شرکت مهندسی نانو آداک

طراحی و ساخت، تأمین مواد و تجهیزات

طراحی و ساخت، تأمین مواد و تجهیزات

به وب سایت شرکت مهندسی نانو آداک خوش آمدید
شرکت مهندسی نانو آداک

آدرس :
دفتر فروش: تهران، خیابان فاطمی، خیابان زرتشت غربی، خیابان مهدوی، پلاک 4، زنگ 2
تلفن تماس : 88962035 - 021
(ساعات تماس: 9 الی 17)
شماره تلگرام: 09306522025
فکس: 89782452 - 021
سامانه ی پیام کوتاه : 02188962035
Email : Nanoadaktrading@gmail.com

crisp

۹ مطلب با کلمه‌ی کلیدی «پژوهش صنعت آریا» ثبت شده است


با پیشرفت روزافزون تکنولوژی، نیاز به ساخت و توسعه ابزارهای الکترونیک با ابعاد کوچکتر، سرعت بیشتر، مشخصات مطلوب تر و کارایی بهتر افزایش یافته است. در این راستا تحقیقات فراوانی جهت پیشرفت روش‌های ساخت بر پایه نانوتکنولوژی صورت گرفته است. روش لیتوگرافی یکی از روش های متداول برای ساخت مدارهای الکترونیک می باشد که با گسترش و ظهور ابزارهایی نظیر میکروسکوپ های الکترونی و میکروسکوپ‌های پروب روبشی توسعه یافته و امروزه ساختارهایی به اندازه 10 نانومتر با دقت و کیفیت بالا، با استفاده از این روش ساخته می شوند. محققان در تلاش هستند تا بتوانند تکنیک های نوظهور لیتوگرافی را به روش‌های صنعتی تبدیل کرده و هزینه تولید قطعات با استفاده از این روش را کاهش دهند. در این مقاله به مباحث پایه و معرفی کلی انواع روش‌های تولید تحت عنوان لیتوگرافی پرداخته خواهد شد. همچنین روش لیتوگرافی نوری به عنوان یک روش قدیمی مورد بحث قرار خواهد گرفت و معایب و مزایای آن بررسی خواهد شد.


1- مقدمه :
امروزه با رشد اکثر صنایع از جمله صنعت میکروالکترونیک ( Microelectronic)، ابعاد اجزا در این سیستم‌ها و به خصوص در مدارهای میکروالکترونیک به طور مداوم در حال کوچک شدن است. این پدیده می‌تواند مزایایی از جمله کاهش مصرف مواد اولیه و انرژی،کاهش قیمت تمام شده قطعات و مینیاتوریزه کردن قطعات را شامل شود. همچنین گرایش به کاهش ابعاد، منافع دیگری از جمله افزایش سرعت و راندمان قطعات الکترونیکی را نیز به دنبال دارد [1].

از زمان ساخت مدار مجتمع، تعداد ترانزیستورهای موجود در واحد سطح تراشه های نیمه هادی هر 18 ماه دو برابر می شود. این پیشگویی توسط مور (Moor) دردهه 80 میلادی بیان گردید که طی دو دهه اخیر رخ داده است. از این رو صنعت، نیازمند استفاده از روش هایی جهت ساخت قطعات در ابعاد نانو می باشد[1] . امروزه تلاش های گسترده ای برای پیشرفت روش های ساخت نانو ساختارها (Nanofabrication) صورت می گیرد. یکی از استراتژی های بالا به پایین در ساخت ابزار نانو، که از تکنیک لیتوگرافی (Lithography) متداول ایجاد شده است به عنوان نانولیتوگرافی شناخته می شود [6-1].

2- معرفی لیتوگرافی :
لیتوگرافی یک واژه یونانی است که از دو قسمت لیتوس (Lithos) به معنای سنگ و گرافی (Graphia)به معنای نوشتن و حکاکی کردن، تشکیل شده است. با ترجمه کلمه به کلمه این واژه به صورت حکاکی بر روی سنگ معنی می شود [3]. این روش شامل تشکیل یک طرح لیتوگرافی از یک الگو روی یک ماده الکترونیک و انتقال آن طرح به ماده‌ای دیگر جهت تولید یک ابزار الکترونیکی یا نوری می باشد [6-1].

3- تقسیم بندی روش های لیتوگرافی:
تکنیک‌های لیتوگرافی را می‌توان به شیوه‌های گوناگون دسته‌بندی کرد. البته در طول زمان با پیشرفت ابزارها و ظهور تکنولوژی‌های جدید، این تکنیک به صورت روش‌های بسیار پیچیده و دقیق به تحت عنوان نانولیتوگرافی، برای معماری در ابعاد مولکولی و نانو توسعه داده شده‌اند؛ به طوری که در دهه های اخیر از این روش به طور وسیع برای ساخت مدارهای مجتمع، ابزارهای ذخیره اطلاعات، سنسورهای مینیاتوریزه شده، سیستم های میکروالکترومکانیک (MEMS) و نانوالکترومکانیک (NEMS) تراشه های زیستی استفاده می شود [6-1].

تکنیک های لیتوگرافی بر اساس ابزار مورد نیاز، روش انتقال تصویر و استراتژی الگوگذاری به دو روش تقسیم می‌شوند، که شامل نوشتن(حکاکی) مستقیم و یا انتقال طرح با استفاده از ماسک نوری با روش های متداول تابش و برخی روش های توسعه یافته می باشد. روش اول تحت عنوان حکاکی ردیفی (Serial Writing) و روش دوم به عنوان روش های تکرار موازی (Parallel Replication ) شناخته می شوند [3-1].

روش های تکرار موازی شامل روش هایی همچون لیتوگرافی نوری، چاپ تماسی و لیتوگرافی مهر نانو می باشد که برای تولید با بازده بالا و در سطح وسیع کاربرد دارند، با این حال در این روش نمی توان طرح ها را به صورت دلخواه اعمال کرد [3-1]. به عنوان مثال، روش چاپ میکروتماسی یک روش شناخته شده برای انتقال مولکول ها از ماده مورد نظر برای ایجاد طرح به زیرلایه، در اثر تماس فیزیکی می باشد. مثالی از این روش در شکل 1 نشان داده شده است [2].

filereader.php?p1=main_ec6ef230f1828039e
شکل 1 -تصویر شماتیکی از مولکول های alkanethiol از یک مهر الاستومری به زیرلایه [2] .



روش حکاکی ردیفی، مانند لیتوگرافی پروب روبشی، امکان تولید الگوهای دلخواه را با رزولوشن بالا و ثبت دقیق فراهم می کند، ولی بازده و خروجی محدودی دارد [2]. لیتوگرافی پروب روبشی (SPL= Scanning Probe Lithography) به تکنیک های بر پایه (SPM=Scanning Probe Microscopy) اطلاق می شود که طرح را بر روی زیرلایه با استفاده از روش های مختلف مانند خراش، نوشتن و تابش ایجاد می کنند. ساختار حاصل از این دستکاری (Manipulation) دارای ابعادی بین 100-10 نانومتر می باشد. سه نوع اصلی پروب برای تکنیک SPL وجود دارد که شامل:

(AFM=Atomic Force Microscopy)،
(STM=Scanning Tunneling Microscopy) و
( SNOM(Scanning Nearfield Optical Microscopy می باشند [3].


با بهبود رزولوشن حاصل از تکنیک لیتوگرافی به حدود چند نانومتر، از این روش برای مشخصه یابی سطوح نیز استفاده می شود. این فرآیند برای ایجاد الگو روی سطوح نیازمند ابزار و فناوری پیشرفته مانند یک نانو قلم به همراه جوهر مولکولی می باشد [3].
نکته قابل توجه دیگر این است که انتقالات انجام شده با روش های لیتوگرافی سبب افزایش دما تا بالای 100 درجه سانتیگراد می شود. این در حالی است که مواد زیستی در این دما غیرفعال می شوند. تکنیک های SPL نیاز به چنین دمایی ندارند و از این رو برای دستکاری مواد زیستی ونرم مناسب می باشند [3].

3-1- لیتوگرافی نوری:
قدیمی ترین روش برای ایجاد طرح، لیتوگرافی نوری است؛ به طوری که صنعت نیمه هادی‌ها، به لیتوگرافی اشعه ماوراء بنفش وابسته است. در این فرآیند، الگو در یک لایه تصویری که ماده مقاوم (Resist) نامیده می شود، تشکیل میگردد. این لایه مقاوم حساس به نور بر روی زیرلایه ای از جنس نیمه هادی (به عنوان مثال ویفر سیلیکونی) قرار گرفته و سطح آن را می پوشاند. برای پوشش سطح با ماده مقاوم، مقدار کمی از آن به شکل محلول مایع روی سطح زیرلایه توزیع می شود. سپس زیرلایه تحت سرعت بالایی حول محور خودش چرخانده می شود، که در طی آن ماده اضافی از سیستم خارج شده و محلول نیز تبخیر می شود. درنتیجه لایه نازکی از ماده مقاوم جامد (2-0.1 میکرون) روی سطح زیرلایه شکل می گیرد. برای متراکم نمودن ماده مقاوم و همچنین خروج حلال باقیمانده، زیرلایه پوشش داده شده با ماده مقاوم تحت یک عملیات حرارتی به عنوان پخت، قرار می گیرد. پس از این مرحله، زیرلایه پوشش داده شده با ماده مقاوم برای ایجاد طرح آماده است [7-1].

filereader.php?p1=main_1d665b9b1467944c1
شکل 2 - پوشش سطح زیرلایه توسط ماده مقاوم [7].

برای ایجاد طرح، مناطقی از ماده مقاوم به صورت انتخابی تحت تابش اشعه قرار می گیرد. در طی فرآیند تابش، اشعه ماوراءبنفش از میان ماسک نوری (معمولاً از جنس کوارتز) عبور می کند که این ماسک اجازه عبور نور را بر اساس طرح مدار مورد نظر به ماده مقاوم فراهم می کند. واکنش های ایجاد شده در ماده مقاوم در اثر تابش، اتصالات مولکولی را در آن تغییر می دهد. پس از آن، زیرلایه پوشش داده شده با ماده مقاوم و در معرض تابش قرار گرفته، در یک حلال مناسب شستشو داده شده و طرح مورد نظر در اثر فرآیند اچ ایجاد می گردد. با تکرار این فرآیند امکان تشکیل طرح های پیچیده روی سطح فراهم می شود [7-1].

در این روش ماده مقاوم، لایه‌ای از تصویر را تشکیل می دهد که روی سطح زیرلایه قرار می گیرد. در طی فرآیند لیتوگرافی یک تغییر شیمیایی در خلال تابش موضعی در ماده حساس به تابش ایجاد می شود. مقاوم های تجاری موادی پلیمری هستند که به راحتی روی زیرلایه قرار می‌گیرند. همچنین این مواد انعطاف پذیر بوده و حساسیت بالایی دارند. در اثر تابش، وزن مولکولی پلیمر و در نتیجه قابلیت انحلال آن در حلال تغییر می کند. تغییر حلالیت به علت برش زنجیر (مقاوم مثبت) و یا اتصال عرضی (مقاوم منفی) در پلیمر می¬باشد. در مورد مقاوم مثبت، با برش ایجاد شده در اثر تابش، انحلال افزایش می یابد و در مورد مقاوم منفی، قابلیت انحلال در اثر تابش کم می شود [5-1]. به طور مثال (PMMA(polymethylmethacrylate یکی از انواع مقاوم های مثبت می باشد. به هر حال مقاوم های منفی رزولوشن و کانتراست کمتری نسبت به مقاوم های مثبت دارند. مواد مقاوم غیرآلی نیز مانند نمک های هالید فلزی، اکسیدهای فلزی و اکسیدهای نیمه هادی وجود دارند [1].

filereader.php?p1=main_7bc3ca68769437ce9
شکل 3 - تصویر شماتیکی از لیتوگرافی نوری [5].



3-2- محدودیت لیتوگرافی نوری:
محدودیت ذاتی تکنیک لیتوگرافی در تولید ابعاد مورد نظر، از محدودیت رزولوشن تکنیک های نوری نشأت می‌گیرد. رزولوشن در یک سیستم متناسب با طول موج اشعه استفاده شده است. به عبارت بهتر طول موج منبع نوری، کوچکترین اندازه قابل دستیابی را برای ابزار تعیین می کند. بر اساس منبع تابش، حداقل اندازه طرح قابل دستیابی (MFS= Minimum Feature Size) از رابطه زیر بدست می آید:


filereader.php?p1=main_cda522d4353b166cc



در این رابطه K یک عدد ثابت است که به کانتراست و سایر ویژگی های ماده مقاوم و حساس به نور مورد استفاده وابسته است. λ طول موج تابش و NA سنجش ظرفیت گردآوری نور (Numerical Aperture ) است که به صورت سینوس زاویه گردآوری لنز تعریف می شود و مقیاسی از اندازه لنزهای سیستم می باشد [7،3،4].


2-2- توسعه روش های لیتوگرافی:
جهت دستیابی به رزولوشن بالاتر و ابعاد کوچکتر در مقیاس نانو، نیاز است که طول موج نور مورد استفاده کاهش یابد. جهت غلبه بر این مشکل، روش های دیگر لیتوگرافی مانند روش های مبتنی بر استفاده از باریکه ذرات، توسعه پیدا کردند. در این روش‌ها یون ها، الکترون ها یا اتم های خنثی برای جدا کردن بخشی از سطح استفاده می شوند. بنابراین تولید ساختارهایی با ابعاد کوچکتر با استفاده از لیتوگرافی حد نهایی اشعه ماوراء بنفش (EUV= Extreme UltraViolet Lithography )، لیتوگرافی اشعه X، لیتوگرافی باریکه الکترونی (EBL= Electron Beam Lithography) ، لیتوگرافی باریکه یونی متمرکز شده (FIB= Focused Ion Beam Lithography) ، لیتوگرافی میکروسکوپ پروب روبشی و روش های بر پایه مهر (استامپ) امکان پذیر می‌گردد [6-1].

لیتوگرافی حد نهایی اشعه ماوراء بنفش و اشعه X، مانند لیتوگرافی نوری از امواج الکترومغناطیس ماوراء بنفش و X با انرژی بالا استفاده می کنند و روند کار مشابه لیتوگرافی نوری است، ولی بدلیل انرژی بالای این دو طیف، نیاز به چیدمانی از مواد مقاوم با قابلیت خاص و اپتیک ویژه می باشد [7].
لیتوگرافی باریکه الکترونی، از ستونی از الکترون ها با انرژی قابل کنترل و تغییر، با کمک میکروسکوپ الکترونی، برای لیتوگرافی استفاده می کند، که به طور کامل در بخش های بعدی درباره آن بحث خواهیم کرد.

لیتوگرافی باریکه یونی متمرکز شده، از باریکه یونی متمرکزشده گوسین برای حکاکی استفاده می کند. مهمترین مزیت این روش تطبیق پذیری بالای آن است، به نحوی که طرح های لیتوگرافی می توانند با فرآیندهایی شامل تابش یونی به یک ماده مقاوم، آسیاکاری یونی، اچ القا شده یونی یا کاشت یونی در مناطق مورد نظر ایجاد شوند. ابعاد این طرح ها می تواند به زیر 100 نانومتر نیز برسد[1].

لیتوگرافی بر اساس مهر یک روش غیرتابشی است، که اصولاً یک روش قالبگیری میکرونی می باشد. ابتدا باید الگویی از طرح ایجاد شود. در مورد لیتوگرافی مهر نانو این الگو از جنس نیکل یا سیلیکون می باشد. برای ایجاد طرح بر روی زیرلایه، مقدار کمی از یک مایع بر روی سطح توزیع می شود و الگو بر روی آن، در اثر اعمال فشار مهر شده و سپس طرح بر روی زیرلایه ثابت می شود [7].

filereader.php?p1=main_13207e3d5722030f6
شکل 4 - نمایی شماتیک از فرآیند لیتوگرافی بر پایه مهر [7]. (قابل حذف مشابه به چاپ میکرو تماسی)



نتیجه گیری :
لیتوگرافی، روشی با قابلیت تولید نانوساختارها با کیفیت و دقت ابعادی مناسب می باشد. بر اساس ابزار به کار رفته برای ایجاد طرح مورد نظر؛ دقت، رزولوشن طرح و ابعاد قابل دستیابی متفاوت است. برای رسیدن به ابعاد کوچکتر و دقت ابعادی بالاتر، روش هایی همچون لیتوگرافی پروب روبشی و یا لیتوگرافی با اشعه X و باریکه الکترونی توسعه داده شده اند. با این حال، این روش ها نسبت به لیتوگرافی نوری پر هزینه تر بوده و قابلیت تولید انبوه را ندارند، و محققان در تلاش هستند تا بتوانند از این تکنیک ها در تولید انبوه ابزارهای الکترونیک با کیفیت بالا استفاده کنند.


