[kingstars18]

بسم الله الرحمن الرحيم


الإخوة والأخوات أعضاء






كثيرا ما نرى الأفلام الرقيقة في حياتنا اليومية، في تطبيقات شتى، بدون أن نعرف كيف وصلبت إلينا ، وما هي الطرق التي عملها للحصول عليها، وهنا في هذا الموضوع سأفتح نافذة صغيرة ضمن النوافذ التي تفتح على هذا الميدان الشاسع.


وساضع بصورة متفرقة بعض الطرق المستخدمة في الحصول على الأفلام الرقيقة وربما بعضا من تطبيقاتها (بعضها في الصورة الموالية).




تعريف الفلم الرقيق (thin film) :

هو طبقة من مادة توضع فوق مادة من نوع آخر تسمى بـ "الدعامة" أو substrat.



الهدف من الطبقات الرقيقة (فلم رقيق) هو اعطاء مميزات خاصة لسطح الجسم ومن ثم الحصول على خواص نوعية للدعامة (بصفة عامة: خواص ميكانيكية) على سبيل المثال:

الناقلية الكهربائية : ملاحظة عينة باستعمال في SEM والذي هو نوع من المجاهر الإلكترونية أساسه التأثيرات المتابدلة لـ الإلكترون-المادة



في مجال البصريات:طلاء المرايا، في الخوذات المستعملة من رجال المطافئ لتقليل درجات الحرارة عليها، علاج العدسات المستعملة في النظارات حتى تصبح غير عاكسة للضوء وزجاج صلب(طبقات رقيقة بعد دراسة ميكانيكية وعادة ما يستعمل في ذلك البوليكاربنونات أو CR39 مع أن الثاني يُستعمل كثيرا، إلا أنني أفضل الأول كما يوجد أيضا PMMA الذي هو بوليمير ويستعمل أيضا في هذا الجانب)

هذه دراسة قد قمت بها سابقا بواسطة Micro Visio Scratch (جهاز لدراسة الإحتكاك والطوبولوجي للسطوح وقد تحدثت عنه قليلا في موضوع مقدمة في ميكانيكا البوليمير) وتوضح قليلا الفرق بين الفلم الرقيق لـ PMMA ، و CR39 عند تطبيق جهد عليهما بواسطة رأس الجهاز (9مم) :

والطريقة تتم (بشكل مبسط) مثلما هو موضح التخطيط التالي :



نعود للفرق :

PMMA



CR39



من أهم الإعتبارات التي تؤدي استعمال CR39 على PMMA هو معامل يونغ ، مع اعتبارات ميكانيكية متعلقة بلزوجة-مرونة المادة/، استخراج من عدة صور معدل نصف القطر ومن ثم معامل الإحتكاك/ مرونة المادة...إلخ، وحتى لا نتشعب كثيرا، إذا كان سؤال في هذا الجانب يمكن فتح موضوع خاص للحديث عن هذا الأمر

سمك الفلم الرقيق : يمكن أن يتغير من بعض الطبقات الذرية (النانومتر) حتى إلى بعض من الميكرومتر.

يعتمد هذا على الطريقة المستعملة ودراسة مسبقة لكفية التعامل مع المادة لتتوافق مع الطريقة المستعملة وما سأتحدث عنه لاحقا

مثال على ذلك :الخلايا الشمسية (طبقات رقيقة)






سرعة الوضع: سرعة وضع المادة على الدعامة مهمة جدا وتحدد خواص الفلم ، سمكه، تجانسه.

قبل دراسة سرعة الوضع، يجب القيام بدراسة دقيقى للزوجة المادة في وضعها السائل، في حالة كان لدينا مثلا نظام يسمى بـ "الكولو ويد" (سائل +جسيمات بداخلة) يجب دراسة الزوجة بالمقارانة مع عدد الجسيمات (particles) بداخله، المسافة بين كل جسيم وآخر ، ويتدخل ذلك عدة عوامل منها :

-في حالة صغر المسافة بين الجسيمات يؤدي إلى نقصان اللزوجة، كبرها، يعني زيادة اللزوجة (مع التأكيد على وجود جسيمات ذات حجم متماثل وهذا الأمر غير صالح إذا كانت ذات حجم غير متماثل).

- القوة الأيونية : زيادتها يعني نقصان الفراغات بين الجسيمات وبالتالي نقصان اللزوجة
- كمون زيطا : علاقة بما سبق إضافة إلى أن نقصان حجم الجسيمات، يؤدي إلى زيادة اللزوجة.

