سیستم توزیع گاز، راکتور و سیستم تخلیه، سرعت لایه نشانی در این روش نسبتاًبالاست و به حدود ۱۰ تا ۱۰۰ نانومتر در ثانیه می رسد. ضخامت لایه رسوبه شده نیز یکنواخت و بدون تأثیر از شکل بستر است که یکی از روش های متداول لایه نشانی شیمیایی بخار، رسوب شیمیایی بخار به کمک پلاسما است.
مزایای روش CVD :
۱) امکان تشکیل انواع مختلف پوشش ها
۲)تشکیل رسوبات با کیفیت بالا.
۳)سرعت زیاد تشکیل رسوب.
محدودیت های روش CVD :
۱)نیاز به دمای بالا در برخی حالات.
۲)فشار های کم (پمپ خاص)
۳) مشکلات حرارت دادن زیر لایه در برخی مواقع مثلاً پلاستیک ها [۲۰] .
۱-۹ اپی تکسی باریکه مولکولی MBE1
در این روش، منابع عنصری از طریق حرارت دادن با نرخ کنترل شده، تبخیر شده و سپس برروی زیر لایه با دمای مناسب تقطیر می شوند. این عمل را تکنیک فوق خلاء UHV می گویند، که در آن اشعه های مولکولی با اتم های تبخیر شده برروی زیر کار متمرکز می گردند. برای اطمینان از خلوص لایه با اندازه کافی، وجود شرایط فوق خلاء (حدود ۹-۱۰ تور ) لازم است. استفاده از شرایط فوق خلاء دارای دو مزیت است، اولاً اتم ها و مولکول ها به صورت خیلی خالص به سطح رشد می رسند ثانیاً فرایند رشد را می توان با تکنیک های تشخیص و مشاهده در حالی که بلور به صورت لایه اتمی رشد می کند، تحت نظارت و کنترل در آورد، تکنیک MBE به عنوان یک فناوری عالی جهت رشد بلوری و برای تولید ساختارهای پیچیده و متنوع و به ویژه برای ساختار های چند لایه با مبنای GaAs شناخته شده است[۲۰]. این روش مارا قادر می سازد تا کنترل دقیقی بر صفحات لایه و نیم رخ آن داشته باشیم، البته این روش به علت استفاده از دستگاه فوق خلاء روش گران قیمتی است.

1. 1. Mulecular Beam Epitaxy

۱-۱۰ لایه گذاری به وسیله پالس لیزری PLD ^۱ :
لایه گذاری به وسیله پالس لیزری PLD یکی از روش های ارتقاء یافته PVD ست که برای بهبود کیفی لایه های اکسیدی چند جزی مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش خروجی پالس کوتاه لیزری برروی هدف جامد متمرکز شده و دمای قسمت کوچکی از هدف را بیش از دمای بخار افزایش می دهد، توده مواد بخار شده از لایه رسوب شده، لایه نازک را به وجود آورده که به وسیله تکنیک های دیگرPVD غیر قابل رسوب می باشد. در روش PVD و در حالتی که منابع تک عنصری مورد استفاده قرار گیرد، دستیابی به لایه های نازک با ترکیب استو کیومتری مشکل است، زیرا نسبت ورودی هر جز باید کالیبره شده باشند. در روش PLD ترکیب بخار همان ترکیبی می باشد که در هدف وجود دارد، بنابراین رشد رسوب لایه آسانتر می شود. توانایی پالس لیزری مواد می تواند از چند نظر مورد بررسی قرار گیرد، لیزر انرژی را در هدف ذخیره می ساخته و جذب پرتو به وسیله ماده هدف باعث داغ شدن سطح و تأثیر بر شکل آن می گردد. انرژی جذب شده در واحد حجم بستگی به عمق نفوذ چشمی، پراکندگی حرارت و نسبتی که انرژی ذخیره شده است دارد. میزان انرژی ذخیره شده توسط پهنای PL تعیین می گردد. افزایش حرارت در سطح می تواند با توجه به نسبت میزان انرژی که در ماده ذخیره شده و میزان حرارتی که از دست رفته مورد محاسبه قرار گیرد، لیزر برای نقاط ریز تمرکز نموده (به عنوان نمونه چند میلی متر مربع) تا حجم ماده ای را که باید حرارت داده شود، به حداقل رساند، که در بیشتر موارد حرارت سطحی در ماده، به دنبال ذوب و بخار به وجود می آید.