منابـــــع :

  • 1. Edelstein, A.S., Cammarata, R.C. “Nanomaterials:Synthesis, Properties and Applications”, USA, Institute of Physics Publishing, (1996).
  • 2. Guo, Z., Tan, L. “Fundamentals and Applications of Nanomaterials”, USA, Artech House, (2009).
  • 3. Pradeep, T. “Nano: The Essential”, New Delhi, Tata McGraw-Hill Publishing Company, (2007).
  • 4. Hannink, R. H. J., Hill, A.J. “Nanostructure control of materials”, USA, CRC press, (2006).
  • 5. Geckeler, K.E., Nishide, H. “Advanced Nanomaterials”, VOL.1, UK, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co., (2010).
  • 6. Yang, L., Akhatov, I., Mahinfalah, M., Jang Z.B. “Nano-Fabrication: A Review”, Journal of the Chinese Institute of Engineers, VOL.30, No.3, pp. 441-446 (2007).
  • 7. Levinson, H.J. “Principles of Lithography”, Third Edition, USA, SPIE Press, (2010).


امروزه فناوری لایه نازک پیشرفت های چشمگیری داشته است و در بخش های مختلف صنعت استفاده می شود. می توان با استفاده از شیشه های با پوشش هایی که انتقال حرارت را در ساختمان ها کاهش می دهند، در مصرف انرژی و هزینه ها صرفه جویی کرد. همچنین می توان به روکش های لایه نازک با ویژگی های نوری مانند آنچه در لنزهای دوربین و عینک ها استفاده می شود، اشاره کرد. روش های مختلفی برای ساخت لایه های نازک به کار گرفته می شود که تبخیر حرارتی مبتنی بر مقاومت الکتریکی (Evaporative Deposition) یکی از آن هاست و این روش جزء روش های لایه نشانی فیزیکی بخار (Physical Vapor Deposition - PVD) محسوب می شود. لایه نشانی فیزیکی بخار نیز به نوبه خود جزء روش های لایه نشانی در خلا به شمار می آید. 
سه مرحله اصلی در هر فرایند لایه نشانی فیزیکی تحت شرایط خلا وجود دارد: (الف) تبخیر ماده منبع؛ (ب) انتقال بخار از منبع به ماده ای (زیرلایه) که می خواهیم لایه نشانی روی آن انجام شود و (ج) تشکیل لایه نازک روی زیرلایه با انباشت بخار منبع مورد نظر. با کنترل مقدار ماده انباشت شده می توان ضخامت لایه را تنظیم کرد.


1- مقدمه
برای ایجاد پوشش هایی با کیفیت بالا از روش های لایه نشانی در خلا می توان استفاده کرد. از جمله این روش ها؛ روش های لایه نشانی فیزیکی بخار (Physical Vapor Deposition =PVD) است که تبخیر حرارتی مبتنی بر مقاومت الکتریکی (Evaporative Deposition) یکی از انواع روش های PVD محسوب می شود. 
لایه نشانی به روش تبخیر حرارتی فرآیندی است که در محیط خلاء و به کمک اعمال جریان الکتریکی برای تبخیر ماده منبع صورت می گیرد و هدایت و انتقال ماده تبخیر شده به سمت زیرلایه بر اساس اختلاف فشار میان محلی که ماده منبع و زیرلایه قرار دارد، اتفاق می افتد. این روش لایه نشانی یکی از رایج ترین انواع لایه نشانی ها در ساخت لایه های نازک به شمار می رود. پارامترهایی که در این نوع لایه نشانی بایستی کنترل شوند، فشار محفظه و دمای بوته ای است که ماده منبع در آن قرار می گیرد. در این روش، ماده منبع که به عنوان پوشش استفاده می شود (مانند یک قطعه فلز) در یک ظرف (بوته) که با نام قایقک یا فیلامان نیز شناخته می شود و از جنس فلزات مقاوم است، قرار می گیرد. با عبور جریان برق از قایقک یا بوته و داغ شدن ماده مورد نظر به عنوان ماده منبع و تبخیر آن در محیط خلاء، به دلیل اختلاف فشاری که بین محل بوته و محل زیرلایه وجود دارد، یک لایه بسیار نازک بر روی زیرلایه قرار می گیرد. این روش پیشتر در اوایل قرن بیستم به منظور ساخت آینه های فلزی از آلومینیوم یا نقره یا قطعات ماشین آلات مورد استفاده قرار می گرفت.
همان طور که در شکل1 نمایش داده شده است سه مرحله اصلی در هر فرایند لایه نشانی فیزیکی تحت شرایط خلا شامل (الف) تبخیر ماده منبع، (ب) انتقال بخار از منبع به زیرلایه و (ج) تشکیل لایه نازک روی زیرلایه است.


filereader.php?p1=main_ec6ef230f1828039e
شکل1- طرح واره سه مرحله اصلی در هر فرایند لایه نشانی فیزیکی بخار (PVD): تبخیر از منبع؛ انتقال ماده تبخیر شده از بوته به سمت به زیرلایه به دلیل اختلاف فشار ایجاد شده؛ و انباشت ماده تبخیر شده روی زیرلایه و تشکیل لایه نازک.



فرایندهای لایه نشانی باید تحت شرایط خلا انجام شوند زیرا برای تبخیر حرارتی دمای بسیار بالایی نیاز است و هر فلز واکنش پذیری، در دمای بالا در مجاورت اکسیژن، اکسید می شود. از طرف دیگر حضور و برخورد مولکول های سایر گازها در مسیر انتقال ماده تبخیر شده از منبع به زیرلایه موجب می شود که نرخ لایه نشانی کاهش یابد و مانع از تشکیل لایه های با چگالی بیشتر شود. درحالیکه در شرایط خلا تعداد مولکول ها کاهش می یابند و میزان برخورد مولکول های ماده منبع با مولکول های موجود در محفظه، کاهش می یابد.

2- طرز کار لایه نشانی به روش تبخیر حرارتی
در این روش لایه نشانی، ماده منبع حرارت داده می شود تا ماده به صورت بخار از سطح ماده منبع آزاد شود و به-دلیل اختلاف فشار محیط اطراف زیرلایه با محیط اطراف منبع، ماده تبخیر شده به سمت زیرلایه حرکت می کند. هنگامی که اتم ها، مولکول ها و خوشه هایی از مولکول ها که در فاز بخار هستند به زیرلایه می رسند، چگالیده می شوند و از حالت بخار به حالت جامد تغییر فاز می دهند. گرمای چگالش به وسیله زیرلایه جذب می شود. از دیدگاه میکروسکوپی گرمایی که از این فرایند به دست می آید می تواند بسیار زیاد باشد، به طوری که اگر زیرلایه پلاستیکی باشد یا دمای ذوب آن پایین باشد، هنگام پوشش دهی و در حین لایه نشانی می تواند ذوب شود. با انجام آزمایش های مختلف و تنظیم فاصله مناسب بین منبع و زیرلایه می توان گرمای ایجاد شده را کنترل کرد تا مانع از ذوب شدن زیرلایه شد. در تبخیر حرارتی به روش مقاومت الکتریکی در واقع به ماده منبع، گرما داده می شود. این روش ساده ترین روش در میان روش های تبخیر حرارتی است که در محفظه خلا انجام می شود. با اعمال و گذر جریان الکتریکی از قایقک که در واقع یک نوع مقاومت الکتریکی است، دمای آن افزایش می یابد و درنتیجه ماده منبع که در داخل آن قرار دارد و می تواند یک عنصر فلزی یا آلیاژ مخلوط یا ترکیبی باشد، را تبخیر کند.

در این روش ولتاژ پایین و جریان بالا ( به عنوان مثال 10 تا 40 ولت به صورت DC و جریان الکتریکی برابر با 1 تا 10 آمپر) به محفظه خلا اعمال می شود. توان الکتریکی از فیلامان یا قایقک عبور داده می شود که در تماس با ماده منبع است. فیلامان یا قایقک معمولا از 1000 تا 2000 درجه سانتیگراد گرم می شود. برای تبخیر حرارتی موثر بایستی فشار بخار ماده منبع در دمایی که به فیلامان یا قایقک اعمال می شود، مقدار قابل قبولی باشد. دمای لازم برای تبخیر چند فلز درجدول 1، آورده شده است.



جدول 1 - دمای مورد نیاز برای تبخیر چندین فلز
filereader.php?p1=main_ce499dea30cfce118


تبخیر مواد حتی در دمای اتاق نیز اتفاق می افتد که اعمال گرمای بیشتر منجر به تسریع فرایند تبخیر می شود. در یک دمای خاص، فشار بخاری که از یک ماده ساطع می شود فشار بخار تعادلی نام دارد. شکل 2 نمودار فشار بخار تعادلی بر حسب دما را برای بعضی از مواد نشان می دهد.



filereader.php?p1=main_1d665b9b1467944c1
شکل 2- فشار بخار تعادلی تعدادی از فلزات در دماهای مختلف.


همان طور که گفته شد ارتباط میان فشار بخار تعادلی مواد و دما از آنچه در شکل 2 نشان داده شده است، پیروی می کند. با توجه به شکل 2، بعد از جیوه، کادمیوم در همه دماها، فشار بخار تعادلی بالاتری را نسبت به بقیه مواد دارد و کم ترین فشار بخار تعادلی متعلق به آهن است. مقدار عددی فشار بخار برای هر فلز در یک دمای مشخص را می توان از روی چنین منحنی هایی (منحنی فشار بخار مواد) به دست آورد. برای مثال کادمیوم در دمای 500 کلوین فشار بخار تعادلی تقریبا برابر با 3-10 میلی بار دارد اما آهن حتی اگر تا دمای 1000 کلوین حرارت ببیند، چنین فشار بخاری را نخواهد داشت. با استفاده از منحنی فشار بخار مواد و بر اساس فشاری که در محفظه لایه نشانی ایجاد شده است، می توان مقدار دمای مورد نیاز ماده منبع را برای تبخیر شدن به دست آورد.

تخمین دمای فیلامان دارای اهمیت است که به طور ساده برای سیمی که طول آن L و سطح مقطع آن A است رابطه میان دمای فیلامان (T) و توان الکتریکی اعمال شده (P) از رابطه زیر پیروی می کند:

filereader.php?p1=main_cda522d4353b166cc

i جریان الکتریکی اعمال شده، (0)ρ مقاومت الکتریکی در دمای مرجع، 293=(T(0 و n کمیت ثابتی است که معمولا مقدار آن نزدیک به عدد 1 است. L طول فیلامان و Ac مساحت سطح مقطع فیلامان سیمی شکل است.


شکل طرح واره محفظه ای را که برای ایجاد لایه های نازک به روش تبخیر حرارتی با استفاده از مقاومت الکتریکی استفاده می شود، نشان می دهد. تبخیر حرارتی معمولا در شرایط خلا بالا (فشار بین3-10 تا 9-10 میلی بار) و حتی خلا بسیار بالا (فشار بین 9-10 تا 12-10 میلی بار) انجام می شود. محفظه هایی که برای این منظور به کار گرفته می شوند بل جار (Bell Jar) نام دارند که امکان طراحی های گوناگونی را فراهم می آورند و با آنها می توان فرایند تبخیر را با صرف هزینه کم مشاهده کرد.



filereader.php?p1=main_7bc3ca68769437ce9
شکل 3- طرح واره لایه محفظه خلا برای ساخت لایه نازک به روش تبخیر حرارتی 


فیلامان ها یا قایقک هایی که برای قرار دادن ماده منبع استفاده می شوند معمولا از جنس تنگستن، مولیبدن، تانتالیوم، برونیترید و سرامیک و یا آلیاژهایی از این نوع مواد است. فیلامان ها بایستی نقطه ذوب بالا داشته باشد و قابلیت حل شدن آن در ماده منبع پایین باشد تا با ماده منبع آلیاژ تشکیل ندهند. همچنین در برابر شوک های حرارتی مقاوم باشد و ماده منبع بتواند آن را مرطوب کند (wet). بعلاوه این فیلامان ها بایستی در برابر گازهای موجود در محیط غیرفعال باشند. فیلامان ها در شکل های مختلفی مانند ورق و سیم های پیچیده شده که در شکل 4 مشاهده می شوند، ساخته می شوند.


filereader.php?p1=main_13207e3d5722030f6
شکل 4- فیلامان ها و بوته های گوناگونی که در لایه نشانی به روش تبخیر حرارتی به کار گرفته می شوند.



3- ویژگی های لایه نازک تشکیل شده به روش تبخیر حرارتی مبتنی بر مقاومت الکتریکی
ماده تبخیر شده در هنگام رسیدن به زیرلایه روی زیر لایه انباشته می شود. مراحل تشکیل لایه روی زیرلایه شامل هسته زایی و رشد است که ویژگی های فیزیکی لایه نشانده شده بر اساس پارامترهای مختلفی که در هسته زایی و رشد موثرند، توضیح داده می شود. در مرحله هسته زایی اتم ها و مولکول هایی که به سطح زیرلایه می رسند انرژی گرمایی خود را که ناشی از حرکت جنبشی آن است روی سطح مصرف می کنند و درواقع آن را به سطح منتقل می کنند. هنگامی که این انرژی به طور کامل از بین رفت مولکول ها به زیرلایه می چسبند و هسته تشکیل می شود. با ادامه یافتن تشکیل این هسته ها، لایه هایی به صورت ورقه های پیوسته شکل می گیرد و سرانجام زیرلایه را می پوشانند و به این ترتیب در حین رشدِ لایه ریزساختار، لایه نشانده شده گسترش می یابد. این ریزساختار از نظر اندازه ذره ها، جهتگیری آنها، تخلخل، ناخالصی های موجود و گازهای به دام افتاده مورد توجه اند. برهمکنش های شیمیایی میان اتم ها و سطح، قدرت پیوند میان لایه و زیرلایه را معین می کند. برای مثال طلا یک پیوند شیمیایی با دی اکسید سیلیکون (به عنوان زیرلایه) تشکیل نمی دهد، زیرا چسبندگی لایه های طلا روی شیشه بسیار ضعیف است. برای بهبود بخشیدن چسبندگی طلا به شیشه (دی اکسید سیلیکون) می توان یک لایه نازک پیوند دهنده 500 آنگسترومی مثلا از جنس کروم یا نایوبیوم روی شیشه نشاند و سپس لایه نشانی طلا را انجام داد. کروم و نایوبیوم با دی اکسید سیلیکون پیوندهای شیمیایی و با طلا پیوند فلزی برقرار می کنند. اصولا فرایندهای لایه نشانی تحت خلا در میان فرایندهای دیگری مانند لایه نشانی الکتروشیمیایی و پاشش شعله-ای که برای ایجاد لایه های نازک استفاده می شود، حائز اهمیت اند. زیرا از لایه نشانی تحت خلا، خلوص شیمیایی بالا، چسبندگی خوب میان لایه نازک و زیرلایه، کنترل تنش مکانیکی لایه، ساخت لایه های بسیار نازک و چند لایه هایی از مواد مختلف و همچنین کمترین میزان به دام افتادگی گاز حاصل می شود.