ويمكن اللعب على هذه الأمور بعدة حيل (حيل علمية !!!) :

*انقاص حجم الجسيمات يؤدي إلى نقصان الفراغات، أي نقصان السطح الملامس للسائل وبالتالي نقصان اللزوجة.
* جعل شحنات على سطح الجسيمات يؤدي إلى تجاذبات، وبالتالي نقصان المسافة بين الجسيمات مما يؤدي إلى زيادة اللزوجة.

....إلخ


نعود إلى قضية سرعة الوضع، عادة تكون ما بين 10 إلى 100نانومتر/دقيقة


مدة الوضع: مدة الوضع تحدد سمك الفلم.



صورة تبين حجم الفلم لمدتين مختلفتين من الوضع

[kingstars18]

طرق الحصول على فلم رقيق:

طريقة فيزيائية :وضع بواسطة قذف المادة في الفراغ ( PVD)

طريقة كيميائية : وضع كيميائي للمادة في حالة غازية

طريقة تحليل محلول كهربائيا: (anodisation)ا

إضافة غلى طرق أخرى مثل spin-coating و droap coating حيث في الطريقة الأولى يُعتمد على دوران الدعامة، التسارع، ومدة الوضع (إذا كان لديكم أسئلة حوله، يمكن شرحه بدقة إن أردتم ذلك)



صورة للجهاز:





1- الطريقة الفيزيائية :

هذه الطريقة( PVD أي Physical Vapor Deposition) تسمح بصنع فيلم ذو سمك بمقدار الميكرومتر أو النانومتر، وتتم في وجود حالة غازية للمادة داخل الفراغ (من أجل العمل في ضغط منخفض و رفع درجة الحرارة) ثم تتكاثف على سطح الدعامة لنتحصل على فلم رقيق أو طبقات رقيقة، هناك عدة أمثلة على حسب المعطيات، وهذا مثال لذلك في الشكل التالي :

[info]الطريقة رائعة، لكن ما يٌعاب عليها أن تستهلك كثيرا من الطاقة[/info]




2- الطريقة الكيميائية :

وتسعمل في عدة تطبيقات ومن أهمها أنصاف النواقل
وتوجد عدة طرق متفرعة لهذه الطريقة منها ما يتم :
-في درجة حرارة مرتفعة
- ما يتم في درجة حرارة منخفضة (استعمال البلازما) هذه الأخيرة تمكن من وضع أشكال معينة ومحددة غير ممكن وضعها بالطريقة السابقة.

مبدأ العمل (باستعمال البلازما):

ويتم هذا بالمبدأ المعروف، حيث يدخل الإلكترون في تصادم مع الذرة، بطاقة تكفي لنزع إلكترون (هذا المبدأ يستعمل في الميكروسكوب الذي تحدثنا عنه سابقا وهو SEM وإذا كان لديكم أسئلة حول هذا الأمر، يمكن فتح موضوع حوله)

طاقة التأين لذرة أو جزيئ هي الطاقة اللازمة إعطاؤها لذرة من أجل نزع إلكترون منها (بالنسبة لذرة الهيديروجين، نموذج بور سيكون تطبيقه سهلا بحساب الطاقة عند اللانهاية ناقص طاقة المستوى القاعدي E0) ووضع القيمة المطلقة للنتيجة المتحصل عليها)




وعندما يطبق الأمر على غاز (يكون أغلبه أو بعضه متأينا) سنكون في حالة بلازما(ذات حرارة منخفضة، أو ذان حرارة مرتفعة) ويحدث ذلك في غرفة تأين البلازما:





الدعامة توضع في درجة حرارة مرتفعة ، أما البلازما فدورها رفع حجم التفاعلات وبالتالي سيسمح لنا بالعمل في درجة حرارة منخفضة نوعا ما وبالتالي الحفاظ فقط على درجة حرارة الدعامة مرتفعة.

وهذا مثال للأجهزة التي تتم بها العملية بواسطة البلازما




بالنسبة للطريقة الثالثة للحصول على فلم رقيق و التي ذكرتها أعلاه، تعاملي معها معدوم وبالتالي أكتفي بما ذكرته سابقا.


الميدان كبير ومتشعب وتطبيقاته كثيرة جدا


وان شاء الله، قد أفتح موعات جانبية حول عديد من النقاط التي تحتاج شرحا أكبر موسعا لفهمها جيدا، فقد حاولت قدر الإمكان تبسيط الامور، لأن هناك الكثير من الأساسيات خاصة في الجانب الميكانيكي، ويحتاج وقتا وصبرا لفهمه. كما أن الأكيد أني قد نسيت كثيرا من الامور ان أسعفني الوقت ان شاء الله لشرحها في هذا الموضوع.