۱-۱۱ لایه نشانی حمام شیمیایی CBD ^۲ :
روش CBD به لحاظ سادگی و اقتصادی بودن از دیر باز مورد توجه قرار گرفته است. از این روش می توان برای تهیه لایه های نازک یکنواخت نیمه هادی ها، لایه های اکسیدی و آلیاژ ها استفاده کرد. همچنین می توان سطوح بزرگ را با این روش لایه نشانی کرد. اساس این روش بدین گونه است که محلول های به وجود آورنده لایه مرکب در داخل ظرفی ریخته می شوند و بعد بستر به طور عمودی در ظرف حاوی محلول فرو برده می شود.

1. 1. Pulsed Laser Deposition

1. 1. Chemical Bath Deposition

ماده مورد نظر روی بستر به طور یکنواخت می نشیند. روش CBD مستلزم کنترل رسوب از محلول ماده مرکب روی بستر مناسب می باشد، محلول معمولاً در محیط قلیالی می باشد. معمولاً با تغییر PH محلول، دمای محلول و غلظت پایدار کننده، می توان ضخامت فیلم و سرعت لایه نشانی را کنترل کرد[۲۱] .
۱-۱۲ روش لایه نشان سل ژل
روش های زیادی، از جمله رسوب فیزیکی بخار، رسوب شیمیایی بخار، کندوپاش، روش پلاسما و روش های الکتروشیمیایی وروش سل ژل از روش های معمول برای تولید لایه های نازک هستند. اگرچه همه روش های ذکر شده برای تولید حجم زیادی از نانو مواد استفاده می شوند، اما روش سل ژل دارای محبوبیت وکاربرد صنعتی بالاتری نسبت به سایر روش های موجود است واین امر بی علت نیست. سل ژل هم اکنون می تواند نانو ذراتی با کیفیت بالا (تولید ذرات با اندازه یکسان) را در حجمی بالا تولید کند. این روش قادراست همزمان دو یا چند نوع نانو ذره را با هم تولید کند. مفهوم این جمله این است که با مخلوط کردن پیش ماده های سنتز دو یا چند فلز (یا اکسید فلز) مختلف با نسبت های معین قادر خواهیم بود که محصولات آلیاژی را در یک مرحله سنتز کنیم. البته روش های دیگری هم هستند که قادر به انجام چنین کاری می باشند (روش پلاسما و روش های الکتروشیمیایی) ولی باید خاطر نشان کرد که در مقیاس صنعتی هیچ کدام از آنها قادر به رقابت با روش سل - ژل نیستند.
همچنین این روش قادر است به روش های رایج که محدوده ی دمایی بسیار بالایی ( بین ۱۴۰۰ تا ۳۶۰۰ درجه سانتیگراد )دارند، لایه های نازک با کیفیت و نانو مواد سرامیکی و فلزی را در دماهای بسیار پایین تری ( حدود ۷۰ تا ۳۲۰ درجه سانتیگراد ) تولید کند.
از مزایای روش سل - ژل به اختصار می توان موارد زیر را ذکر کرد:
۱) سنتز در دمای پایین.
۲) سرمایه گذاری اولیه کم و در عین حال کیفیت بالای محصول.
۳) تهیه محصولاتی با خلوص بالا.
۴) راندمان تولید بسیار بالا.
۵) ابزار انجام آن ساده است.
۶) واکنش پذیری شیمیایی بالای پیش ماده ها به دلیل انجام فرایند در فاز محلول.
۷) تولید قطعات اپتیکی با شکل های پیچیده.
۸) تولید مواد دارای خواص فیزیکی اصلاح شده مانند ضریب انبساط حرارتی پایین و جذب اشعه UV کم و شفافیت اپتیکی بالا.
۱-۱۲-۱ مراحل فرایند سل ژل
برای تولید محصول سل – ژل لازم است ابتدا مقدمات و شرایط لازم برای واکنش ها را فراهم نمود.
