نوع فایل: word
قابل ویرایش 85 صفحه
چکیده:
پس از کشف نانولوله های کربنی توسط ایجیما و همکارانش بررسی های بسیار زیادی بر روی این ساختارها در سایر علوم انجام شده است. این ساختارها به دلیل خواص منحصر به فرد مکانیکی و الکتریکی که از خود نشان داده اند جایگزین مناسبی برای سیلیکون و ترکیبات آن در قطعات الکترونیکی خواهند شد. در اینجا به بررسی خواص الکتریکی نانولوله های کربنی زیگزاگ که به عنوان یک کانال بین چشمه و دررو قرار داده شده پرداختیم و نحوه ی توزیع جریان در ترانزیستور های اثر میدانی را در شرایط دمایی و میدان های مختلف بررسی کرده ایم. از آنجایی که سرعت خاموش و روشن شدن ترانزیستور برای ما در قطعات الکترونیکی و پردازنده های کامپوتری از اهمیت ویژه ای برخوردار است، انتخاب نانولوله ای که تحرک پذیری بالایی داشته باشد بسیار مهم است. نتایج بررسی ها نشان می دهد تحرک پذیری الکترون در نانولوله های کربنی متفاوت به ازای میدان های مختلفی که در طول نانولوله ها اعمال شود، مقدار بیشینه ای را خواهد گرفت. بنا بر این در طراحی ترانزیستورها با توجه به مشخصه های هندسی ترانزیستور و اختلاف پتانسیلی که بین چشمه و دررو آن اعمال می شود باید نانولوله ای را انتخاب کرد که تحرک پذیری مناسبی داشته باشد.
واژه های کلیدی
نانولوله ی کربنی، ترانزیستور اثر میدانی، مدل ثابت نیرو ، تحرک پذیری الکترون
مقدمه:
با گذر زمان و پیشرفت علم و تکنولوژی نیاز بشر به کسب اطلاعات و سرعت پردازش و ذخیره سازی آنها به صورت فزاینده ای بالا رفته است. گوردن مور معاون ارشد شرکت اینتل در سال 1965 نظریه ای ارائه داد مبنی بر اینکه در هر 18 ماه تعداد ترانزیستورهایی که در هر تراشه به کار می رود دو برابر شده و اندازه آن نیز نصف می شود [1]. این کوچک شدگی نگرانی هایی را به وجود آورده است. بر اساس این نظریه در سال 2010 باید ترانزیستورهایی وجود داشته باشد که ضخامت اکسید درگاه که یکی از اجزای اصلی ترانزیستور است به کمتر از یک نانومتر برسد. بنا بر این باید بررسی کرد، اکسید سیلیسیم به عنوان اکسید درگاه در ضخامت تنها کمتر از یک نانومتر انتظارات ما را در صنایع الکترونیک برآورده می کند یا نه. در راستای همین تحقیقات گروه دیگری از دانشمندان به بررسی نیترید سیلیکون به عنوان نامزد جدیدی برای اکسید درگاه پرداختند و نشان دادند که این ماده می تواند جایگزین مناسبی برای اکسید سیلیکون باشد [2]. جهت تولید ترانزیستورهای نسل امروز احتیاج به دانشی داریم که بتوانیم در ابعاد نانو تولیدات صنعتی از تراشه ها را داشته باشیم. بنا بر این توجه جوامع علمی و اقتصادی جهان بر این شاخه از علم که به فن آوری نانو معروف است، جلب شده است. در این بین نانولوله های کربنی به دلیل خواص منحصر به فرد الکتریکی و مکانیکی که از خود نشان داده اند توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده اند [3و4].
در راستای این تحقیقات ما به بررسی خواص الکتریکی نانولوله های کربنی پرداخته ایم. بسیاری از دانشمندان بر این باور هستند که نانولوله های کربنی به دلیل قابلیت رسانش ویژه یک بعدی جای مواد سیلیکونی در تراشه های نسل آینده را خواهند گرفت [5و6].
کربن با عدد اتمی 6 در گروه ششم جدول تناوبی قرار دارد. این عنصر ترکیب اصلی موجودات زنده را در بر گرفته است. بنا بر این بیشتر دانشمندان سعی می کنند ترکیبات کربنی را در شاخه ی شیمی آلی بررسی کنند. این عنصر از دیر باز برای انسان به صورت دوده و ذغال چوب شناخته شده بود. گونه-های متفاوت دیگری از کربن نیز وجود دارند که تفاوت این گونه ها صرفاً به شکل گیری اتم های کربن نسبت به هم یا به ساختار شبکه ای آن ها بر می گردد.