أتمنى لكم أقصى قدر من الإستفادة


ووفقكم الله لما فيه خير لأمتنا العربية والإسلامية

والسلام عليكم ورحمة الله تعالى وبركاته

[nuha1423]

بسم الله الرحمن الرحيم

السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

سلمت يداك بارك الله فيك وجزاك خيراً

وعندما يطبق الأمر على غاز (يكون أغلبه أو بعضه متأينا) سنكون في حالة بلازما(ذات حرارة منخفضة، أو ذان حرارة مرتفعة) ويحدث ذلك في غرفة تأين البلازما:

هل يمكن أن توجد البلازما إلا في حالات ذات حرارة مرتفعة ؟

الموضوع شيق جداً

شكراً لك

[البيلسان2010]

بوركت جهودك أستاذنا

[kingstars18]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة nuha1423 بسم الله الرحمن الرحيم السلام عليكم ورحمة الله وبركاته سلمت يداك بارك الله فيك وجزاك خيراً هل يمكن أن توجد البلازما إلا في حالات ذات حرارة مرتفعة ؟ الموضوع شيق جداً شكراً لك

شكرا لك أستاذة نهى لسؤالك، لأني أحب الأسئلة بعد وضع موضوع أو فكرة...فبها يزداد الاستيعاب من السائل أو القارئ وتُعالج النقاط التي ربما لم تؤخذ في لب الموضوع

من خلال المقارنة بين سؤالك

هل يمكن أن توجد البلازما إلا في حالات ذات حرارة مرتفعة ؟

وكلامي الذي قلته سابقا والمقتبس من طرفك

وعندما يطبق الأمر على غاز (يكون أغلبه أو بعضه متأينا) سنكون في حالة بلازما(ذات حرارة منخفضة، أو ذان حرارة مرتفعة) ويحدث ذلك في غرفة تأين البلازما

ولو أن الجملة قد تخللها خطأ في الكتابة، لكن ما ذكرته سابقا هو أن البلازما يمكن أن تكون في حالة مرتفعة الحرارة أو منخفضة، أليس كذلك؟

المثال المستعمل في CVD هو بلازما منخفضة الحرارة، فالبلازما ذات الحرارة المرتفعة تكون حرارتها ما بين 10^4 إلى 10^6 كيلفين/ وبالتالي هي مستهلكة لطاقة كبيرة جدا ويحدث هذا في النجوم أو في المخبر، وهنا يتم في CVD الحفاظ على تسخين الدعامة من أجل الحصول على التفاعلات كاملة بالمقابل يُستعمل البلازما في حالة منخفضة الحرارة أو باردة ان صح التعبير.

هناك مقال للعالم الشهير فاينمان مع Teller (صاحب الكمون الشهير مع poschl) إضافة إلى كاتب ثالث لا أذكر اسمه منشور في مجلة physical revew عام 1949 على ما أظن، والذي يعتبر أول نموذج ذري للبلازما (قرأته في صورة ورقية وان وجدته في صورة إلتكرونية سأرسله لك)، وكان بكل بساطة (بساطة القول)أن الوضعية الإلكترونية تخضع لتوزيع توماس-فيريمي وهو توزيع ليس بالكلاسيكي وإنما quasi classic حيث توزيع الطاقة يكون بنموذج فيرمي-ديراك وأظن أخي البالود قد تحدث عنه قليلا في موضوعه كُثافة بوز-أينشتاين في منتدى الكم وقد كانت لي مداخلة فيه، لكن هذا النموذج لفاينمان مع تيلر والشخص الثالث الذي قلت أني لا أذكر اسمه، غاب في نموذجهم الحديث عن electronic layers ، أما من ناحية الديناميكا الحرارية فكان كافيا جدا وهو ما نحتاجه في حالة البلازما.

أعود لقضية البلازما ذات الحرارة المنخقضة والمرتفعة، فإنه في الأولى (ذات الحرارة المنخفضة) تكون درجة حرارة الأيونات أقل من درجة حرارة الإلكترونات والأيونات الباردة ان صح التعبير تعتبر غير متفاعلة مع الوسط. أما في البلازما الساخنة ان صح التعبير، فالأيونات تكون لها تقريبا نفس درجة حرارة الإلكترونات وتتفاعل أيضا مع الوسط، وهنا أظن أنك تلاحظين بكل تأكيد الفارق في التفاعلللأيونات بين الحالتين وتطبيقها على CVD ، ففي حالة CVD يمكن أن نقول أن هذا الفارق قد عوض بتسخين الدعامة وهو ما ذكرته سابقا.

