سنتز كنترل شده ميكروساختارهاي دوبعدي منظم در پلاسماهاي فعال با چگالي بالا

Controlled synthesis of ordered two-dimensional microstructures in reactive high-density plasmas

هدف از اين كار، بررسي ديناميك يون ها، الكترون ها و نانوذرات باردار درون غلاف پلاسماي غباري، به منظور تعيين شرايط مناسب جهت نهشت كنترل شده و گزينشي ذرات پلاسما روي سطح يك زيرلايه طرح دار شامل آرايه اي ازميكروساختارهاي منظم است. روش مورد استفاده در اين مطالعه، شبيه سازي عددي معادلات سيالي توصيف كننده ديناميك ذرات پلاسما درون غلاف پلاسمايي است. نتايج به دست آمده نشان مي دهد، با افزايش چگالي الكتروني ميزان كانوني كنندگي ميدان الكتريكي نانوساختار بيشتر مي شود، لذا نانوساختارهاي با نسبت نمود بالا توليد مي شود. افزايش دماي الكتروني باعث كاهش بار نانوذرات و در نتيجه كاهش شار آن ها بر روي نانوساختار مي شود. با افزايش چگالي تعداد و عدد ماخ نانوذرات، شار فرودي بر روي نانوساختارها و به تبع آن آهنگ رشد آن ها افزايش مي يابد. به علاوه شار فرودي با افزايش ارتفاع و دوره تناوب ميكروطرح رشد پيدا مي كند. از يافته هاي حاضر مي توان نتيجه گرفت كه براي رسيدن به آهنگ نهشت بالا و نانوساختارهايي با نسبت نمود بزرگ، بايد از يك پلاسماي چگال با دماي پايين و نانوذرات با سرعت فرودي بالا و ميكروطرح با دوره تناوب نسبتاً بزرگ استفاده نمود.

This work’s aim is to investigate the dynamics of ions, electrons, and charged nanoparticles inside the dusty plasma sheath, in order to determine the appropriate conditions for the controlled and site selective deposition of plasma particles on a pre-patterned substrate of ordered microstructures. The approach used in this study, is the numerical simulation of the fluid equations, describing the dynamics of plasma particles inside the plasma sheath. The results obtained, show that the focusing effect of the electric field of nanostructures increases with the increasing of the electron number density, leading to the growth of high aspect ratio nanostructures. Increase in the electron temperature, results in the decreasing of the charge of nanoparticles, and consequently in the decreasing of the incident flux on the nanostructures. The enhancement of the number density and Mach number of the nanoparticles, leads to the enhancement of the flux on nanostructures and as a result their growth rate increases. Moreover, the incident flux grows with the increasing of the height and period of micro-pattern. From the present findings it can be concluded that to achieve high deposition rates and nanostructures with a large aspect ratio one should employ a high density, low temperature plasma, large impinging velocity of nanoparticles, and a micro pattern with a relatively large period.