انرژی جنبشی اتم های فرودی، دمای زیرلایه، نرخ لایه نشانی، انرژی که در هنگام رشد لایه به آن اعمال می شود و حضور و اثر شارش گازها در هنگام انتقال ماده تبخیر شده از منبع به زیرلایه، پارامترهایی هستند که بر ویژگی های فیزیکی و شیمیایی لایه نازک مورد نظر موثرند و با تغییر و کنترل آنها می توان لایه نازکی را که قدرت مکانیکی، چسبندگی، بازتاب نوری، مقاومت الکتریکی، ویژگی های مغناطیسی و چگالی متفاوتی داشته باشد را ساخت.

از روش تبخیر حرارتی مبتنی بر مقاومت الکتریکی برای ساخت لایه های نازک رسانای الکتریسیته، رساناهای شفاف (لایه بسیار نازکی که نور می تواند از آن بگذرد)، لایه های نازک عایق الکتریکی، لایه های نوری، لایه های نازک کنترل کننده حرارت، در صنعت بسته بندی، دکوراسیون و پوشش های تزئینی، لایه های نازک سخت و مقاوم، ادوات ضبط مغناطیسی و پوشش های ضدخوردگی استفاده می شود.

با استفاده از تبخیر حرارتی می توان پوشش های ظریف با ضخامت یکنواخت و سختی مناسب را روی گستره ای از زیرلایه ها با جنس های متفاوت از فولاد تا انواع پلاستیک ایجادکرد.

4- مزایا و معایب
پوشش هایی که با روش تبخیر حرارتی ساخته می شوند را در گستره ای از دماهای مختلف از دمای اتاق تا دمای 500 درجه سانتیگراد می توان روی قطعات گوناگون قرار داد. با این روش پوششی بسیار یکنواخت می توان ایجادکرد که چسبندگی پوشش یا لایه نازک به زیرلایه را در مقایسه با برخی از روش های پوشش دهی، تا بیش از شش برابر افزایش می دهد. در مقایسه با افزایش طول عمر و کیفیت بالای پوشش، هزینه آن منطقی و حتی پایین ارزیابی می شود. رنگ زیبای حاصل از اکثر پوشش ها امکان استفاده از آنها را در قطعات لوکس و دکوری نیز فراهم نموده است.

منابـــــع :

  • 1. Milton Ohering, “Materials Science of Thin Films, Deposition and Structure”, 2nd Edition, New York, Academic Press (2002).

پیشرفت های گسترده ای در فناوری لایه  های نازک روی داده است که در بخش های مختلف صنعت کاربرد گسترده ای دارد. تا به امروز روش های مختلفی برای ساخت لایه های نازک معرفی شده است که روش کندوپاش (Sputtering) یکی از انواع روش های لایه نشانی فیزیکی بخار (Physical Vapor Deposition - PVD) محسوب می شودکه لایه نشانی فیزیکی بخار نیز به نوبه خود جز روش های لایه نشانی در خلا است. 
مانند سایر روش های لایه نشانی فیزیکی تحت شرایط خلا، روش کندوپاش نیز شامل (الف) تبخیر ماده منبع؛ (ب) انتقال بخار از منبع به زیرلایه و (ج) تشکیل لایه نازک روی زیرلایه با انباشت بخار منبع مورد نظر است. در روش کندوپاش، برای این که ماده منبع به فاز بخار خود منتقل شود، از بر هم کنش فیزیکی ذره هایی که به ماده منبع یا هدف (target) برخورد می کنند استفاده کرد. ماده هدف که به ولتاژ منفی متصل است، نقش کاتد را دارد. با بمباران و برخورد ذرات پر انرژی به سطح هدف، اتم ها یا مولکول های آن از سطح جدا شده و به بیرون پرتاب می شوند و درمیدان ایجاد کننده پلاسما شتاب می‌گیرند. زیرلایه به ولتاژ مثبت متصل است و در واقع آند است و لایه ای از جنس هدف روی آن انباشت می شود. این روش برای ایجاد پوشش و ساخت لایه های نازکی که کاربردهای مانند اپتیکی، ذخیره سازی مغناطیسی دارند، استفاده می شود.
با استفاده از ذرات با انرژی حدود 50 تا 1000 الکترون ولت سطح هدف بمباران می شود که با برخورد ذرات پر انرژی به هدف (‏target‏)، اتم های هدف به بیرون از آن پرتاب می‌ شوند. این فرایند، کندوپاش (Sputtering) نامیده می شود. کاتد یا هدف که از جنس ماده پوشش دهنده است به ولتاژ منفی متصل می شود. زیرلایه نیز در موقعیت آند قرار می گیرد. ابتدا فشار اولیه محفظه کندوپاش به ‏‎6-10 تا 10-10‎‏ تور می رسد و از آن جایی که متداول-ترین ‏شیوه برای فراهم کردن یون و تولید پلاسما، عبور مداوم گازی مانند آرگون است، با ورود این گاز به محفظه، فشار به ۱ تا ۱۰۰ تور‏ افزایش می یابد و در دمای نزدیک یا بالاتر از انرژی یونیزاسیون اتمی، با برخورد الکترون به اتم های گاز؛ این اتم ها به الکترون ها با بار منفی ویون ها با بار مثبت تجزیه می  شوند که به همین ترتیب الکترون اولیه و الکترون های ثانویه ای که در اثر یونیزاسیون تولید شده اند دوباره در یونیزه کردن سایر اتم های گاز شرکت می کنند و پلاسما یا قوس ‏درخشان که همان گاز یونیزه شده‌ای است که همه یا بخش قابل توجهی از اتم های آن یک یا چند الکترون از دست داده اند و به یون های مثبت تبدیل شده باشند، شکل می گیرد. پتانسیل منفی که به کاتد یا هدف اعمال می شود 5/0 تا5 کیلوولت است.
گاز و یا مخلوطی از گازهای مختلف با فشاری حدود چند تا چند صد میلی‌ تور به داخل محفظه کندوپاش وارد می شود. از آن جایی که آرگون نسبت به سایر مواد کندوپاش کننده نسبتا سنگین تر است ضریب نشر ثانویه بزرگ تری دارد (می تواند اتم ها یا مولکول های بیشتری را از سطح هدف جدا کند)، متداول ترین گازی است که برای تولید پلاسما در روش کندوپاش به کار برده می شود. در این روش استفاده از سایر گازهای نجیب مانند هلیوم یا نئون نیز امکان پذیر است. در صورت نیاز به واکنش حین کندوپاش می توان از گازهای اکسیژن و نیتروژن با نسبت های مشخص نسبت به گاز خنثی نیز استفاده کرد که در این صورت مشکلات مربوط به استوکیومتری در کندوپاش واکنشی (Reactive Sputtering) یا کندوپاش ترکیبات مختلف کاهش می یابد. شکل1، طرح واره سیستم کندوپاش را نشان می‌ دهد.

filereader.php?p1=main_3498f35c487f63a81
شکل 1 : طرح واره سیستم لایه نشانی کندوپاش

یونهای شتابدار، انرژی جنبشی بسیار بالایی دارند که رسیدن به این انرژی با حرارت دادن امکان پذیر نیست. از طرفی زیرلایه در معرض برخورد ذرات گوناگون مانند اتم های ‏هدف و یا یون های با انرژی کم تر قرار می‌گیرد. بنابراین اندرکنش میان یون ها و سطح فقط برای ‏سطح هدف مطرح نیست و این اندرکنش ها در سینماتیک جوانه زنی و رشد لایه ایجاد شده بر روی زیرلایه نیز اثرگذار است. کنترل بمباران یونی ‏هدف، خواص و ریزساختار لایه تشکیل شده را تعیین می‌کند 
1- فرایند کندوپاش
در فرآیند کندوپاش، در اثر تخلیه الکتریکی و یونیزاسیون گازی که به داخل محفظه کندوپاش وارد شده است، یون های مثبت ایجاد می شوند، این یون ها به سطح هدف برخورد و با انتقال انرژی و تکانه به آن، اتم هایی را از سطح هدف جدا می کنند که هدف را با مقادیر مشخصی از انرژی ترک می کنند. سپس این اتم ها در محیط خلا به سمت زیرلایه حرکت کرده و بر روی آن جمع می-شوند و در نتیجه یک لایه نازک ایجاد می شود. حد کندوپاش (Sputter Yield) بیانگر نسبت اتم های جدا شده از هدف به ازای هر یون برخوردی به سطح است که به عنوان مقیاسی برای بازده فرآیند کندوپاش در نظر گرفته می شود.
2- انواع روش های کندوپاش
متداول ترین روش کندوپاش، کندوپاش مغناطیسی است که در آن میدان مغناطیسی به موازات سطح کاتد اعمال می شود که باعث می گردد الکترون ها در نورانی به جای طی مسیر به صورت مستقیم به صورت مارپیچی حرکت کنند و علاوه بر اینکه الکترونها پرانرژی تر می شوند مسیر بیشتری را طی و اتمهای بیشتری را یونیزه می کنند (شکل 2). بنابراین میدان مغناطیسی، پلاسما را در اطراف سطح هدف محدود می‌ کند که این دام الکترونی آهنگ برخورد بین الکترون ها و مولکول های گاز که کندوپاش را به عهده دارند افزایش می دهد و سبب می شود که لایه نشانی در فشارهای پایین تر قابل انجام شود. میدان مغناطیسی با افزایش چگالی پلاسما، چگالی جریان در هدف یا کاتد را افزایش می دهد و در نتیجه آهنگ کندوپاش افزایش می یابد. به دلیل پایین بودن فشار گاز، ذرات کنده شده فضای محفظه را بدون برخورد طی می کنند که منجر به افزایش آهنگ لایه نشانی می شود. این روش در مقایسه با سایر روش ها، قابلیت لایه نشانی درمقیاس بزرگ را داراست. بنابراین برای کاربردهای صنعتی به طورگسترده استفاده می شود و به منظورافزایش آهنگ لایه نشانی ازکندوپاش مغناطیسی استفاده می گردد 

filereader.php?p1=main_a28315a3906deaab4
شکل 2 نمایی از کندوپاش مغناطیسی است که در آن میدان مغناطیسی به موازات سطح کاتد است و باعث می شود الکترون ها به جای طی مسیر به صورت مستقیم به صورت مارپیچی حرکت کنند و الکترون ها پرانرژی تر می شوند و مسیر بیشتری را طی و اتمهای بیشتری را یونیزه می کنند 

چنان چه ولتاژ منبع تغذیهDC باشد کندوپاش مستقیم نام دارد و معمولا برای لایه نشانی فلزات به کار گرفته می شود. برای لایه نشانی مواد عایق و نیمه رسانا از پتانسیل فرکانس ‏رادیویی(Radio Frequency - RF) استفاده می شود. برای برخی کاربردها به جای اینکه پلاسما، هدف را ‏کاملاً احاطه کند، استفاده از پرتو یونی راحت تر است که کندوپاش پرتو یونی نامیده می شود. در کندوپاش واکنشی که کاربردهای الکترونیکی دارد از گازهایی مانند ‏O2‎، ‏N2‎ و ‏H2S‏ استفاده می شود که کندوپاش واکنشی نام دارد. بعنوان مثال برای تولیدکربن شبه الماسی از کندوپاش واکنشی استفاده می شودکه با وارد کردن منابع گازی هیدروکربنی مانند متان، استیلن و یا هیدروژن همراه با گاز آرگون به داخل محفظه خلا، کندوپاش در حضورگازهای فعال متان و ... انجام می شود.
سیستم های پیچیده تری برای لایه نشانی به روش کندوپاش وجود دارد که با آن می¬توان از یک هدف که ترکیبی از مواد است استفاده کرد تا لایه ترکیبی ساخت. متداول¬ترین حالت سیستم کندوپاش ساخت چند لایه ای ها است که هر لایه روی لایه زیرین خود قرار می گیرد و بیش تر مصارف الکترونیکی دارد. 
دستگاه کندوپاش می تواند طراحی های مختلفی داشته باشد:
1- در سیستم کندوپاش مغناطیسی، میدان مغناطیسی در مجاورت کاتد، تله ای را برای ‏الکترون ها تشکیل می دهد (شکل 2). این میدان مغناطیسی چندان قوی نیست که بتواند یون ها را تحت تاثیر قرار دهد. الکترون ها تحت تاثیر میدان یکنواخت الکتریکی دارای سرعت در جهت مستقیم می باشند اما از آن جایی که در این نوع سیستمها میدان مغناطیسی نیز وجود دارد الکترون ها در ‏راستای میدان الکتریکی حرکت مارپیچ خواهند داشت (بنابراین مسیر بیشتری را برای یونیزه کردن تعداد بیشتر اتمها می پیماید). الکترون ها در صورتی می توانند از تله خارج شوند که انرژی آن ها چند صد الکترون ولت باشد. با برخورد الکترون هایی با انرژی چند صد الکترون ولت اتمهای گاز تبدیل به یون می شوند.از مزایای این دستگاه گرم نشدن زیرلایه، نرخ بالای لایه نشانی و قابلیت لایه نشانی در سطوح بزرگ است.
2- سیستم کندوپاش با دیود موازی که ساده ترین نوع سیستم است و ‏در آن هدف و زیرلایه به موازات یکدیگر قرار گرفته اند مانند آن چه در شکل1 مشاهده می شود.
3- سیستم کندوپاش با دیود مسطح که در آن هدف و زیر لایه مجاور هم قرار می گیرند. در این نوع سیستم در حین بمباران یونی، سطح زیرلایه نیز بمباران می شود و آلودگی های آن تمیز می شود. هر چند بیش ترین ‏چسبندگی لایه با زیر لایه در این نوع سیستم حاصل می شود که اتفاق مطلوبی است، اما ‏در این نوع سیستم برای ایجاد پلاسما به فشارهای بالاتری نیاز است و در نتیجه حرکت بالستیک اتم های کنده شده از هدف به حرکت نفوذی تبدیل می شود. در واقع این اتم های کنده شده حین رسیدن به زیرلایه، با اتمهای محیط برخورد کرده و از مسیر خود منحرف می شوند و به دنبال آن نرخ لایه نشانی کاهش می یابد و همچنین باعث آلودگی ‏زیاد محفظه می شود.
در کندوپاش از نوع دیودی، کاتد بایستی رسانای الکتریسیته باشد که برای عناصر و ترکیبات غیررسانا از سایر روش های کندوپاش می توان استفاده کرد. از طرفی در این روش نرخ کنده شدن ذرات از روی کاتد بیش تر از نرخ لایه نشانی بر روی زیرلایه است.
4- سیستم کندوپاش تریودی که در واقع در آن برای رفع مشکل سیستم دیود مسطح، از یک الکترود دیگر نیز استفاده شده است. ‏در سیستم تریود، یک فیلامان داغ به داخل قوس الکترون می تابد (گسیل ترمویونی) و می تواند در فشار پایین پلاسمای ‏شدید ایجاد کند. این نوع سیستم در لایه نشانی ترکیبات پیچیده مانند لایه های ابررسانا و کاربردهای نیمه صنعتی به کار می رود. شکل 3 طرح واره ای از سیستم تریودی را نشان می دهد.

filereader.php?p1=main_d1f3e5a22412dcab7
شکل 3: طرح دستگاه کندوپاش با سیستم تریود