أي سؤال بهذه النقطة أو نقاط أخرى في الموضوع تفضلي، وسأجيب ان كان لي علم بذلك، حيث هناك الكثير من التشعبات .

[kingstars18]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة البيلسان2010 بوركت جهودك أستاذنا

شكرا لك أستاذة البيلسان وبارك الله فيك

[nuha1423]

شكراً لتوضيحك الوافي أستاذ الكنج

بارك الله فيك

كنا قد درسنا مادة البلازما في السنة الثالثة من دراستنا الجامعية

وأذكر أنها كانت مادة مثيرة جداً بالنسبة لنا كطالبات

مر على الأمر سنوات

والآن بموضوعك هذا ذكرتني تلك المادة التي لم يتح لي التعامل معها بعد تلك الدراسة

فمواد التعليم الثانوي لا تشير لها ولا حتى إشارة

ذكرك الله الشهادة وكل خير


شكراً لك

[bero]

وعليكم السلام ورحمة الله وبركاته

موضوع رائع جدا.. ويحتاج للتعمق فيه... ولكن نقص الامكانيات لدينا جعلتني ادرس المادة بشكلها الحجمي وقليل جدا بصورة افلام جاهزة استطعنا الحصول عليها بدون التطبيق العملي لمعرفة كيفية تحضيرها..

هل لي ببعض التساؤلات....

قبل دراسة سرعة الوضع، يجب القيام بدراسة دقيقة للزوجة المادة في وضعها السائل

هل تقصد هنا بسرعة الوضع أنها سرعة الترسيب على السطح؟؟؟

وما أهمية معرفة اللزوجة هنا؟؟ هل تريد بها مثلا تحديد كثافة المادة مثلا او الغرض هنا اللزوجة بحد ذاتها؟؟

عملت سابقاً على فلم رقيق جاهز حُضِّر بطريقة التبخير على السطح حيث لا نملك امكانيات تجهيز أفلام رقيقة ولكننا حاولنا بطرق يدوية وحصلت على فلم غير متجانس بطريقة وضع السطح المراد ترسيب المادة عليه (هنا كان زجاج لأن الدراسة كانت كهربية لا ضوئية), واللاتجانس هنا سبب بالحصول على نتائج رديئة.. حاولت بطريقة أخرى وهي جعل سطح الزجاج خشن بإحداث خدوش عشوائية على سطحة وطحنت المادة المراد دراستها طحنا ناعما علني استطيع الحصول على فيلم يمكن دراسة الخصائص عليه.. وبحكم دراستي الضوئية- الكهربية لم تنفع معي الطريقتان لأنني لابد لي من فلم متجانس حتى يحدث توصيل كامل عبر العينة..

لكننا لم نأخذ بإعتبارنا لا اللزوجة ولا الكثافة ولا المرونة!!!! فهل لي بمعرفة أهمية هذه المعاملات...

ومن حيث الفرق بين PMMA و CR39 ذكرت فرق المرونة وهذا يختص على ما اتوقع بالتركيب الداخلي للمادة فالأول كما ذكرت بوليمر والآخر يحتوي على كربون.. فخاصية المرونة تعتمد على ما تحتوية العينة من مواد... هل تفكيري في هذا الجانب صحيح؟؟؟


جزاك الله ألف خير...

[kingstars18]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة nuha1423 شكراً لتوضيحك الوافي أستاذ الكنج بارك الله فيك كنا قد درسنا مادة البلازما في السنة الثالثة من دراستنا الجامعية وأذكر أنها كانت مادة مثيرة جداً بالنسبة لنا كطالبات مر على الأمر سنوات والآن بموضوعك هذا ذكرتني تلك المادة التي لم يتح لي التعامل معها بعد تلك الدراسة فمواد التعليم الثانوي لا تشير لها ولا حتى إشارة ذكرك الله الشهادة وكل خير شكراً لك

شكرا لك أستاذة نهى لدعائك الصالح، بارك الله فيك

بالنسبة لنموذج فاينمان مع تيلر، كان ينقص اسم قد نسيته وهو ميتروبوليس Metropolis والنموذج يحمل الأحرف الأولى من أسماء الثلاثة واسمه FMT.