شکل (۱-۱) نمای کلی از تمامی مراحل سل ژل
۱) تهیه محلول همگن
لازم است در ابتدا یک محلول همگن شامل حلال و پیش ماده هایی که قرار است در طول فرایند، محصول نهایی را شکل دهند آماده گردد. برای این کار ابتدا حلال ( آب یا الکل، حلال های آلی یا نسبتی از آنها ) و پیش ماده را در یک ظرف حل می کنیم تا محلول همگن حاصل شود. گاهی لازم است تا از ترکیب دو حلال با نسبت های معین استفاده شود تا پیش ماده ها به طور کامل در آن حل شود و محلول همگن حاصل شود.
۲) تشکیل سل
سل از کلمه انگلیسی Solution به معنای محلول گرفته شده و لذا محلولی است از واکنش دهنده های مختلف، (مثل ماده ها، حلال، کاتالیزور های اسیدی یا بازی و سایر افزودنی ها مورد نیاز) که قرار است در ادامه واکنش طی مراحل هیدرولیز و تراکم به ژل تبدیل شود. البته لازم است که به این نکته اشاره گردد که سل ها کمی با محلول های حقیقی متفاوت هستند. در محلول حقیقی جسم حل شونده به صورت اتم، مولکول و یا یون در حلال به طور یکنواخت پراکنده شده و اندازه ذرات از ۱ نانومتر تجاوز نمی کند اما اگر اندازه ذرات بزرگتر از ۱۰۰ نانومتر باشد، به تدریج ته نشین می شوند (مخلوط سوسپانسیونی). اگر اندازه ذرات بین ۱ تا حدود ۱۰۰متغیر باشد، معمولاً به صورت پراکنده در همه جای مخلوط باقی می ماند که به این گونه مخلوط ها کلوئید می گویند. اصطلاح کلوئید از ترکیب دو کلمه یونانی kolla (به معنی چسب) و eidos (به معنای شبیه) بدست آمده است که اولین بار توسط دانشمند انگلیسی بنام توماس گراهام بکار برده شد. سل ها شامل ذرات ریزی (کمتر از ۱۰۰ نانومتر) پراکنده شده در فاز حلال هستند و در واقع یک محلول یا به اصطلاح درست تر مخلوط کلوئیدی را تشکیل می دهد. پس با توجه به همه توضیحات بالا می توان سل را این گونه تعریف کرد که :” سل عبارتست از مخلوط جامد پراکنده شده در مایع که به علت کوچکی ذرات جامد قادر است برای مدت بسیار طولانی (ماه ها) پایدار بماند و ته نشین نشود". این ذرات می توانند آمورف و یا بلوری باشند پس از ساخت یک محلول همگن باید آن را به سل تبدیل کرد. می توان گفت که واکنش هیدرولیز پایه این مرحله است. اصولاً کلمه هیدرولیز از ترکیب دو کلمه هیدرو و لیز تشکیل شده و مفهوم آن تجزیه به وسیله آب است. اصطلاح تجزیه به هر موردی اطلاق می شود که یک حالت پیچیده به حالتی ساده تر تبدیل گردد. در شیمی گاهی آب می تواند مولکولی را شکسته و به مولکول های ساده تری تبدیل کند. به طور خلاصه به دسته ای از واکنش ها که در آن آب مولکولی را شکسته (بر اثر یک واکنش شیمیایی)و به مولکول های ساده تر تبدیل می کند اصطلاحاً هیدرولیز می گوییم. واکنش هیدرولیز چندان پیچیده نیست. برای آغاز این فرایند کمی آب به محیط واکنش افزوده می شود(این در حالتی است که محلول همگن در حلالی فاقد آب یا الکل تهیه شده باشد). حضور آب باعث خواهد شد تا واکنش هیدرولیز بر روی پیش ماده صورت گیرد و به نوعی آن را فعال کرده تا ذرات اکسید فلزی گرد هم آمده و تشکیل ذرات ریز و جامدی بدهند که در حلالی پراکنده هستند. به چنین ترکیبی سل (به عنوان یک محصول میانی فرایند) اطلاق می شود. مهمترین نکته ای که راجع به یک سل خوب و قابل قبول باید گفت این است که سل حاصل باید به گونه ای تهیه شود تا بتواند برای ماه ها پایدار باشد و رسوب نکند. به عبارتی دیگر باید اندازه ذرات آنقدر کوچک باشد که حرکات براونی ذرات بر نیروی جاذبه زمین غلبه کرده و ذرات ته نشین نشوند و برای مدت طولانی همگن باقی بماند. اگر سل حاصل دارای چنین ویژگی باشد می توان امیدوار بود تا محصولی همگن، خالص و با بازده بالا تولید شود.