4- مزایا و معایب
از آن جایی که در روش کندوپاش، ماده ای که به عنوان منبع لایه نشانی می باشد به جای ‏فرایند شیمیایی یا تبخیر حرارتی، با استفاده از تغییر تکانه از سطح هدف به فاز گاز وارد می شود. از مزایای کندوپاش این است که هر ماده ای می تواند با این روش تبخیر و لایه نشانی شود. بنابراین بسیاری از مواد که طی یک فرایند شیمیایی قابل تولید نیستند و یا برای تبخیر حرارتی به حرارت ‏زیادی نیاز دارند با استفاده از روش کندوپاش می توانند لایه نشانی شوند. برای مثال فلز تنگستن برای تبخیر به قدری حرارت نیاز دارد که به تجهیزات خلاء دمای بالا نیاز است اما با روش کندوپاش به راحتی لایه نشانی می شود. بنابراین مهمترین ویژگی و مزیت فرایند کندوپاش این است که برای گستره ای از مواد قابل استفاده است.
در حین لایه نشانی به روش کندوپاش، سطح لایه می تواند به وسیله یون‌های پرانرژی بمباران شود که به خاطر صدمه رساندن و یا کنده شدن اتم‌های سطحِ لایه تشکیل شده روی زیرلایه، اتفاق خوشایندی محسوب نمی شود. به منظور کاهش برخورد یون‌های منفی و کاهش اثر آن ها دو رهیافت وجود دارد (از آن جایی که زیرلایه به عنوان آند می باشد یون های منفی به سمت آن شتاب می گیرند). (الف) استفاده از فشار بالای گاز که در اثر برخوردهای ناخواسته یون های منفی با اتمها و یونهای محیط پلاسما، انرژی آنها کاهش یابد و (ب) کندوپاش بدون محور که زیرلایه در راستای هدف قرار ندارد. طرح واره این چیدمان درشکل4 مشاهده می شود. این روش برای ایجاد لایه های نازک ابر رسانا در دماهای بالا به کار گرفته می شود. از معایب آن کاهش سرعت لایه نشانی و محدودیت در استفاده برای زیرلایه های بزرگ است 


filereader.php?p1=main_7570005c0ff77cc08
شکل4: طرح واره سیستم کندوپاش برای کاهش میزان برخورد یون های منفی به لایه که این سیستم به منظور کاهش آسیب وارد شده به لایه، طراحی شده است

از آن جایی که مواد فرومغناطیس قابلیت نفوذ پذیری مغناطیسی بالایی دارند برای لایه نشانی آن ها به روش کندوپاش نمی‌ توان از کندوپاش مغناطیسی متداول استفاده کرد که از کندوپاش هدف‌ نما (Facing Target Sputtering) استفاده می‌ شود. شکل5 طرح واره این سیستم را نشان می دهد. در این سیستم کندوپاش، از دو هدف استفاده می‌شود که به موازات یکدیگر قرار دارند و زیرلایه در بیرون منطقه پلاسما می باشد. این چیدمان نه تنها مزایای کندوپاش مغناطیسی متداول را دارد، بلکه باعث می شود که میزان بمباران سطح لایه تشکیل شده روی زیرلایه به وسیله یون ها کاهش یابد.

filereader.php?p1=main_757e6949aa0db1866
شکل5 طرح واره سیستم کندوپاش هدف نما

5- کاربردهای روش کندوپاش
محصولات زیادی با استفاده از کندوپاش به طور صنعتی تولید می شودکه از آن جمله می توان به لایه ‏نوری آمورف برای ادوات نوری مجتمع، نورتاب ها در ‏نمایشگرها، ادوات حافظه نوری، ادوات حافظه آمورف، خازن و مقاومت های لایه نازک ، دیسک های ویدئویی، ‏الکترولیت های جامد، لیزرهای لایه نازک، تفلون در صنایع خانگی، آلومینیم و فلزات ‏دیر گداز به عنوان رسانا و انواع عایق در صنایع ریزمدار و الکترودهای شفاف روی زیرلایه های شفاف اشاره کرد 
کاربردهای کندوپاش را می توان به چهار کاربرد عمده دسته بندی کرد:
1- لایه نشانی : تمامی موادی که قابلیت لایه¬نشانی به روش فیزیکی را دارا هستند می توان با روش کندوپاش لایه نشانی کرد. البته امروزه تلاش می شود تا با کمک از نانوفناوری و تکنیک های ساده چاپ با استفاده از جوهر حاوی نانوذرات کلوئیدی و یک حرارت دهی ساده و ‏بدون استفاده از خلاء که هزینه بسیاری را در بر می گیرد، لایه نازک تولید شود. اما گستره مواد قابل چاپ به گستردگی موادی که ‏با روش کندوپاش لایه نشانی می شوند نیست. از طرف دیگر تکنیک هایی برای لایه نشانی لایه های نانوساختار به وسیله روش کندوپاش در حال توسعه است که در مورد طلا و پالادیم که کاربردهای کاتالیستی دارند این تکنیک ها تجاری شده است.‏
2- حکاکی (‏Etching‏): در صنعت نیمه رساناها برای حکاکی هدف از روش کندوپاش استفاده می شود. ‏این روش زمانی استفاده می شود که می خواهیم حکاکی ها نامنظم و در راستای عمود بر هدف باشند.
3- آنالیز: برای آنالیز عمقی نمونه، نمونه به عنوان هدف قرار می گیرد و با حکاکی و کندوپاش نمونه عمق های مختلف آن بررسی می شود.
4- هر چند روش کندوپاش برای ساخت لایه در مقیاس های نانو تا میکرومتر استفاده می شود، تحت شرایط کنترل شده می توان با به کارگیری آن نانوذرات فلزی و یا نانوذرات نیمه رسانا تولید کرد

منابـــــع :

  • 1. Milton Ohering, “Materials Science of Thin Films, Deposition and Structure”, 2nd Edition, New York, Academic Press (2002).
  • 2.Wang. Z, Handbook of Nanophase and Nanostructured Material, Kluwer Academic, (1991).


حسگرهای شیمیایی از مورد علاقه ترین شاخه هادر شیمی تجزیه مدرن می باشند. این موضوع را می توان از روی حجم مطالعات انجام گرفته و همچنین تنوع روشهای به‌کارگرفته شده در این زمینه، نتیجه گرفت. این امر خصوصا به خاطر مطالبات و نیازهای جدیدی است که در تشخیص های طبی، تجزیه های محیطی، تجزیه مواد غذایی و نظارت بر تولید برخی فرآورده ها به وجود آمده است. قسمت اصلی یک حسگر شیمیایی یا زیستی، عنصرحسگر آن می باشد. عنصر حسگر در تماس با یک آشکارساز است. عنصر حسگر مسئول شناسایی و پیوند شدن با آنالیت هدف (گونه مورد نظر) در یک نمونه پیچیده است. سپس آشکارساز، سیگنال های شیمیایی که در نتیجه پیوند شدن عنصر حسگر با آنالیت تولید شده اند را به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند.
1- مقدمه
حسگر شیمیایی یک دریافتگر حسی است که محرّک‌های شیمیایی خاصی را در محیط تشخیص می‌دهد.
استفاده از حسگرهای شیمیایی یکی از پیشرفته ترین روش ها در شیمی تجزیه محسوب می شود که اندازه گیری کمّی گونه های مختلف را به صورت آنی ممکن می سازد. فن آوری الکترونیکی و نوری موجود، این ابزارها را گسترده تر کرده است. درطراحی یک حسگر دانشمندان علوم مختلف مانند بیوشیمی، بیولوژی، الکترونیک، شاخه‌های مختلف شیمی و فیزیک حضوردارند. قسمت اصلی یک حسگرشیمیایی یا زیستی عنصرحسگر آن می باشد. عنصرحسگر در تماس با یک آشکارساز است. این عنصرمسئول شناسایی و پیوند شدن با گونه ی مورد نظر در یک نمونه ی پیچیده است. سپس آشکارساز، سیگنال های شیمیایی را که در نتیجه ی پیوند شدن عنصرحسگر با گونه ی موردنظر تولید شده را به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. حسگرهای زیستی بر اجزای بیولوژیکی نظیرآنتی بادی‌ها تکیه دارند. آنزیمها، گیرنده‌ها یا کل سلولها می توانند به عنوان عنصر حسگرمورد استفاده قرار گیرند.

2- حسگرهای شیمیایی
حسگرهای شیمیایی شامل لایه حس کننده ای هستند که در اثر برهمکنش گونه شیمیایی (آنالیت) با این لایه، سیگنال الکتریکی ایجاد می شود. سپس این سیگنال تقویت و پردازش می شود. بنابراین عمل حسگرهای شیمیایی شامل دو مرحله اصلی است که عبارتند از: تشخیص و تقویت. به طور کلی وسیله ای که انجام این فرایند را بر عهده دارد، حسگر شیمیایی نامیده می شود. این وسیله اطلاعات مربوط به ترکیب شیمیایی محیط عمل خود را جمع آوری و به صورت سیگنال نوری یا الکتریکی به پردازشگر منتقل می کند. شکل 1 مکانیزم عمل یک حسگر شیمیایی را نشان می دهد. یک مثال عینی از این حسگرها در طبیعت، بینی انسان است که در آن با برخورد ملکول های مواد به سلول های عصبی، سیگنال عصبی تولید و سپس تقویت شده و به مغز ارسال می شود [1].

filereader.php?p1=main_6f8c51a9e269c6a7c
شکل 1 - شمایی از یک حسگر شیمیایی[1].

به طور ایده آل یک حسگر شیمیایی مستقیماً در تماس با نمونه قرار می گیرد و نتایج مناسب را در زمان کم، دقت (Precision) و گزینش پذیری (Selectivity) بالا ارائه می کند. معمولاً حس می‌شود تا یک حسگر نیازی به نمونه¬برداری (Sampling)، رقیق سازی (Dilution)، افزایش واکنشگر (Reagent) و غیره نداشته باشد. سادگی استفاده از این حسگرها سبب شده است تا در زمینه های گوناگون از آن‌ها استفاده شود. در شیمی بالینی، کنترل عوامل بیماری هایی نظیر دیابت، تشخیص و ردیابی گازهای خاص مانند اکسیژن و منوکسید کربن و غیره کاربرد دارند. همچنین از حسگرها برای تعیین میزان آلوده کننده های محیط زیست، کنترل و فرایند صنایع غذایی نیز استفاده می شود.
از ویژگی های مهّم حسگرهای شیمیایی، امکان ساخت آنها در اندازه های بسیار کوچک است. این کوچک شدن امکان اندازه گیری گونه های مختلف را حتی در سلول های بدن موجودات زنده فراهم می¬کند.

1-2- انواع حسگرهای شیمیایی
حسگرهای شیمیایی را براساس مبدل به کار رفته برای تبدیل تغییر شیمیایی به یک سیگنال قابل پردازش، به چهار دسته تقسیم بندی می کنند: حسگرهای گرمایی، حسگرهای جرمی، حسگرهای الکتروشیمیایی (پتانسیومتری، آمپرومتری، هدایت-سنجی) و حسگرهای نوری.

1-1-2- حسگرهای گرمایی
گرما از ویژگی های عمومی واکنش های شیمیایی است. بر این اساس، یک فاکتور فیزیکی مناسب برای حسگری، تشخیص و اندازه گیری تغییرات دمای ایجاد شده در حین انجام یک واکنش است که متناسب با تغییرات غلظت آنالیت می باشد. برای این کار فقط مقدار جزئی از محلول، برای کنترل دما نیاز است. واکنش های آنزیمی از جمله واکنش هایی هستند که می توان به عنوان واکنش های شیمیایی انتخابی برای تولید گرما به کار برد. به همین دلیل در اکثر حسگرهای گرمایی از آنزیم ها برای عمل حسگری استفاده شده است. ترانزیستورهای آنزیمی به دسته ای از این نوع حسگرها گفته می شود که در آنها برای گرماسنجی از سیستم های میان جریانی استفاده شده است. در این سیستم ها واکنش آنزیمی در یک ستون حاوی واکنشگر آنزیمی اتفاق می افتد و گرمای خروجی در پایان ستون و در محل خروج جریان نمونه و محلول اندازه گیری می شود.
در ساخت حسگرهای گرمایی از دو نوع ردیاب گرمایی استفاده می شود. از بین این ردیاب ها، ترمیستور (Thermistor) معمولترین آنها است که به علت قیمت ارزان، در-دسترس بودن، پایداری و حساسیت بالا کاربرد بیشتری دارد. پیروالکتریک ها (Pyroelectric) نوع دیگر مبدل های بکار رفته در حسگرهای گرمایی هستند که حساسیت بسیار بالایی برای حسگری گرمایی دارند. با استفاده از آنها می توان گرمای جذب شده توسط لایه گاز را ردیابی کرد. نوع دیگر حسگرهای گرمایی ریزحسگرهای زیستی ساخته شده از تراشه سیلیکونی هستند که حساسیت بیشتری نسبت به حسگرهای ترمیستور معمولی دارند. از جمله کاربردهای حسگرهای گرمایی می توان موارد زیر را نام برد: تعیین کلسترول، اندازه گیری خواص کاتالیزوری سل های تثبیت شده، کنترل فرایندهای زیستی، اندازه گیری آب در مواد غذایی. شکل 2 یک حسگر گرمایی را نشان می دهد [2].

filereader.php?p1=main_6d4b946ff3f4152f9
شکل 2- یک حسگر گرمایی با لایه دوگانه،ML، لایه تغییر شکل دهنده مغناطیسی،GL و لایه چسب، CLو [2].

2-1-2- حسگرهای جرمی
از اندازه گیری تغییر جرم نیز همانند اندازه گیری گرمای حاصل از یک واکنش، می توان به عنوان معیار مناسبی برای حسگرهای شیمیایی استفاده نمود. این ویژگی را می توان برای واکنش هایی استفاده کرد که به دلیل خروج یک واکنشگر کاتالیستی انتخابی، تغییری در جرم خالص ایجاد می شود. این حسگرها دارای دو ویژگی مهّم هستند، اوّل این که از آنها می توان در فاز مایع استفاده کرد و دوم این که به دلیل کاربرد در فاز گازی و انتخابگری در این فاز، برای کاربردهای ایمنی سنجی استفاده می¬شوند.
دو نوع عمده از حسگرهای جرمی وجود دارند که در نوع اول از نوسانگرهای توده ای پیزوالکتریک (Piezoelectric) و در نوع دوم از امواج آکوستیک سطحی (Surface Acoustic Waves) استفاده می شود. به طور کلّی در ساخت نوسانگر می توان از کوارتز و پلی وینیل فلوریدین استفاده کرد. کوارتز متداول ترین ماده ای است که برای نوسانگرهای توده ای مثل ریزترازوی کریستال (Crystal Microbalance) بکار می رود. کوارتز دارای بلورهای نامتجانسی است که فاقد مرکز تقارن هستند و هنگامی که تحت تاثیر یک میدان الکتریکی قرار می گیرند از نظر مکانیکی تغییر شکل می دهند. در نتیجه با استفاده از یک پتانسیل الکتریکی نوسان کننده، بلور به طور مکانیکی مرتعش می شود. هر بلور دارای یک فرکانس ارتعاشی رزونانس است که می تواند تحت تأثیر محیط خود تنظیم شود. فرکانس معمولی این ارتعاش در حدود MHz 10 می باشد. در عمل فرکانس ارتعاش یک بلور پیزوالکتریک متناسب با جرم بلور و سایر مواردی است که سطح بلور را می پوشانند [3].
علاوه بر بلورهای کوارتز از مواد دیگری مثل پلی وینیل فلوریدین به صورت آرایه مجتمع نیز استفاده می شود. شمایی از یک حسگر جرمی در شکل 3 دیده می شود.

filereader.php?p1=main_9009a1396952dd38a
شکل 3 - نمونه ای از یک حسگر جرمی نوع SAWو [3].

3-1-2- حسگرهای الکتروشیمیایی
قدیمی ترین و بزرگترین گروه حسگرهای شیمیایی، حسگرهای الکتروشیمیایی هستند. پاسخ ایجاد شده در این حسگرها، از برهمکنش بین شیمی و الکتریسیته ناشی می شود. امروزه تعداد زیادی از این حسگرها به صورت تجاری ساخته و در بازار موجود می باشند و تعداد زیادی هم در مراحل توسعه هستند.
حسگرهای الکتروشیمیایی را به سه دسته تقسیم می کنند:
حسگرهای پتانسیومتری (اندازه گیری ولتاژ سل)، حسگرهای آمپرومتری (اندازه گیری جریان سل)، حسگرهای هدایت سنجی (اندازه گیری هدایت).