[kingstars18]

المشاركة الأصلية كتبت بواسطة bero وعليكم السلام ورحمة الله وبركاته موضوع رائع جدا.. ويحتاج للتعمق فيه... ولكن نقص الامكانيات لدينا جعلتني ادرس المادة بشكلها الحجمي وقليل جدا بصورة افلام جاهزة استطعنا الحصول عليها بدون التطبيق العملي لمعرفة كيفية تحضيرها.. هل لي ببعض التساؤلات.... هل تقصد هنا بسرعة الوضع أنها سرعة الترسيب على السطح؟؟؟ وما أهمية معرفة اللزوجة هنا؟؟ هل تريد بها مثلا تحديد كثافة المادة مثلا او الغرض هنا اللزوجة بحد ذاتها؟؟ عملت سابقاً على فلم رقيق جاهز حُضِّر بطريقة التبخير على السطح حيث لا نملك امكانيات تجهيز أفلام رقيقة ولكننا حاولنا بطرق يدوية وحصلت على فلم غير متجانس بطريقة وضع السطح المراد ترسيب المادة عليه (هنا كان زجاج لأن الدراسة كانت كهربية لا ضوئية), واللاتجانس هنا سبب بالحصول على نتائج رديئة.. حاولت بطريقة أخرى وهي جعل سطح الزجاج خشن بإحداث خدوش عشوائية على سطحة وطحنت المادة المراد دراستها طحنا ناعما علني استطيع الحصول على فيلم يمكن دراسة الخصائص عليه.. وبحكم دراستي الضوئية- الكهربية لم تنفع معي الطريقتان لأنني لابد لي من فلم متجانس حتى يحدث توصيل كامل عبر العينة.. لكننا لم نأخذ بإعتبارنا لا اللزوجة ولا الكثافة ولا المرونة!!!! فهل لي بمعرفة أهمية هذه المعاملات... ومن حيث الفرق بين PMMA و CR39 ذكرت فرق المرونة وهذا يختص على ما اتوقع بالتركيب الداخلي للمادة فالأول كما ذكرت بوليمر والآخر يحتوي على كربون.. فخاصية المرونة تعتمد على ما تحتوية العينة من مواد... هل تفكيري في هذا الجانب صحيح؟؟؟ جزاك الله ألف خير...

أستاذة bero، شكرا لك، وأهلا بأسئلتك ونفس ما ذكرته في تعقيبي على استفسار الأستاذة نهى.

أولا بالنسبة لمصطح الترسيب، في مشاركاتي سابقا كنت أقصد بالوضع أنه deposition، لكن كلمة ترسيب هل هيdeposition ؟ لأني أتخيل مثلا خليط غير متجناس لسائل + جسيمات صلبة، نقوم برجه،، وبعد فترة زمنية نشاهد ترسيب مثلا للجسيمات، لا أدري ان كان مصطلح ترسيب مناسبا في قولك؟

المهم مهما يكن من الأمر فإني أقصد بسرعة الوضع هي سرعة الترسيب كما سميتها.

أفضل مثال على تأثير السرعة وأسهلها فهما ، هو spin coating، فلا أدري ان تعاملت معه سابقا، لكن بما أنك عملت على أنصاف النواقل، فربما قد استعملته، لأنه حدث أن استعملته لعمل عينات من أنصاف نواقل عضوية، وخرج كل السائل عن الدعامة، نتيجة للسرعة المستعملة التي كانت على ما أذكر 2000RPM

طبعا السرعة كذلك متعلقة باللزوجة، وبمميزات سطح الدعامة، glass substrate ، wafer Si, PMMA.. ثم roughness للسطح

حسنا سأجيب عن أسئلتك الواحد تلو الآخر، و خطوة خطوة، يبقى تفاعلك مع الأسئلة حتى أوصل إليك ما أريد.

قبل بداية عمل ترسيب (سأستعمل هذه الكلمة للتعبير عن الوضع) على السطح، يجب عمل دراسة له، التوتر السطحي، adhesion، adherence، هل السطح hydrophilic أو hydrophobic؟ هذه دراسة تسبق أي ترسيب فقط للدعامة دون الحديث عن المادة المُراد ترسيبها، ولو أن الحديث عن adhesion و adherence يؤدي إلى الحديث عن المادة المُراد ترسيبها.

نسيت أيضا contact angle ، فكما تعلمين فإن معادلة يونغ هي صالحة فقط للسطوح التي تكون ناعمة، متجانسة، غير متشوهة وإيزوتروبية. أما إذا لم تكن كذلك، فالدراسة تكون مغايرة..فهل أدخلت أيضا في حساباتك هذا الأمر؟

حسنا بعد أن تجيبي على هذه الأسئلة، ما رأيك في النموذجين التاليين (ان مررت عليهما قبلا):

نموذج أو قانون Wenzel
علاقة Cassie-baxter

هذين الأمرين هما مفتاح الإجابة عن شق من سؤالك، وستستنتجين نتيجة عملك لخدوش على سطح الزجاج!!!!!