاسمای کانونی................................................................................................. 11دینامیک دستگاه پلاسمای کانونی................................................................................................................ 12عملکرد پلاسمای کانونی.................................................................................................................................. 14فاز شکست.......................................................................................................................................................... 15فاز رانش محوری............................................................................................................................................... 16فاز شعاعی........................................................................................................................................................... 171- فاز تراکم....................................................................................................................................................... 182- فاز ساکن...................................................................................................................................................... 213- فاز ناپایداری................................................................................................................................................. 224- فاز فروپاشی................................................................................................................................................. 23عوامل مؤثر در کارآیی سیستم‌های پلاسمای کانونی.............................................................................. 24پرتوهای ساطع شده از سیستم پلاسمای کانونی..................................................................................... 26پرتو ایکس........................................................................................................................................................... 26تولید نوترون....................................................................................................................................................... 27تولید یون............................................................................................................................................................. 28 فصل دومبرخی روش‌های لایه‌نشانی و دستگاه‌های آنالیز فیلم‌های نازک لایه‌نشانی شده 2-1- برخی روش‌های لایه نشانی................................................................................................................ 312-1-1- کندوپاش............................................................................................................................................ 312-1-2- کندوپاش به‌وسیله پلاسما ............................................................................................................ 322-1-3- کندوپاش پرتو یونی......................................................................................................................... 322-1-4- روش تبخیر فیزیکی (PVD) ...................................................................................................... 332-1-5- روش تبخیر شیمیایی (CVD).................................................................................................... 332-1-6- روش تبخیر گرمایی......................................................................................................................... 332-1-7- لایه‌نشانی به‌وسیله پلاسمای کانونی........................................................................................... 372-2- برخی دستگاه‌های آنالیز جهت بررسی فیلم‌های نازک لایه‌نشانی شده................................. 402-2-1- میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)...................................................................................... 40الکترون‌های بازگشتی....................................................................................................................................... 41الکترون‌های ثانویه............................................................................................................................................. 