4-1-2- حسگرهای نوری شیمیایی
حسگرهای نوری شیمیایی از جمله جوان ترین حسگرهای شیمیایی هستند. دلایل متعددی برای توجه زیاد به این حسگرها وجود دارد :
وسایل نوری لازم جهت استفاده در این حسگرها قبلاً توسعه یافته اند و به راحتی قابل استفاده در حسگرهای شیمیایی می باشند. کاربرد زیادی برای کنترل فرایندها از راه دور دارند که کاربرد آنها را ایمن تر می کند. می توان آنها را در اندازه های کوچک ساخت و حتی در نوک یک فیبر نوری قرار داد.
حسگرهای نوری شیمیایی مانند حسگرهای الکتروشیمیایی از دانش وسیع طیف‌سنجی (Spectroscopy) استفاده می کنند که به راحتی قابل تبدیل برای حسگرهای راه دور هستند. از حسگرهای نوری به صورت های مختلف نظیر اندازه گیری جذب، فلورسانس و لومینسانس در گستره وسیعی از طول موج ها استفاده می شود.
حسگرهای نوری شیمیایی براساس کاربرد به دسته های متعدد تقسیم بندی می شوند، مانند: حسگرهای نوری ایمن شیمیایی (Immunosensor)، حسگرهای pH، حسگرهای نوری گازی، حسگرهای رطوبتی، حسگرهای نوری یونی، حسگرهای مورد استفاده در شیمی نفت [6].

3- مواد مورد استفاده در ساخت حسگرها
مواد مورد استفاده در ساخت حسگرها را می توان به دو دسته کلاسیک و پلیمر تقسیم-بندی کرد.

1-3- مواد کلاسیک
اساس کار حسگرهای حالت جامد (Solid State) پاسخ الکتریکی به محیط شیمیایی است. به عنوان مثال خواص الکتریکی با حضور فاز مایع یا گاز تغییر می کند. این تغییرات برای تشخیص گونه های شیمیایی به کار می رود. اگرچه حسگرهای شیمیایی سیلیکونی مثل (Field Effect Transistor- FET) توسعه یافته اند، اما قیمت و تکنولوژی مورد نیاز برای ساخت آنها و نیز مشکلاتی نظیر تکرارپذیری، پایداری، حساسیت و انتخابگری، باعث شده است تا کاربرد آنها همچنان محدود باشد. حسگرهای نیمه رسانای اکسید فلزی مانند پودرهای فشرده و فیلم های نازک SnO2 اثر فعالسازی کاتالیستی نیز دارند. جدول (1) فهرستی از مواد مورد استفاده در انواع حسگرها را نشان می دهد [4].


جدول 1- فهرستی از مواد مورد استفاده در انواع حسگرها [4].
filereader.php?p1=main_6f89c5352fad07bcd


2-3- پلیمرها
مواد پلیمری در دهه گذشته به میزان بسیار وسیعی در زمینه تکنولوژی ساخت حسگرها به کار برده شده اند. این مواد مزایای زیادی را برای کاربرد در ساخت حسگرها دارا می باشند که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

- پلیمرها را می توان بر روی انواع مختلفی از بسترها نشاند.
- برخی از گونه های شیمیایی را می توان به صورت شیمیایی بر روی بسترهای پلیمری نشاند و میزان نشت واکنشگر را درون محلول نمونه کاهش داد.
- تنوع پلیمرها از نظر ویژگی های ساختاری نظیر دارا بودن زنجیرهای جانبی و یا باردار بورن یا خنثی بودن ذرات و غیره که باعث ایجاد خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مناسب برای حسگری می شود.
- امکان انحلال و یا پراکندگی کاملاً یکنواخت شناساگر شیمیایی در بافت پلیمر مهیّا می باشد.
- پایداری مکانیکی پلیمرها امکان استفاده درازمدت از حسگر و ایجاد پایداری بالای آنرا سبب می¬شود. - ساختار پلیمر در برخی موارد باعث بهبود خواصی مانند انتخابگری و حساسیت می شود.
- پلیمرها مواد نسبتاً ارزان قیمتی هستند و تکنیک های ساخت آنها ساده و راحت می باشد و به شرایط خاص و ویژه ای نیاز ندارد. در مواردی حتی در شرایط عادی آزمایشگاه، پلیمریزاسیون لازم برای ساخت یک لایه حسگر انجام می شود.
پلیمرها و مواد مناسب برای ساخت حسگرها باید تعدادی ویژگی خاص داشته باشند که عبارتند از:
حلالیت شناساگر در بافت پلیمر
طول عمر مناسب
عدم بلوری شدن یا مهاجرت و یا جهت گیری مجدد گونه ها
نداشتن اثر کهولت و استهلاک
پایداری در مقابل مواد شیمیایی مثل اسیدها، بازها و اکسنده¬ها
شفافیت در مقابل نور
زیست‌سازگاری (سمی نبودن مواد)
نداشتن رنگ یا لومینسانس ذاتی (در کاربرد به عنوان زمینه)
در ساخت چنین حسگرهایی از یک بافت پلیمری استفاده می شود. یک ترکیب دارای خواص نوری به عنوان ماده حس کننده در داخل زمینه پلیمر (حسگر توده ای) و یا در روی سطح آن (حسگر سطحی) تثبیت می شود. لذا پلیمر تنها نقش نگه دارنده واکنش گر و یا یک بستر جامد را به عهده دارد. لازم به ذکر است که در این حسگرها، غشاء پلیمری به کار رفته علاوه بر نگه داشتن شناساگر در یک مکان مشخص و ثابت، نقش های دیگری نیز بر عهده دارد. خواص نفوذپذیری غشاء می تواند سبب دفع سایر گونه ها یا یون هایی شود که به عنوان مزاحم محسوب می شوند. به عنوان مثال از غشاءهای آب گریز به منظور دفع مواد غیرفرار در حسگرهایی که برای اندازه گیری غلظت گازها در آب به کار می روند، استفاده می شود.


4-  نتیجه گیری
قسمت اصلی یک حسگر شیمیایی یا زیستی، عنصرحسگر آن می باشد. عنصر حسگر در تماس با یک آشکارساز است. عنصر حسگر مسئول شناسایی و پیوند شدن با آنالیت هدف (گونه مورد نظر) در یک نمونه پیچیده است. سپس آشکارساز، سیگنال های شیمیایی که در نتیجه پیوند شدن عنصر حسگر با آنالیت تولید شده اند، به یک سیگنال خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند.
در طراحی یک حسگر دانشمندان علوم مختلف نظیر بیو شیمی، بیولوژی، الکترونیک، شاخه های مختلف شیمی (آلی، تجزیه، فیزیک و سطح) و شاخه های فیزیک (مکانیک، نور، ترمودینامیک) حضور دارند.
حسگرهای شیمیایی، نانوحسگرها و حسگرهای زیستی از مورد علاقه ترین شاخه های شیمی می باشند. این موضوع را می توان از روی حجم مطالعات انجام گرفته و همچنین تنوع روشهای بکارگرفته شده در این زمینه، نتیجه گرفت. این امر خصوصا به خاطر مطالبات و نیازهای جدیدی است که در تشخیص های طبی، تجزیه های محیطی، تجزیه مواد غذایی و نظارت بر تولید برخی فرآورده ها به وجود آمده است. به عنوان نمونه حسگرها می توانند در تشخیص داروهای غیر مجاز، مواد سمی و عوامل جنگهای شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند.

منابـــــع :

  • 1. Janata, J., Bezegh, A." Chemical sensors", Analitical. Chemistry,Vol.60, pp.62R-74R,(1988).
  • 2. Kaniusas, E., Mehner, L. J. "Optimisation of sensitivity and time constant of thermal sensors based on magnetoelastic amorphous bilayers", Alloy & Compounds, Vol.369, pp.198, (2004).
  • 3. Adhikari, B., Majumdar, S." Polymers in sensor applications", Progress in polymer Science, Vol.29, pp.699-766 (2004).
  • 4. Madou, M. J., Morrison, S. R. "Chemical Sensing with Solid State Devicies", Academic press, London, (1989).
  • 5. Gauglitz, G., Brecht, G., Krause, G., Nahm, W. "Chemical and biochemical sensors based on interferometry at thin (multi) layers", Sensors and Actuators B, Vol.11, pp.21-27, (1993).
  • 6. Hisamoto, H., Suzuki, K. “Ion-selective optides: current developments and future prospects”, Trends Analitical. Chemistry, Vol.18, pp.513–524 (1999).
روش سل- ژل یکی از روش های متعددی است که با استفاده از آن می توان نانوذرات مختلف را سنتز نمود. این روش با ساخت یک سل همگن از مواد آغازگر شروع می شود و سپس با شک تحریک شیمیایی سل به ژل تبدیل می شود. سپس به یکی از روش های معمول، حلال را از ساختار ژل بیرون کشیده و آن را خشک می کنند. بسته به نوع روش خشک کردن، محصول به  دست آمده همچنین ویژگی های آن متفاوت خواهد بود. متناسب با کاربردی که ژل برای آن مقصود سنتز می شود، روش حلال زدایی می تواند متفاوت باشد. انواع این ژل های خشک کابردهای متنوعی در پوشش دهی سطوح، عایق کاری ساختمان، لباس های ویژه، و ... دارد. ضمنا،ً اگر ژل را بوسیله آسیاب های ویژه پودر کنیم، می توانیم به ذراتی در مقیاس نانو دست یابیم.
1 مقدمه: روش سل ژل و محصولات آن
فرآیند سل ژل یک روش سنتز پاین به بالا است. در این فرآیند، محصول حاصل از تعدادی واکنش های شیمیایی برگشت ناپذیر است. در حقیقت این ‏واکنش‌ها باعث تبدیل مولکولهای محلول همگن اولیه به عنوان سل، به یک مولکول نامحدود، ‏سنگین و سه بعدی پلیمری به عنوان ژل می‌شوند. بطور نمونه می‌توان واکنش هیدرولیزی که در پی آن واکنش تراکم رخ می دهد و محصول نهایی بدست می آید را به صورت زیر خلاصه کرد.‏[1] ( شکل 1)

filereader.php?p1=main_ec6ef230f1828039e

شکل 1- نمای کلی مراحل مختلف واکنش سل- ژل

با مخلوط کردن نمک های اولیه متفاوت می‌توان سامانه های دوتایی یا سه تایی تولید نمود. هر کدام از نمک های اولیه دارای سرعت واکنش مربوط به ‏خودش است که این سرعت واکنش، بستگی به شرایطی چون ‏pH، غلظت، حلال و دما دارد. ژل پلیمری ایجاد شده به صورت یک اسکلت سه بعدی شکل می گیرد که این امر باعث بهم ‏پیوستن حفرات شده و پس از خشک شدن با جمع شدن و انقباض، ایجاد یک جامد صلب ‏محکم می‌کنند. می‌توان گفت که مواد نهایی و محصولات را می‌توان به صورتی طراحی کرد، که باعث ‏بوجود آمدن تخلخل‌های نانو شود که در نتیجه آن، سطح ویژه بسیار بالاتری بدست خواهد آمد.

filereader.php?p1=main_1d665b9b1467944c1
شکل 2 - تصویر میکروسکوپ الکترونی  تخلخل هایی در ابعاد نانو و افزایش سطح ویژه

در فرآیند سل- ژل، تبدیل سل به حالت ژل اغلب به وسیله تغییر ‏pH‏ و یا تغییر غلظت ‏محلول حاصل می شود. دلایل اصلی استفاده از فرآیند سل- ژل ، تولید محصولی با خلوص بالا، توزیع اندازه ذرات باریک و دست یافتن به نانو ساختاری یکنواخت در دمای پایین است. اغلب روش سل- ژل جهت سنتز ‏نانو اکسیدهای فلزی مورد استفاده قرار می گیرد.
فرآیند سل- ژل شامل تغییر ‏حالت سل به ژل با استفاده از تکنیک‌های مختلف و متفاوت است که در اکثر آنها از خشک نمودن آهسته ‏و ملایم برای حذف حلال استفاده می‌شود. باید توجه داشت که به دلیل وجود پدیده انقباض ‏در هنگام خشک شدن ژل، باید در طول فرآیند خشک کردن، نکات لازم برای جلوگیری از به وجود آمدن ترک را رعایت نمود. ژل تولید شده قابلیت قالب ریزی (Casting) دارد و با استفاده از آن می‌توان ‏قطعات قالب-گیری شده را ساخته و با خشک کردن آنها به یک قطعه یکپارچه دست یافت. ‏قطعات که به این ترتیب بدست می آیند می توانند به عنوان صافی یا غشا مورد استفاده قرار گیرند.
همچنین می‌توان با انجام فرآیندهای پوشش‌دهی ‏چرخشی (Spin Coating) و یا غوطه‌وری فیلم‌های نازکی (Thin Films) به ضخامت ‏nm‏500-50 را بر روی یک زیر لایه تولید ‏نمود. این فیلم‌های نازک تولیدشده کاربردهای وسیعی از لحاظ الکترونیکی، کاربردهای سایشی یا ‏شیمیایی دارند و علاوه بر این بر روی خواص اپتیکی نیز می‌تواند تأثیرگذار باشند.[1-2]

filereader.php?p1=main_7bc3ca68769437ce9
شکل 3 - نمای کلی روش پوشش دهی الف) چرخشی ب) غوطه وری[3]

تخلخل‌های پیوسته در مقیاس نانو می‌توانند به عنوان محلی جهت پرشدن (Loading) مواد ثانویه باشند.[4] ‏این عمل با استفاده از روش‌هایی نظیر تصفیه در فاز مذاب و یا واکنش های شیمیایی صورت ‏می‌گیرد. این گونه مواد را در دسته نانوکامپوزیت‌ها طبقه‌بندی می کنند. یکی از استفاده های مفید از این مواد متخلخل  این است که این خلل و فرج را با انواع کاتالیست های صنعتی پرمی کنند و بدلیل سطح فعال بسیار بالای این مواد متخلخل، بهره وری کاتالیستی بسیار افزایش یافته و موجب کاهش قیمت تمام شده محصول تولیدی می گردد.


filereader.php?p1=main_13207e3d5722030f6
شکل 4 – تصویر نانو موادمتخلخل که بعد از اصلاح سطح، کاتالیست درون حفره های آن بارگذاری میشود.[5]

برای ایجاد قطعات نسبتا متراکم باید از عملیات حرارتی (Sintering ) استفاده نمود. سطح ویژه زیاد، باعث افزایش سرعت فشرده شدن ساختار (تراکم) می‌شود، ولی باید توجه داشت که ‏افزایش دما جهت انجام فرآیند سینترینگ درعین حال مشکل رشد دانه‌ها را نیز به همراه خواهد داشت.

filereader.php?p1=main_ed92eff813a02a31a
شکل 5 - انواع فرآیندهای قابل انجام در سل- ژل و محصولات حاصل از هر فرآیند

2 -انتخاب کاتالیزور
واکنش دو ماده آب و آلکوکسید بسیار کُند است و با افزودن الکل، محلول رقیق‌تر هم ﻣﻲشود، در نتیجه سرعت واکنش باز هم کاهش می‌یابد. برای افزایش سرعت واکنش، ﻣﻲتوان از کاتالیزور استفاده کرد. کاتالیزوری را که برای تسریع واکنش مورد استفاده قرار می دهیم باید به گونه ای باشد که بعد از انجام واکنش بتوان آن را به‌ راحتی از محیط خارج کرد. در گزارش محققان، هم از اسیدها و هم از بازها به عنوان کاتالیزور در آماده سازی ذرات سیلیس استفاده شده است که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند (شکل 6 را ببینید). در محیطی با خاصیت بازی، ذرات تا اندازة 100 تا 200 نانومتر به‌ سرعت رشد ﻣﻲکنند. در این حالت، نیروهای دافعه باعث ﻣﻲشود که ذرات جدا از هم باقی بمانند. در محیط اسیدی، ذرات در اندازه 2 تا 4 نانومتر متوقف ﻣﻲشوند، ولی در ادامه فرآیند، به‌ سرعت به هم ﻣﻲپیوندند و ذرات بزرگتر را تشکیل می‌دهند.

filereader.php?p1=main_c6c27fc98633c8257
شکل 6 - نمودار بستگی اندازه و شکل نانو ذرات به pH از مرجع [6]
 
برای سنتز نانو ذرات سیلیس، از کاتالیزور آمونیاک استفاده ﻣﻲشود. از مزایای آمونیاک این است که نقطه جوش پایین دارد و به سرعت از سیستم بیرون می رود. ولی از اسیدهایی چون اسید کلریدریک، نیتریک و استیک نیز می‌توان استفاده نمود که نقطه جوش بالایی دارند. اما در این حالت، خارج کردن آنها از محیط کار راحتی ﻧیست. از معایب دیگرِ این کاتالیزورها این است که باعث به وجود آمدن محصولات جانبی می شوند و دیگر ﻧﻤﻲتوان محصول را با همان پیوندهای شیمیایی مورد نظر تهیه کرد.