۳) تشکیل ژل
ژل عبارت از یک شبکه پیوسته می باشد که یک فاز مایع را در خود جای داده است. در اکثر سیستم های سل ژل، تشکیل ژل با ایجاد پیوند های کووالانسی همراه بوده و ژل برگشت پذیر نیست یعنی قابلیت برگشت به حالت سل را ندارد. اگر ژل حاصل دارای پیوند های دیگر غیر از پیوند کووالانسی باشد می توان احتمال برگشت پذیر بودن واکنش را نیز در نظر گرفت. برای تشکیل ژل کافی است، محلول ساخته شده را به نوعی تحریک کرده، تا ذرات ریز پراکنده شده(که هر کدام شامل چند تا چند ده واحد مولکول یا اتمی از آغازگر های مربوط هستند)شروع به نوعی گرد همایی کنند. واکنش تراکم دقیقاً عکس واکنش هیدرولیز است. در هیدرولیز مولکولی درشت با مصرف آب به اجزاء ساده تر تبدیل می شود. اما در تراکم دو مولکول ساده به هم می پیوندند و تشکیل یک مولکول پیچیده تر را می دهند. با ایجاد بر همنکش های (فیزیکی و شیمیایی) میان ذرات معلق پراکنده شده در محلول سل، آنها به صورت واحد هایی متشکل از چند ده هزار مولکول کنار هم جمع شده و تشکیل مولکول های بزرگتر را می دهند. این تحریک می تواند توسط روش های فیزیکی یا به وسیله تغییر PH و یا تغییر غلظت محلول طریق اضافه کردن یک معرف مناسب (آب خالص یا آب به همراه HCI وNaOH) انجام شود. از جمله می توانیم با انجام فرایند های پوششی چرخشی و یا غوطه وری، فیلم های نازکی به ضخمات nm 500-50 را برروی یک زیر لایه تولید نمائیم. این فیلم های نازک تولید شده کاربردهای وسیعی از لحاظ الکترونی، فوتونیکی دارند و برروی خواص اپتیکی می تواند تأثیر گذار باشند. ماده ی حاصل که تمام حلال را در درون خود به دام می اندازد ژل خیس نام دارد. ژل در نهایت به عنوان محصول نهایی ساخته می شود.
انواع ژل بر اساس نوع حلال
الف)آلکوژل
ژلی که حفره های آن توسط الکل پر شده باشد آلکوژل نامیده می شود. ژل هائی که از خشک کردن آلکوژل بدست می آیند دارای حفره های بیشتر می باشند و ساختار ژلی آبی تقریباً حفظ می شود و شکستگی کمتری در ساختار در هنگام خشک کردن اتفاق می افتد.
ب)هیدوژل
این ژل ها را عموماً در محیط آبی تهیه می کنند. اصطلاح هیدروژل به ژلی اطلاق می شود که حفره های آن توسط آب پرشده اند. البته گاهی اوقات به آن آکواژل^۱ نیز گفته می شود.
فرایند سل -ژل شامل تغییر حالت سل به ژل با بهره گرفتن از تکنیک های مختلف و متفاوت است که در اکثر آنها از خشک نمودن آهسته و ملایم برای حذف حلال استفاده می شود. باید توجه داشت که به دلیل وجود پدیده انقباض در هنگام خشک شدن ژل، باید در طول فرایند خشک کردن، نکات لازم برای جلوگیری از به وجود آمدن ترک را رعایت نمود.
۴)خشک کردن
بسته به استحکام ساختار ژل، می توان لایه های نازکی با سطح یکنواخت و یا یک تکه مستقل با حفره های بزرگ به دست آورد.