41الکترون‌های اوژه................................................................................................................................................ 422-2-2- میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)............................................................................................. 422-2-3- دستگاه پراش پرتوی ایکس (XRD).......................................................................................... 43 فصل سوم برخی تحقیقات انجام شده جهت لایه‌نشانی توسط دستگاه پلاسمای کانونی 3-1- تشکیل کربیدتیتانیوم (TiC) برروی لایه تیتانیوم از طریق کاشت یون................................ 483-2- تشکیل کربید سیلیکون برروی زیرلایه سیلیسیوم از طریق کاشت یون............................... 503-3- تأثیر تابش پالس‌های یونی پرانرژی برروی زیرلایه سیلیسیوم................................................. 543-4- بهینه‌سازی دستگاه پلاسمای کانونی به‌عنوان منبع پرتوی الکترونی برای لایه‌نشانی فیلم‌های نازک 573-5- نیتریده‌سازی به کمک دستگاه پلاسمای کانونی.......................................................................... 603-6- لایه‌نشانی نانولایه‌ها بوله دستگاه پلاسمای کانونی....................................................................... 70 فصل چهارم روش تحقیق و نتیجه‌گیری 4-1- معرفی دستگاه پلاسمای کانونی مرکز تحقیقات فیزیک پلاسما ............................................. 754-2- فرآیند تولید لایه‌های نازک نیترید آلومینیوم با استفاده از دستگاه پلاسمای کانونی........ 754-2-1- آماده‌سازی و تمیزکاری زیرلایه‌های استیل 304.................................................................... 754-2-1- نحوه انجام آزمایش ........................................................................................................................ 76چیدمان آزمایش جهت لایه نشانی نیترید آلومینیوم.............................................................................. 77متغیرهای مورد بررسی، در لایه‌نشانی نیترید آلومینیوم........................................................................ 77آنالیزهای صورت گرفته برروی فیلم‌های لایه‌نشانی شده....................................................................... 77آنالیز لایه‌های نازک نیترید آلومینیوم تولید شده، با استفاده از دستگاه پراش اشعه ایکس........ 78آنالیز لایه‌های نازک نیترید آلومینیوم تولید شده، با استفاده از دستگاه میکروسکوپ نیروی اتمی82نتایج AFM......................................................................................................................................................... 86آنالیز لایه‌های نازک نیترید آلومینیوم تولید شده، با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی 87نتیجه‌گیری......................................................................................................................................................... 90برخی پیشنهادات تحقیقاتی........................................................................................................................... 90 چكيده: لایه‌های نازک نیترید آلومینیوم بر روی زیرلایه‌های استیل 304شرایط آزمایش: زوایای مختلف نسبت به محور آند (0، 15 و 30) در فاصله cm5 نسبت به نوک آند با استفاده از تعداد 25 شاتآنالیزها: XRD ، AFM ، SEMدر اين تحقيق، لايه هاي نازك نيتريد آلومينيوم بر روي زيرلايه هاي استيل 304 با استفاده از دستگاه پلاسماي كانوني پوشش داده شده است. پس از توليد لايه هاي نازك، نمونه ها به منظور بررسي خصوصيات لايه، به وسيله دستگاه پراش پرتو ايكس، ميكروسكوپ هاي الكتروني روبشي و نيروي اتمي مورد مطالعه قرار گرفتند.نتايج تحقيق نشان مي دهد كه تغيير تعداد شات ها، فاصله زيرلايه ها از نوك آند و همچنين زاويه قرار گرفتن زيرلايه ها نسبت به محور آند، نقش مهمي در خصوصيات لايه هاي توليد شده دارند.نمونه هاي بدست آمده در زوایای مختلف نسبت به محور آند (0، 15 و 30) در فاصله 5 سانتی‌متر از نوک آند و با استفاده از تعداد 25 شات نشان می‌دهد که با افزایش زاویه از صفر به 15 و سپس 30، شاهد کاهش بلورینگی، فیلم‌های لایه نشانی شده هستیم. نتایج حاصل از بررسی مورفولوژی سطح فیلم‌های لایه‌نشانی شده در زاوایای مختلف نسبت به نحور آند توسط میکروسکوپ نیروی اتمی نشان می‌دهند که نمونه لایه‌نشانی شده در زاویه °15 دارای سطحی نسبتاً یکنواخت متشکل از دانه‌هایی در اندازه‌های نسبتاً یکسان می‌باشد. فصل اول معرفی دستگاه پلاسمای کانونیمقدمه: اگر چه نمی توان منکر استفاده از انرژی های تجدید ناپذیر از قبیل انرژی باد، خورشید و ... شد، اما نمی توان غول صنعت را فقط با انرژی های تجدید ناپذیر سیر کرد. بعلاوه منابع اولیه انرژی های شناخته شده در روی کره زمین فقط برای پانصد سال کفایت خواهد کرد و وسایل زیست محیطی چنان دست و پای بشر را بسته است که متخصصان امر، همین پانصد سال را نیز ناشدنی می پندارند و بنابراین باید در جستجوی منبع انرژی دیگری بود.