filereader.php?p1=main_46d46a759bf6cbed0
شکل 7 - اثر pH بر شکل محصول در مراحل مختلف
3 - خشک کردن
از ویژگی ژل ها این است که می توانند شکل ظرفی که در آن تولید شده اند را به خود بگیرند [6]. بسته به استحکام ساختار ژل، می توان یک تکه مستقل با حفره های بزرگ به دست آورد. از آنجا که در این وضعیت حلال یکی از اجزء داخلی ژل محسوب می شود (شبکه را پابرجا نگه می دارد). حفظ ثبات ساختار حفره ها با برداشتن حلال بسیار دشوار است. معمولاً باید اجازه داد ساختار ژل قبل از خشک کردن، رسیده شود (کمی بماند) تا پیوندهای بین ذرات استوارتر گردد. این مرحله بین چند ساعت تا چند روز طول می کشد.به این فرآیند در اصطلاح پیرسازی ( Aging ) گفته می شود.[6] طی فرآیند پیرسازی، ژل به تغییرات خود ادامه می دهد تا پیوندهای جدید شکل گرفته و استحکام اسکلت ژل بیش از پیش گردد.


filereader.php?p1=main_2e3f209d4f2bb3466
شکل 8 – مراحل مختلف سل ژل و جایگاه فرآیند Aging در آن

در فرآیند سل- ژل، در مرحله اولیه مواد شیمیایی ذرات نانومتری به نام سل در محلول را می سازند. در مرحله بعد، این ذرات به هم متصل می شوند و شبکه سه بعدی جامدی به نام ژل ایجاد می کنند. بعد از فرآیند پیرسازی و تهیه ژل، را جدا می کنند. بعد از تهیه ژل از راه های مختلف فاز مایع ( حلال ) را جدا می کنند[7]:
1. ماده را در محیط قرار دهیم تا خودبه خود خشک شود. در این حالت، ماده حاصله زروژل (Xerogel) نام می گیرد و حفره های کمتری دارد و متراکم  است. زروژل به ژلی گفته می‌شود که تمام مایع داخل حفرات ژل خارج شده است، به گونه‌ای ‏که ساختار کمی متراکم‌تر و فشرده‌تر شده است و چروکیدگی نسبت به وضعیت ژل خیس در آن کاملاً ‏مشهود است. (شکل 9 را ببینید)
2. راه دیگر روش فوق بحرانی است که در آن تغییرات شبکه جامد به حداقل می رسد. ماده حاصل دارای شبکه متخلخل و پوکی است که آئروژل (Aerogel) نامیده می شود. آئروژل ( ژل هوادار ) نیز نوعی ژل خشک است. لذا حلال از داخل ژل خارج شده است. در این‌جا خروج حلال ‏به گونه‌ای بوده که هیچ فشردگی (Contraction) یا تغییری در ساختار ژل ایجاد نشده است. این نوع ژل عموماً به این ‏صورت تهیه می‌شود که ژل را تا دمای بحرانی حلال حرارت می‌دهند. بنابراین هیچ تعادلی بین ‏مایع و بخار وجود ندارد، و ژل با سطح ویژه بالا، با حفظ ساختار، در مقایسه با حالت ژل خیس بدست می‌آید. بر خلاف زروژل، در آئروژل تمامی خلل و فرج و ساختار حفظ شده و متراکم نمی شود.
filereader.php?p1=main_d9a9d61ef9ac1fb46
تصویر9 - خشک کردن به وسیله تبخیر ساده و تولید زروژل[8]

خشک کردن با یک فرآیند ساده تبخیر، و یا با حذف حلال در خلاء امکان پذیر است. در اثر نیروهای مویینگی که از برهمکنش بین حلال و دیواره های ساختمان ماده در اثر تبخیر حلال ایجاد می شود، انتظار این است که میزان تخلخل کاهش یابد. اگر چنین باشد، بعد از خشک شدن ژل، این تغییر قابل بازگشت نیست. یک راه مقابله با این مشکل حذف سطح تماسی بین فاز گاز و مایع در سامانه است. این موضوع می تواند با برداشتن حلال ها در زمانی که در حالت فوق بحرانی شان هستند، حاصل شود. نقطه فوق بحرانی در نمودار فازی جایی است که گاز و مایع به صورت فازهای جدا از هم وجود ندارند. ( شکل 10را ببینید ).
بنابراین، حلال بدون نیاز به تغییر فاز حذف می شود. یعنی، نیازی نیست حلال از فاز مایع به گاز تبدیل شده و سپس خارج شود. در این وضعیت حلال در فاز فوق بحرانی است (یعنی جایی که نه مایع است و نه گاز!) در شکل 10پیکان ها و اعداد مسیرهای ممکن را برای رسیدن به این نقطه را نشان می دهد. ابتدا، در یک محفظه کاملاً بسته دما تا بالای نقطه بحرانی ( Tc ) افزایش می یابد، که فشار را از فشار بحرانی بالاتر می برد. ( کمی بالاتر از Pc )، و در نتیجه حالت فوق بحرانی حاصل می شود.

filereader.php?p1=main_ad304601e6638bf2b
شکل 10- نمودار فازی فشار- دما برای رسیدن به شرایط بحرانی

در نمودار فازی فشار- دما، Pc و Tc به ترتیب به فشار و دمای بحرانی اشاره دارند. پیکان های 1 و 2 مسیر خشک کردن فوق بحرانی را نشان می دهند. در ابتدا، مایع با افزایش دما به سیال فوق بحرانی تبدیل می شود. فشار هم همزمان افزایش می یابد. در ادامه، با ثابت نگه داشتن دما، فشار پایین آورده می شود. بنابراین سیال فوق بحرانی به فاز گازی تبدیل می شود و از محیط خارج می گردد. در ادامه در عین حال که دما بالاتر از دمای بحرانی است، فشار کم می شود و به این ترتیب سیال فوق بحرانی مستقیماً به فاز بخار می رود و از داخل اتاقک آزاد می شود. چون فشار لازم برای این کار برای حلال های معمولی بالاتر از 6 مگاپاسکال است، به یک اتوکلاو (Autoclave) نیاز است. در حالی که الکل به دماهای بالایی برای رسیدن به حالت بحرانی نیاز دارد، ( اتانول حدود 243 درجه سانتیگراد )CO2 در دمایی حدود دمای اتاق ( حدود 31 درجه سانتیگراد ) بحرانی می شود.
چند رسانه ای 1- فیلمی در پوشه انیمیشن به زبان انگلیسی درمورد روش خشک کردن آئروژل به روش فوق بحرانی سرد
روش خشک کردن فوق بحرانی سرد ( روش CO2 ) این مزیت را دارد که ژل حاصل شده از این فرآیند تخلخل و سطح بالاتری دارد. این در حالی است که در دماهای بالا، ( روش خشک کردن فوق بحرانی داغ ) چهارچوب اولیه ژل خیس بهتر حفظ می شود
.

filereader.php?p1=main_52053048decaa0cbd
شکل 11 – نمونه ای از دستگاه اتوکلاو- با کنترل دما و فشار می توان به شرایط ایده آل برای واکنش رسید

3-1 چگونه یک سیال فوق بحرانی بسازیم؟
وقتی آب در دیگی سرباز داغ شود، دمای آن از دمای جوش بالاتر نمی رود حتی اگر تمام آب تبخیر شود. اما اگر آب را در یک محفظه بدون درز و کاملاً بسته داغ کنیم دمای، آن می تواند از دمای جوش خیلی بالاتر برود.

filereader.php?p1=main_d3d078bf2fc1425e6
شکل 12 - دستیابی به حالت فوق بحرانی به شرایط ویژه ای نیاز دارد.

برای حصول شرایط فوق بحرانی برای سیال، دستگاه هایی بطور تجاری وجود دارد. روشهای معمول فوق بحرانی معمولاً به زمان قابل توجهی برای فرآیند پیرسازی (مرحله پیش از خشک کردن) و همچنین مراحل شستشو برای برداشتن محصولات جانبی ممکن نیاز دارند. همچنین در مواردی که از روش سرد استفاده می شود، برای جایگزین کردن حلال اولیه با دی اکسیدکربن این روش ها خیلی زمان بر بودند. برای سرعت دادن به فرآیند حذف حلال، چند گروه تحقیقاتی روشهای استخراج فوق بحرانی سریع (RSCE) را توسعه دادند.

4 -بحث و نتیجه گیری
• مرور تصویری فرآیند سل- ژل در یک نگاه

filereader.php?p1=main_f4fc7371dbc6aba67
شکل 13- مروری مختصر بر فرآیند سل- ژل[8]

• روش سل ژل با ساخت سل آغاز، با ژل شدن ادامه و با خشک کردن ژل پایان می-یابد.
• در این روش، محلول همگن اولیه به سل تبدیل می شود، سپس سل را با تغییر غلظت یا pH تحریک می کنند تا به ژل تبدیل شود و در نهایت با یکی از روش های حلال زدایی آن را خشک می کنند.
• نوع خشک کردن بر خواص ژل تأثیر مستقیم دارد.
• بسته به نوع کاربرد، روش های خشک کردن متفاوتی را می توان استفاده کرد.
• خشک کردن معمولی، ژلی متراکم تر و با تخلخل کمتر حاصل می کند. اما خشک کردن در حالت فوق بحرانی تخلخل ژل را حفظ کرده و سطح ویژه بالایی بوجود می آورد.

منابـــــع :

  • 1. Y. Dimitriev, Y. Ivanova, R. Iordanova Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 43, 2, 2008, 181-192
  • 2. HANDBOOK of SOL–GEL SCIENCE and TECHNOLOGY Processing, Characterization and Applications edited by: Sumio Sakka Professor Emeritus of Kyoto University VOLUME I SOL–GEL PROCESSING Volume editor: Hiromitsu Kozuka Kansai University Suita, Osaka, Japa KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS NEW YORK, BOSTON, DORDRECHT, LONDON, MOSCOW
  • 3. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SpinDipSolGel.png
  • 4. Sol–gel synthesis combined with solid–solid exchange method, a new alternative process to prepare improved Pd/SiO2–Al2O3catalysts for methane combustion Catalysis Communications 27 (2012) 109–113
  • 5. http://nanocat.kaust.edu.sa/Pages/Nano-Catalysis.aspx
  • 6. Sol-Gel methods
  • 7. Markus Niederberger• Nicola Pinna Metal Oxide Nanoparticles in Organic Solvents Synthesis, Formation, Assembly and Application
  • 8. http://www.aerogel.org/?p=4

سازنده : BasaFan

ویژگی ها و قابلیت ها :

  • پایداری فرکانسی معادل ±0.005% 13.56مگاهرتز.
  • دارای محدود کننده توان انعکاسی
  • خنک سازی با هوا (بازده تبدیل DC به RF بزرگتر از 90 درصد) .
  •  صفحه کنترل لمسی و قابلیت کنترل با سیگنال آنالوگ.

معرفی 

 این مولد با فرکانس کار 13.56 مگاهرتز و توان خروجی 600 وات از پیشرفته ترین مولدهای قابل دسترس در بازارِ تجاری حال حاضر ایران می‌باشد .طراحی این مولدها، مجموعه ایست از هنرهای الکترونیکِ فرکانس رادیویی، حفاظت‌های توسعه یافته‌ی تقویت کننده توان ، کنترل حلقه بسته و حاشیه امنیت بالایِ لحاظ شده در طراحی‌ها.قابلیت ساخت و بازسازی آسان و بازده بسیار بالا از قابلیتهای منحصر به فرد دیگر این محصول است.

 ایمن بودن از نظر ایجاد تداخلات الکترومغناطیسی، قابلیت کار پیوسته، کنترل و کاربری آسان، اعلام نوع خطاهای رخ داده به صورت گرافیکی ، نمایش توان انتقالی و انعکاسی، دریافت ورودی صفر تا پنج ولت برای کنترل توان خروجی ژنراتور، دارای خروجی آنالوگ برای مقادیر توان انتقالی و انعکاسی، دارای قابلیت محدود کردن توان انعکاسی برای مقادیر بیش از 60 وات ، سیستم خنک­ کننده هوای فشرده از ویژگی های دیگر این مولد می باشد.  

 

کاربردها:

  • تولید نیمه هادی.
  • لایه نشانی پلاسمایی فیزیکی و شیمیایی.
  • لایه برداری پلاسمایی.
  • انجام پرازش های مختلف تحت پلاسما.
  • عملیات گرم کردن و ذوب دی الکتریک های تلفاتی.

مشخصات 

فرکانس

 13.56 مگاهرتز

پایداری فرکانس

±0.005%

محدوده توان خروجی

6 تا 600 وات به بار 50 اهم.

پایداری خروجی

20dBc-

توان انعکاسی

محدود شده به حداکثر 60 وات به طور خودکار

هارمونیک خروجی

-30dBc

AC  ورودی

200-240 ولت ،‌50 هرتز (برق شهر)

خنک سازی

هوای فشرده ( دارای یک درگاه فد در پشت دستگاه)

دمای کار

5 تا 40 درجه سیلسیوس

کنترل از دور

کنترل با ولتاژ آنالوگ 0 تا 5 ولت با کانکتور DB9 ، (RS284,RS232 به صورت آپشن )

ابعاد

22*17.6*45 سانتیمتر قابل نصب در رک.

کلید روشن / خاموش

یک کلید در پنل جلو

کانکتور خروجی

نوع N

آلارم

اضافه دما به صورت گرافیکی

وزن

15 کیلو گرم



لایه نازک در واقع لایه ای از مواد است که ضخامت آن در رنج کسری از یک نانومتر تا چند میکرومتر قرار گرفته باشد. اهمیت عمده لایه های نازک در صنایع الکترونیک، میکروالکترونیک و صنایع نوری می باشد که در سال های اخیر با پیشرفت فناوری نانو، رشد قابل ملاحظه ای را در اصلاح خواص سطحی مواد داشته است. خواص لایه های نازک وابسته به ساختار و مورفولوژی آنها طی فرایند رشد و جوانه زنی است.

مفهوم لایه های نازک

به طور کلی لایه به ماده یا موادی گفته می شود که به صورت پوششی بر یک سطح یا ماده می نشینند و باعث ایجاد خواص الکتریکی، فیزیکی و مکانیکی سطحی جدیدی می شود که که خصوصیات سطحی زیر لایه را ارتقاء می‌بخشد.
معمولا در فیزیک حالت جامد، مواد را به صورت توده ای مورد بررسی قرار می دهند. در عموم روش های لایه نشانی، هنگامی که ماده از حالت توده ای به صورت اتم ها، ملکول ها یا یون های مجزا درآیند و روی سطح زیرلایه نشینند، پوششی ایجاد می شود که آنرا لایه می نامند. چگالش ذرات اتمی، ملکولی یا یونی برای تشکیل لایه بر روی زیرلایه توسط فرایندهای فیزیکی و شیمیایی مختلفی صورت می گیرد. شکل 1 شماتیک ساختار لایه و زیرلایه را نشان می‌دهد.

filereader.php?p1=main_ec6ef230f1828039e
شکل 1- شماتیک ساختار لایه و زیرلایه نسبت به هم[1].



معمولا اگر لایه تشکیل شده نازک باشد، خواص فیزیکی جدیدی از خود بروز می دهد که با خواص همان لایه به صورت توده ای متفاوت است که به این ترتیب می توان قابلیت های جدیدی به محصول افزود.
اصولاً لایه ها و پوشش های مختلف از نقطه نظر ضخامت به سه گروه تقسیم می شوندکه عبارتند از:
1. لایه های بسیار نازک با ضخامت کمتر از 50 انگستروم
2. لایه های نازک با ضخامت بین 50 تا 5000 انگستروم
3. لایه های ضخیم با ضخامت بیش از 5000 انگستروم

طبق تعریف بالا، لایه های نازک لایه هایی هستند که ضخامت آنها بین 50 تا5000 انگستروم می باشد. به بیان دیگر لایه های نازک ، لایه های با دقت اتمی طراحی شده ای از انواع مواد اعم از فلزات، عایق ها، نیمه رساناها هستند. لایه های نازک را می توان در دسته پوشش های نانو ساختار دسته بندی کرد. همچنین کاربرد عمده این لایه های نازک در اصلاح خواص سطح جامدات است.
لایه های نازک و بسیار نازک، از دو ویژگی مهم برخوردار هستند. اولین ویژگی، ضخامت زیرمیکرونی آن است که هر چه به اندازه نانو نزدیک تر شود، ویژگی های متفاوت‌تری را برای لایه به وجود می آورد. دومین ویژگی آن است که لایه ها می توانند سطوح فوق العاده بزرگی نسبت به ضخامت داشته باشند. این دو ویژگی باعث پدید آمدن خواص متفاوت‌تر، و کاربردی می شوند که در قسمت خواص لایه های نازک به آن پرداخته خواهد شد[1-3].

اهمیت لایه های نازک
در سال های اخیر، علم لایه های نازک در میان سایر علوم رشد قابل ملاحظه ای داشته و حجم وسیعی از تحقیقات را به خود اختصاص داده است. بی شک رشد چشمگیر ارتباطات، پردازش اطلاعات، ذخیره سازی، صفحه های نمایش، صنایع تزئینی، ابزارآلات نوری، مواد سخت و عایق ها نتیجه تولید لایه های نازک براساس فناوری های نوین می باشد. در ساخت لایه های نازک نیز در سال های اخیر تحولات وسیعی صورت گرفته است که خود ناشی از پیشرفت در فناوری خلاء، تولید میکروسکوپ های الکترونی و ساخت وسایل دقیق و پیچیده ی شناسایی مواد است. همچنین باز شدن مباحثی نظیر میکروالکترونیک، اپتیک و نانوتکنولوژی مدیون اهمیت پوشش های لایه نازک می باشد. از نقطه نظر تاریخی در ابتدا تکنولوژی لایه نازک در صنایع مدارهای مجتمع(شکل 2)استفاده شد. در ادامه طی 40 سال اخیر، نیاز صنایع به ابزارهای کوچکتر و سریعتر، تکنولوژی و فیزیک لایه های نازک را جهت رسیدن به این هدف بهبود بخشید.


filereader.php?p1=main_1d665b9b1467944c1
شکل 2-تصویر مقطع عرضی مدل یک مدار مجتمع(IC) سه بعدی[7]. 



لایه های نازک با ضخامت زیر میکرونی، با خواصی ناشی از همان دو ویژگی اصلی آنها که شامل نازک بودن و بزرگی فوق العاده نسبت سطح به حجم است، کاربردهای فراوانی در فناوری های نوین یافته اند. برخی خصوصیاتی که در اثر نازک بودن سطح به وجود می آید شامل افزایش مقاومت ویژه، ایجاد پدیده تداخل نور، پدیده تونل زنی، مغناطیس شدگی سطحی، تغییر دمای بحرانی ابررساناها می باشد. همچنین برخی خصوصیاتی که از بزرگی سطح لایه های نازک ناشی می شود شامل پدیده جذب سطحی فیزیکی و پدیده جذب سطحی شیمیایی، پدیده پخش و فعالسازی می باشد.

با توجه به عملکرد و خواص لایه های نازک، می توان از آنها جهت بهبود تکنولوژی هایی نظیر سلولهای خورشیدی، سنسورها، کاربردهای نوری، مهندسی الکترونیک و فروالکترونیک نیز استفاده نمود. امروزه کاربرد لایه نشانی در صنایع، موضوع توسعه یافته ای است. به گونه ای که بخش بزرگی از زندگی مدرن را مدیون توسعه صنعت لایه نشانی می دانند[3و4].

تاریخچه لایه های نازک
فناوری لایه های نازک قدمتی چندهزار ساله دارد. این تکنولوژی، به طور همزمان، هم یکی از قدیمی ترین هنرها و هم یکی از جدیدترین علوم می باشد. احتمالاً مصریان اولین کسانی بودند که از هنر زرکوبی و طلاکاری برای تزیین و مقاوم سازی سطوح استفاده می کرده اند. در حدود چهار هزار سال پیش، هنر چکش کاری طلا با تولید ورقه های بسیار نازک زیبا و پایدار در برابر فرایندهای شیمیایی کاربرد داشته است. همچنین در گذشته، سالیان متمادی لایه نشانی جیوه بر روی قطعات مسی انجام می گرفته است. صرفنظر از امکان استفاده لایه های نازک، فناوری تولید لایه نازک از حدود 300 سال پیش آغاز شد. اولین روشی که منجر به تولید لایه نازک فلزی شد، در سال 1838 به روش الکترولیز بود. در قرن 19 میلادی لایه نازک مایع از دیدگاه اپتیکی بسیار مورد توجه بوده است. رفته رفته با پیشرفت تکنولوژی، در قرن 20 میلادی تولید لایه نازک جامد رشد کرد. در اوایل قرن 20 میلادی، با رشد تکنولوژی میکروالکترونیک، ساخت لایه های نازک تر از 1میکرومتر(زیرمیکرونی) اهمیت ویژه ای بدست آورد و در اواخر قرن 20 با ظهور و پیشرفت مباحث نانومتری و پیدایش روش های شناسایی نظیرXPS، تولید لایه ی نازک نانومتری (زیر 100نانومتر) پیشرفت چشمگیری پیدا کرد[3و5-7].

فیزیک لایه های نازک
فرایند رشد لایه های نازک در حالت لایه نشانی شبیه توده مواد، بصورت صفحه کامل نیست. وقتی با حجم ماده مقایسه می شود، خواص فیزیکی لایه نازک روی زیرلایه، قویاً ممکن است متفاوت باشد که وابسته به ساختار و مورفولوژی آن است. ویژگیهایی نظیر اندازه دانه، شکل، جهت و ... به مقدار زیادی مرتبط با مراحل جوانه زنی و رشد تعیین می شود و می تواند متاثر از شرایط لایه نشانی باشد[7و8]. فرایند رشد اتمی به این صورت است که در ابتدا یک ذره از فاز بخار، کندانس می شود که ممکن است بلافاصله تبخیر مجدد شود و یا در میان سطح نفوذ کند. فرایند نفوذ ممکن است به جذب در مکان های خاصی بیانجامد. طی فرایند رشد، برای بدست آمدن لایه ای با سطح صاف، به موبیلیته سطحی کافی جزء نفوذ کننده و دمای بالا نیاز می باشد.
برای تشکیل لایه، ماده اولیه سه مرحله اساسی را طی می کند. در مرحله اول، ماده اولیه به ذره های اتمی، ملکولی یا یونی تبدیل می شود. سپس در مرحله دوم، فاصله بین منبع تا زیرلایه را طی می کند و در مرحله آخر، چگالش ذرات بر روی زیرلایه و تشکیل یک لایه جامد صورت می گیرد. چگالش لایه های نازک به شکل های مختلفی رخ می دهد که هر شکل آن به عوامل متعددی وابسته است که از آن دسته می توان به برهم کنش بین اتم های لایه ی در حال رشد و اتم های لایه و زیرلایه اشاره گرد. بطور عمده سه نوع رشد لایه نازک مشاهده گردیده است:

1. رشد لایه به لایه
2. رشد جزیره ای
3. رشد لایه ای-جزیره ای

filereader.php?p1=main_7bc3ca68769437ce9
شکل 3-شماتیک انواع فرایند رشد[7].



شکل 3 شماتیک سه فرآیند را به خوبی نشان می‌دهد. فرایند رشد لایه به لایه زمانی اتفاق می افتد که نیروی برهم کنش بین اتم های زیرلایه و لایه، قویتر از نیروی برهم کنش بین فقط اتم های لایه باشد. ابتدا یک لایه از اتم ها بر روی زیرلایه ی جامد شکل می گیرد، سپس لایه دوم روی لایه اول تشکیل می گردد. لایه جدید، تنها زمانی شروع به رشد می کند که لایه قبلی کامل شده باشد. این نوع رشد، به رشد فرانک وندرمرو نیز معروف است. اما چنانچه برهم کنش بین اتم های لایه بیشتر از برهم کنش بین اتم های لایه و زیرلایه باشد، لایه ها بصورت جزیره ای رشد خواهند کرد. نام دیگر این نوع رشد، رشد ولمر-وبر می باشد. پیوند اتم ها به یکدیگر در حالت رشد جزیره ای قوی تر از پیوند آنها به زیرلایه است. رشد جزیره ای-لایه ای، که حالتی بین رشد لایه به لایه و رشد جزیره ای می باشد، یک یا چند تک لایه تشکیل می شود و سپس جزایر تکمیل می گردد. نام دیگر فرایند رشد، استرانسکی-کرستانف می باشد. در این حالت از رشد، بین لایه ی پوشش داده شده و زیرلایه ممکن است یک شبکه نامطابق ایجاد شود. اندازه دانه لایه نازکی که روی زیرلایه تشکیل می شود، بستگی به سرعت و دمای لایه نشانی آن دارد[3و4].

کیفیت لایه های نازک
با توجه به نوع کاربرد لایه های نازک می توان کیفیت ساخت آنها را تغییر داد. از عواملی که در کیفیت لایه نازک موثرند می توان به سرعت لایه نشانی، دمای زیرلایه، نوع خلاء، ساختار زیرلایه و تطابق آن با لایه اشاره نمود. در مورد سطح مشترک لایه و زیرلایه، بایستی مرز مشترک آن عاری از آلودگی و ناخالصی باشد و ناصافی آن به حداقل ممکن خود برسد تا اتصال در سطح مشترک به خوبی صورت گیرد. در مورد ساختار نیز، نظم اتمی لایه و زیرلایه می تواند نقش مهمی در ویژگی های لایه نازک داشته باشد. همچنین خواص شیمیایی به دلیل ایجاد واکنش شیمیایی که ممکن است بین اتم های لایه و زیرلایه صورت بگیرد، بایستی به دقت مورد بررسی قرار گیرد. در حیطه خواص حرارتی، نزدیکی ضریب انبساط حرارتی لایه و زیرلایه موضوع حائز اهمیتی است تا لایه ایجاد شده بر روی زیرلایه چروکیده یا پاره نشود. همچنین در برابر شوک های حرارتی بایستی مقاوم باشند و در مورد خاصیت مکانیکی، لایه و زیرلایه بایستی از استقامت مکانیکی خوبی برخوردار باشند[3].

بحث و نتیجه گیری
پوشش ها براساس ضخامت آنها در سه گروه، زیر 50آنگستروم، بالای 5000آنگستروم و بین این دو مقدار دسته بندی می شوند که لایه های نازک را در ضخامت بین 50 و 5000آنگستروم قرار می دهند. تولید این لایه ها از حدود 300 سال پیش آغاز شده است اما طی چند سال اخیر با پیشرفت فناوری نانو، شمار زیادی از تحقیقات را به خود اختصاص داده است. اهمیت لایه های نازک علاوه بر خواص پوششی آنها، شامل خواص الکتریکی، نوری و... نیز می باشد که از دو ویژگی اساسی لایه های نازک که همان نازک بودن و بزرگی فوق العاده نسبت سطح به حجم است، حاصل می گردد و باعث پیشرفت در صنایع میکروالکترونیک، فروالکترونیک، اپتیک و ... گشته است. خواص فیزیکی لایه های نازک عموماً متفاوت از توده ماده است و با توجه به شرایط لایه نشانی و ساختار لایه تشکیل شده، می تواند تغییر کند. سرعت لایه نشانی، دمای زیرلایه، نوع خلاء، ساختار زیرلایه و تطابق آن با لایه از جمله عوامل تاثیر گذار بر کیفیت لایه نازک می باشند. اتم ها در فاز بخار، در صورت نفوذ در مکانهای خاصی روی سطح ماده، کندانس شده و موجب رشد لایه می گردد که براساس همین مکانهای خاص سطحی و میزان نیروی پیوند بین اتم های لایه و زیرلایه، فرایند رشد لایه نازک تعیین می شود. 


منابـــــع :

  • [1] K. N. Chopra & A. K. Maini, "Thin Film and Their Applications in Military and Civil Sectors" Defence Research and Development Organisation, 2010.
  • [2] http://www.offthegrid.com/offthegridliving/wpcontent/uploads/2008/11/sharp_solar_thin_film.jpg
  • [3] ع. رازقی زاده، "فیزیک لایه های نازک "، دانشگاه پیام نور:تهران، 1388.
  • [4] Y.R. Reddy,“An Introduction to Thin Films”,2010.
  • [5] A. Wagendristel & Y. Wang, “An Introduction of Physics and Technology of Thin Films”, , 1994.
  • [6] R. W. Berry, P. M. Hall & M.T. Harris “Thin film Technology”, Van Nostrand Company, 1968.
  • [7] M. Ohring, “Yhe Materials Science of thin Films”, Academic press. 1992.
  • [8] Thin film processes: Elsevier Publishing, 1991.


یکی از زیرساخت هایی که می تواند ضامن موفقیت اقتصادی و فناوری پژوهشگران و شرکت های دانش بنیان در عصر دانایی‌محوری باشد، توجه به «حقوق مالکیت فکری» است. حقوق مالکیت فکری، مفهوم حقوقی نوینی است که از فعالیت‌ها و محصولات فکری در زمینه‌های تجاری، علمی، ادبی و هنری حمایت می کند. به عبارت دیگر، حقوق مالکیت فکری مجموعه ای از قوانین ومقرراتی است که از اثرات ناشی از فکر، خلاقیت و ابتکار بشر حمایت کرده و در این راستا یک سری حقوق مادی محدود به زمان و حقوق معنوی دائمی به پدید آورنده آن اعطاء می نماید. اصطلاح مالکیت فکری برای اولین بار در اکتبر 1845 دردادگاه ماساچوست در مورد قضیه ثبت اختراعات Davoll Brown و شرکایش، مورد استفاده قرار گرفت. با تاسیس سازمان جهانی مالکیت فکری در سال 1967 این اصطلاح بصورت رسمی بکار برده شده است. فرض اساسی در قانون مالکیت فکری این است که اندیشه های خلاق انسانی زمانی شکوفا می شود که صاحبان حق انحصاری اثر از نظرمالی از کار خود بهره مند شوند و نسخه برداری از اثر خود را تحت کنترل داشته باشند. بنابراین حقوق مالکیت فکری، حلقة مکمل چرخة نوآوری به حساب می آید و سبب شکوفایی اندیشه های خلاق انسانی، توسعه ی تحقیقات، علم و فناوری و تجارت می شود.