امروزه پیشرفت روز افزون بشر سبب شده است که نیاز انسان به تأمین انرژی به حدی زیاد شود که سوخت های فسیلی دیگر نتوانند جوابگوی نیازهای صنعتی باشند. از اینرو متخصصان و دانشمندان به فکر استفاده از انرژی های هسته ای افتاده اند. فرایند شکاف هسته ای که هم اینک در راکتورهای تولید انرژی مورد استفاده قرار می گیرد به علت تولی زباله های رادیواکتیو چندان مورد پسند نیستند، در حالیکه فرایند هم جوشی هسته ای بسیار از این جهت مطلوب تر می باشد زیرا که منجر به محصولاتی می شود که مانند زباله های حاصل از شکاف هسته ای خطرناک نمی باشند. از این رو به علت پاک بودن این انرژی توجه زیادی به آن می شود.در راستای انجام تحقیقاتی برای دستیابی به این تکنولوژی دستگاه پلاسمای کانونی ساخته شد. این دستگاه در ابتدا به عنوان منبع تولید نوترون های پر انرژی ساخته شد ولی پس از مدتی به عنوان یک دستگاه کم هزینه و با کاربردهای چندگانه مورد توجه دانشمندان و به خصوص دانشمندان کشورهای در حال توسعه قرار گرفت.دستگاه پلاسمای کانونی در اواخر دهه 1985، اوایل دهه 1960، توسط فیزیکدانان اولی (فیلیپوف) و فیزکدانان آمریکایی (مدر) ساخته شد و به سرعت به عنوان دستگاهی کارا و جالب برای تولید پلاسما و تابش های آن مورد توجه قرار گرفت. پلاسمای کانونی (PF) از هنگام اختراعش در دهه 1960 قویترین چشمه پلاسمایی نوترون به شمار می رفت، تا اینکه با اختراع روش گرمایش توکامک با اشعه خنثی این دستگاه جای پلاسمای کانونی را به عنوان قویترین چشمه پلاسمایی نوترون گرفت. ولی ارزانی و سادگی سیستم پلاسمای کانونی باعث شده که برای استفاده های مختلفی مورد توجه قرار گیرد. حتی آژانس بین المللی انرژی اتمی نوعی از این دستگاه ها را برای جهان سوم طراحی کرد.دستگاه پلاسمای کانونی می تواند به عنوان منبع تولید اشعه ایکس سخت و نرم به کار رود که به علت پالسی بودن این اشعه می تواند برای عکسبرداری از وسایل سریع مانند موتور هواپیما به کار رود. از دیگر کاربردهای این دستگاه تولید الکترون و یون می باشد که فرآیند تولید آنها در بخش های بعدی توضیح داده می شود.یون های حاصل از این دستگاه می تواند برای کاشت یون استفاده شود. البته مهمترین کاربرد دستگاه پلاسمای کانونی، تحقیقات راجع به همجوشی هسته ای در هسته های سبک از قبیل دوتریم، تریتیم، هلیم و لیتیم است. پلاسما: پلاسما حالت گازی شکل از ماده است که در آن بر اثر دمای زیاد، اتم های ماده یونیزه شده و گازی متشکل از الکترون ها و یون ها، تولید می شود. با تبدیل شدن یک ماده به پلاسما، خواص جدیدی در آن ظاهر می شود. بر خلاف گازهای معمولی ( که اتم خنثی دارند)، پلاسما می تواند هادی جریان الکتریکی باشد، از خود نور گسیل کند، تحت تأثیر امواج الکترومغناطیسی قرار بگیرد و رفتار جمعی از خود نشان دهد که نه تنها به شرایط موضعی بلکه به حالت پلاسما در مناطق دور نیز بستگی دارد. پینچ (pinch):پینچ پلاسما در حقیقت فشرده شدن پلاسما توسط میدان مغناطیسی ناشی از جریان الکتریکی می باشد. در سیستم های پلاسمای کانونی که در بخش بعد توضیح داده خواهد شد، یک جریان الکتریکی نسبتاً زیاد به هنگام تخلیه الکتریکی در داخل پلاسما ایجاد می شود که در اثر بر هم کنش با میدان مغناطیسی بوجود آمده از میدان الکتریکی فشرده می شود و پلاسمای موجود در سیستم را نیز فشرده می نماید. این پدیده به اثر پینچ در پلاسما معروف است. اثر پینچ اساس محصور سازی مغناطیسی پلاسما در سیستم هایی نظیر پینچ در راستای z ، پینچ در راستایө و پلاسمای کانونی می باشد. به این ترتیب می توان گفت که عامل اصلی پینچ پلاسما، بر هم کنش یک جریان الکتریکی قوی با میدان مغناطیسی ناشی از خود آن می باشد. پلاسمای کانونی: دستگاه های پلاسمای کانونی سیستم هایی هستند که با تکنولوژی نسبتاً ساده و ارزان توانایی تولید پلاسمای چگال با طول عمر نسبتاً کم را دارند. محدوده ی مشخصات این نوع پلاسما عبارت است از حجم 1cm3 چگالی 1025m-3 طول عمر 100ns، دما1KeV. ویژگی این سیستم ها باعث شده تا آنها مورد توجه پژوهشگران گداخت هسته ای و همچنین تولید و کاربرد پرتوهای یونی، الکترونی، نوترون و ایکس قرار گیرند]2و1[. سهولت نسبی تولید، ارزانی قیمت، شار زیاد و زمان کم تولید پرتو از سیستم های پلاسمای کانونی، بستر مناسبی را جهت کاربردهای صنعتی و پزشکی فراهم می آورد. زمان کم تولید پرتو( حدود 100ns) از یک طرف منجر به کاهش فوق العاده زیاد خطرات بهداشتی و زیست محیطی کاربران شده و از طرف دیگر این امکان را ایجاد می کند که به عنوان مثال وضعیت دقیق و واضح سوژه های متحرک در مقطع خاصی از زمان ثبت شود که این به نوبه خود زمینه ساز بسیاری از کاربردهای پزشکی و صنعتی می باشد.