1-مقدمه

در سه دهه اول پس از انقلاب، افزایش تعداد دانشگاه ها و رشد کمی دانشجویان، بازسازی صنایع داخل و ارتقای وضعیت صنعتی در اولویت برنامه توسعه اقتصادی ایران قرار داشت. هم اکنون که ایران در دهه چهارم پس از انقلاب قرار دارد، در کنار توسعه کمی و کیفی صنایع و ارتقای وضعیت دانشگاه ها، دولتمردان همت ویژه¬ای را برای توسعه فناوری های پیشرفته و اقتصاد دانایی محور گماشته اند. نمونه های آن در کشور ملموس است که می‌توان به توسعه کمی و کیفی «ستادهای فناوری کشور» مانند ستاد ویژه فناوری نانو، زیست فناوری، هوافضا، سلول های بنیادی و میکروالکترونیک اشاره کرد. از سویی دیگر، با تصویب قوانینی مانند «قانون حمایت از شرکت ها و مؤسسات دانش‌بنیان و تجاری‌سازی نوآوری ها و اختراعات» در مجلس شورای اسلامی و تصویب «نقشه جامع علمی و فناوری کشور» در شورای عالی انقلاب فرهنگی و دیگر اسناد بالادستی در نظام پژوهش کشور، الزامات قانونی برای حرکت در این مسیر و توسعه‌ی دانش و فناوری های برتر و پیشرفته ایجاد گردید. 
یکی از زیرساخت های که می تواند ضامن موفقیت اقتصادی و فناوری پژوهشگران و شرکت های دانش بنیان در عصر دانایی‌محوری باشد، توجه به «حقوق مالکیت فکری» است. پژوهشگران و شرکت ها با بهره‌گیری از نظام حقوقی مالکیت فکری، قادر خواهند بود تا چتر حقوقی کارآمدی برای فرایند خلق ایده تا صادرات فناوری و تجاری سازی خودشان فراهم آورند. با توجه به اینکه غالب داشته های پژوهشگران و شرکت های دانش بنیان از جنس دارایی های فکری است لذا «مدیریت و حفاظت حقوقی از دارایی های فکری» امری اجتناب ناپذیر خواهد بود. از سوی دیگر، برای وارد شدن به عرصه اقتصاد جهانی باید با ادبیات خاص دنیای تجارت که یکی از مباحث کلیدی آن «Intellectual Property Law» یا همان حقوق مالکیت فکری است، آشنا شد. بطور خلاصه و در یک جمله می توان بیان داشت که: «ندانستن مباحث حقوق مالکیت فکری برای پژوهشگران و شرکت های دانش بنیان یک تهدید جدی و دانستن آنها به عنوان یک فرصت بزرگ خواهد بود».
البته موضوع مالکیت فکری بحث نوینی نیست. بلکه با پیدایش انسان ، مالکیت فکری نیز بوجود آمده است. چرا که فکر، قدرت لاینفکی بوده که انسان هیچ وقت ازآن خالی نبوده وهمیشه به منظور رفع نیازهای خود از آن بهره می گرفته است. بهرحال امروزه با توجه به گسترش ارتباطات در سطوح ملی، منطقه ای و بین المللی بویژه از طریق شبکه جهانی اینترنت و قابلیت دسترسی سریع و آسان به تمامی اطلاعات و امکان سوء استفاده برخی افراد از آثار و دستاوردهای دیگران، بر اهمیت حفظ این نوع مالکیت و اعتبار آن افزوده شده است. بعضی از سازمانهای بین المللی، بخصوص سازمان جهانی مالکیت فکری یا مختصرا وایپو (WIPO) به منظور تبیین و گسترش مالکیت فکری در بین جوامع مختلف و نیز در محیط الکترونیکی، تحقیقات و بررسی هایی انجام داده اند تا بهتر و دقیق تر ابعاد و ویژگی های آن را مشخص و موقعیت آن را مستحکم نماید.
در این مقاله که با هدف ترویج مقوله مالکیت فکری در میان پژوهشگران و شرکت های دانش بنیان و صنایع کشور گردآوری شده است پس از تعریف «حقوق مالکیت فکری» و بیان تاریخچه آن، به توصیف و تبیین اهمیت حقوق مالکیت فکری پرداخته می شود. به امید آنکه پژوهشگران و شرکت های دانش بنیان و صنایع کشور با بهره گیری از مطالب روز در زمینه حقوق مالکیت فکری بتوانند تهدیدهای خود را به فرصت های پیش رو تبدیل کنند.

2- تعریف مالکیت فکری 
با وجود اینکه ارائه ی یک تعریف دقیق از مالکیت فکری چندان هم ساده نیست بسیاری از مردم تا حدودی با این عبارت و مفهوم آن آشنا هستند، در هنگام خرید یک کتاب و یا هنگام خرید یک دستگاه الکترونیکی این نکته مورد پذیرش قرار گرفته است که نویسنده¬ی کتاب یا مخترع دستگاه، مالک اولیه و اصلی ایده و فکر خود هستند. مالکیتی که بر یک شی نیست بلکه در واقع بر فکر و ایده ای است که منجر به نوآوری در صنعت یا نگارش یک کتاب و یا رونق یک نام تجاری شده است. همین مالکیت باعث می شود به راحتی نتوان یک کتاب را کپی کرد یا محصولاتی با نشان تجاری تقلبی به بازار عرضه نمود. 
علت این که عبارت «مالکیت فکری» کمی پیچده به نظر می رسد این است که کاربرد کلمات «مالکیت» و «فکری» با استعمال رایج در محاورات روزمره اندکی متفاوت است. برای ساده تر شدن مفهوم این عبارت می توان هر کدام از این دو کلمه را در معنای خاص خود در این عبارت، بررسی نمود؛ 
«مالکیت»: منظور مالکیت و تصاحب چیزی است که نمود بیرونی ندارد؛ برای مثال یک نویسنده مالک محتوای کتابی است که نوشته است و یک کارخانه تولید پوشاک برای همیشه مالک علامت و نشانی است که محصولات خود را تحت آن نام عرضه می¬کند. 
«فکری»: مالکیت فکری عمدتا ناشی از فکر و ایده ی شخصی است که آن را ایجاد کرده است، یک اختراع محصول فکر و نبوغ مخترع خود است و یک قطعه ی موسیقی زاده ی ذهن آهنگ سازی است که آن را برای اولین بار نواخته است. 

در اسناد بین المللی، تنها تعریفی که از حقوق مالکیت فکری در دست می باشد، در ماده ی دوم کنوانسیون تاسیس سازمان جهانی مالکیت فکری است که این حقوق را صرفا این چنین نام می برد:
فعالیت های ادبی، هنری و علمی، اجرای برنامه های هنری هنرمندان، اختراعات در تمام زمینه های ناشی از تلاش انسانی، اکتشافات علمی، طرح های صنعتی، علایم تجاری و حمایت در برابر رقابت غیرمنصفانه.
علاوه بر موارد فوق امروزه، موارد دیگری نیز چون حمایت از گونه های گیاهی، طرح های ساخت مدارهای یکپارچه، اسرار تجاری و اطلاعات محرمانه و دانش سنتی، منابع ژنتیکی و فرهنگ و ادب عامه وجود دارند که جز موضوع حقوق مالکیت فکری قرار می گیرند. حقوق مالکیت فکری به خالق یا مالک یک حق اختراع، علامت تجاری یا مولف یک اثر این امتیاز را می دهد که از اثر خویش بهره برده یا در آن زمینه سرمایه گذاری کند. 
بنابراین می توان گفت که حقوق مالکیت فکری مجموعه ای از قوانین ومقرراتی است که از اثرات ناشی از فکر، خلاقیت و ابتکار بشر حمایت کرده و در این راستا یک سری حقوق مادی محدود به زمان و حقوق معنوی دائمی به پدید آورنده آن اعطاء می نماید. 

3- تاریخچه مالکیت فکری
با وجود ریشه دار بودن موضوع مالکیت فکری، حقوق مالکیت فکری موضوع جدیدی است. در سال 1690 جان لاک در کتاب "دو رساله" خود، مالکیت یک اثر هنری را به مولف آن نسبت داد. اما اولین قوانین در این زمینه با پیشرفت صنعت چاپ و حمایت از مولفان در برابر مساله چاپ غیر مجاز وضع گردید. اولین قانون مربوط به حق مولف در دنیا، "قانون آن" (the statute of Anne) است که در سال1710 میلادی در پارلمان انگلیس وضع گردید این قانون مولف را به عنوان دارنده حق صدور جواز نسخه برداری معرفی می کند.

در فرانسه، لویی شانزدهم در سال 1977 در این زمینه فرمانی را صادر کرد و در آمریکا ابتدا با وضع قانون محلی در سال 1783، حقوق مالکیت فکری بنا نهاده شد و سپس در سال 1789 به صورت یکی از اصول قانون اساسی متجلی شد. اصطلاح مالکیت فکری (Intellectual Pproperty) برای اولین بار در اکتبر 1845 دردادگاه ماساچوست در مورد قضیه ثبت اختراعات Davoll Brown و شرکایش، مورد استفاده قرار گرفت. هر چند که برخی دیگر از نویسندگان معتقدند که اصطلاح مالکیت فکری به قبل ازسال 1845 بر می گردد. بطور مثال بر طبق فصل 1 قانون فرانسه که در سال 1791 تصویب شد تمامی اختراعات جدید از حقوق نویسنده و مخترع بحساب می آمد و تمامی حقوق آن اختراع از 5 تا 15 سال برای وی محفوظ بود. تا قبل از سال1967، اصطلاح مالکیت فکری بصورت غیر رسمی بکار می رفت ولی از سال 1967 که سازمان جهانی مالکیت فکری تاسیس شد این سازمان تلاش زیادی را در جهت توسعه این اصطلاح انجام داده است.

4- اهمیت حقوق مالکیت فکری
در ماده 27 اعلامیه ی جهانی حقوق بشر، حق برخورداری از منافع معنوی و مادی ناشی از هرگونه محصول فعالیت علمی، ادبی یا هنری را در کنار حقوق بشری نظیر حق حیات، حق آزادی بیان و اندیشه به رسمیت می شناسد. همین موضوع در پی بردن به اهمیت و جایگاه مقوله ی حقوق مالکیت فکری کفایت می¬کند چرا که یکی از حقوق اساسی انسان محسوب شده است. 
محصول هوش انسانی، در مقایسه با سایر کالاها و محصولات دارای سه خصیـصه ویژه ای اسـت: 
• نتیجه مستقیم کار فکری انسان است. 
• در اثر مصرف از بین نمی رود. 
• بـه راحتـی عرضـه شـده و قابلیت تکثیر دارد. 
مشابه با ساختار نظام قانونی که به زندگی فرهنگی و اجتماعی نظم می دهد مقررات و قوانین مالکیت نیز می تواند حلقه ارتباطی دنیای افکار و اندیشه های انسان باشد. بطور مثال بدون وجود این حقوق، انگیزه مولفان و نویسندگان برای خلق اثر از بین خواهد رفت. فرض اساسی در قانون مالکیت فکری این است که اندیشه های خلاق انسانی زمانی شکوفا می شود که صاحبان حق انحصاری اثر از نظرمالی از کار خود بهره مند شوند و نسخه برداری از اثر خود را تحت کنترل داشته باشند. به سبب همین حمایت است که با هربار خرید محصول مورد حمایت مالکیت فکری در واقع بخشی از قیمت آن به عنوان سهم ایده پرداز محصول پرداخت می شود. بخشی از قیمت یک کتاب متعلق به نویسنده ی آن است. قسمتی از مبلغ یک گوشی موبایل سهمی است که برای مخترعان فناوری های نوین به کار رفته در گوشی موبایل پرداخت می شود. قسمتی از قیمت یک نوشابه پولی است که بابت علامت و نشان تجاری آن هزینه می شود. بدیهی است که این مسئله به تدریج و به مرور زمان باعث رونق در صنایع گوناگون شده است. تنها کافی است تصور شود به عنوان یک مخترع در مقابل زمان و نبوغی که مصروف گشته، باید پاداش موجهی نیز دریافت شود، مسلما این نکته ی تشویقی، نوآور را واخواهد داشت تا به خلق نوآوری های بیشتری اقدام بنماید. 
همانطور که در شکل 1 نمایش داده شده است، حقوق مالکیت فکری، حلقه مکمل چرخه نوآوری به حساب می آید. بعد از خلق ایده با ایجاد حقوق مالکیت فکری امکان تجاری سازی آن تسهیل می شود.


filereader.php?p1=main_ec6ef230f1828039e
شکل1- چرخه نوآوری [1]



بنابراین مالکیت فکری، از جمله مقوله هایی است که به جهت اهمیت آن باید حفاظت شود، همانگونه که نیروی انتظامی امنیت را در شهر حاکم می سازد، مالکیت فکری هم باید محافظت شود.

5- لزوم توجه به مالکیت فکری در تحقیقات و کسب و کار
اهمیت مالکیت فکری زمانی از حمایت های حقوق بشری و بین المللی فراتر می رود که به تاثیر آن در رونق تجارت به ویژه تجارت بین المللی و تحقیقات و توسعه ی فناوری به ویژه فناوری های نوین پرداخته می شود. مطالعه ی تاثیراتی که حمایت از دارایی ها و سرمایه های فکری در توسعه ی علوم و فناوری داشته گویای این مطلب است که یکی از نتایج عمده حمایت از مالکیت فکری، ترغیب دانشمندان و محققان به انجام تحقیقات بیشتر و موثرتر است، چرا که در مقابل نبوغ مصروفی پاداش در خور دریافت می نمایند. در عرصه ی تجارت بین المللی ایجاد مزیت و اعتبار نسبت به رقبا به سبب تملک سرمایه های فکری از سوی برخی اصحاب بازار موجب افزایش قدرت چانه زنی و افزایش سود می گردد، به ترتیبی که امروزه سرمایه ی شرکت های بزرگ نه تنها با دارایی های ملموس (Tangible Asset) بلکه با داریی های ناملموس (Intangible Asset) و دارایی های فکری ایشان نیز محاسبه می شود. 

در صحنه ی تجارت، شرکت ها بعد از ثبت اختراع دستاوردهای تحقیقاتی خود، هم می توانند خود بطور مستقیم این فناوری ها را تبدیل به محصول نموده و به بازار عرضه کنند و یا با فروش امتیاز بهره برداری از اختراع از طریق قراردادهای انتقال فناوری به شرکت های دیگر، هزینه های تحقیقات را جبران نموده و سود قابل ملاحظه ای را به-دست آورند. مالکیت فکری شرکت ها در مورد اختراعات، انحصار تولید و فروش و عرضه ی محصولات را به مدت بیست سال در اختیار شرکت ها قرار می دهد و در مورد علائم تجاری این انحصار می تواند الی ابد باشد. چنین انحصاری است که برتری جایگاه شرکت مالک سرمایه ی فکری را در بازار تحکیم می کند، افزایش قدرت چانه زنی و اعتبار در میان رقبا را برایش به ارمغان می آورد و تضمین کننده ی بازگشت سرمایه های شرکت است، چرا که حتی اگر شرکتی قادر به استفاده از حق انحصاری خود نباشد به سادگی از طریق انتقال فناوری اش می تواند بازگشت سرمایه داشته باشد. در عین حال بی توجهی به مالیکت فکری در یک شرکت موجب بهره برداری اشخاص ثالث بدون اجازه شرکت و تولید محصولات مشابه توسط رقبا و به خطر افتادن اعتبار و سود شرکت شود و قدرت چانه زنی شرکت را در بازار تحت تاثیر قرار دهد. 

در تحقیقات توجه و دقت در امر مالکیت فکری از آن جهت است که بی توجهی به مالکیت فکری و عدم ثبت نتایج و نوآوری های دست یافته ی محققان این خطر را برای ایشان دارد که دستآوردهایشان مورد سوء استفاده یا حتی سرقت و ثبت به نام دیگران شود و نبوغ، زمان و هزینه های مصروف شده به طور کامل از بین برود. به همین جهت است که در اغلب مراکز تحقیقاتی نظیر پارک های علم و فناوری و دانشگاه ها و مراکز تحقیق و توسعه پرداختن به امر مالکیت فکری از حساسیت بالایی برخوردار است. 


بحث و نتیجه گیری:
حقوق مالکیت فکری، مفهوم حقوقی نوینی است که از فعالیت‌ها و محصولات فکری در زمینه‌های تجاری، علمی، ادبی و هنری حمایت می کند. به عبارت دیگر، حقوق مالکیت فکری مجموعه ای از قوانین ومقرراتی است که از اثرات ناشی از فکر، خلاقیت و ابتکار بشر حمایت کرده و در این راستا یک سری حقوق مادی محدود به زمان و حقوق معنوی دائمی به پدید آورنده آن اعطاء می نماید. فرض اساسی در قانون مالکیت فکری این است که اندیشه های خلاق انسانی زمانی شکوفا می شود که صاحبان حق انحصاری اثر از نظرمالی از کار خود بهره مند شوند و نسخه برداری از اثر خود را تحت کنترل داشته باشند. بنابراین حقوق مالکیت فکری، حلقة مکمل چرخة نوآوری به حساب می آید و سبب شکوفایی اندیشه های خلاق انسانی، توسعه ی تحقیقات، علم و فناوری و تجارت می شود.

منابـــــع :

  • 1. موسسه داراییهای فکری و فناوری مدرس، کتابچه آموزشی ترویجی آشنایی با حقوق مالکیت فکری و ثبت اختراع، مهر 1391.