فهرست مطالب:
مقدمه
فصل اول
مقدمهای بر کربن و اشکال مختلف آن در طبیعت و کاربرهای آن
1-1 مقدمه
1-2 گونه های مختلف کربن در طبیعت
1-2-1 کربن بیشکل
1-2-2 الماس
1-2-3 گرافیت
1-2-4 فلورن و نانو لولههای کربنی
1-3 ترانزیستورهای اثر میدانی فلز- اکسید - نیمرسانا و ترانزیستور های اثرمیدانی نانولولهی کربنی
فصل 2
بررسی ساختار هندسی و الکتریکی گرافیت و نانولولههای کربنی
2-1 مقدمه
2-2 ساختار الکترونی کربن
2-2-1 اربیتال p2 کربن
2-2-2 روش وردشی
2-2-3 هیبریداسون اربیتالهای کربن
2-3 ساختار هندسی گرافیت و نانولولهی کربنی
2-3-1 ساختار هندسی گرافیت
2-3-2 ساختار هندسی نانولولههای کربنی
2-4 یاختهی واحد گرافیت و نانولولهی کربنی
2-4-1 یاختهی واحد صفحهی گرافیت
2-4-2 یاخته واحد نانولولهی کربنی
2-5 محاسبه ساختار نواری گرافیت و نانولولهی کربنی
2-5-1 مولکولهای محدود
2-5-2 ترازهای انرژی گرافیت
2-5-3 ترازهای انرژی نانولولهی کربنی
2-5-4 چگالی حالات در نانولولهی کربنی
2-6 نمودار پاشندگی فونونها در صفحهی گرافیت و نانولولههای کربنی
2-6-1 مدل ثابت نیرو و رابطهی پاشندگی فونونی برای صفحهی گرافیت
2-6-2 رابطهی پاشندگی فونونی برای نانولولههای کربنی
فصل 3
پراکندگی الکترون فونون
3-1 مقدمه
3-2 تابع توزیع الکترون
3-3 محاسبه نرخ پراکندگی کل
3-4 شبیه سازی پراکندگی الکترون – فونون
3-6 ضرورت تعریف روال واگرد
فصل 4
بحث و نتیجه گیری
4-1 مقدمه
4-2 نرخ پراکندگی
4-3 تابع توزیع در شرایط مختلف فیزیکی
4-4 بررسی سرعت میانگین الکترونها، جریان، مقاومت و تحرک پذیری الکترون
4-4-1 بررسی توزیع سرعت در نانولولههای زیگزاگ نیمرسانا
4-4-2 بررسی جریان الکتریکی در نانولولههای زیگزاگ نیمرسانا
4-4-3 بررسی مقاومت نانولولههای زیگزاگ نیمرسانا
4-4-3 بررسی تحرک پذیری الکترون در نانولولههای زیگزاگ نیمرسانا
نتیجه گیری
پیشنهادات
ضمیمهی (الف) توضیح روال واگرد.
منابع
چکیده انگلیسی
فهرست شکل ها :
شکل1-1. گونه های مختلف کربن
شکل 1-2. ترانزیستور اثر میدانی
شکل 1-3. ترانزیستور نانولوله ی کربنی
شکل 2-1. اربیتال
شکل 2-2. هیبرید
شکل 2-3. ساختار
شکل 2-4. شبکه گرافیت
شکل 2-5. یاخته ی واحد گرافیت
شکل2-6. یاخته ی واحدنانولوله ی کربنی
شکل 2-7. گونه های متفاوت نانولوله های کربنی
شکل 2- 8. تبهگنی خطوط مجاز در نانولوله ی کربنی
شکل 2-9. مؤلفه های ماتریس ثابت نیرو
فهرست جدول ها:
جدول 2-1 عناصر ماتریس ثابت نیرو
فهرست نمودارها:
نمودار 2-1. نوار انرژی الکترونی گرافیت
نمودار 2-2. نوار انرژی الکترونی نانولوله ی کربنی
نمودار 2-3. چگالی حالات در نانولوله ی کربنی
نمودار 2-4. نوار سه بعدی انرژی فونونی گرافیت
نمودار 2-5. نوار انرژی فونونی در راستای خطوط متقارن منطقه اول بریلوئن
نمودار 2-6. نوار انرژی فونونی نانولوله ی کربنی
نمودار 3-1. سطح فرمی در نانولوه های کربنی
نمودار 3-2. منطقه ی تکرار شونده در نانولوله های کربنی
نمودار 3-3. نقاط متقارن در مسئله پراکندگی
نمودار 4-1. نرخ پراکندگی در دو نانولوله ی زیگزاگ و
نمودار 4-2. وابستگی دمایی نرخ پراکندگی
نمودار4-3. تابع توزیع در میدان ضعیف و قوی نانولوله ی
نمودار4-4. تابع توزیع در میدان ضعیف و قوی نانولوله ی
نمودار 4-5. وابستگی سرعت میانگین الکترون به دما در نانولوله ی کربنی
نمودار 4-6. توزیع سرعت در نانولوله های زیگزاگ
نمودار 4-7. نمودار جریان – ولتاژ در مورد نانولوله های زیگزاگ
نمودار 4-8. مقاومت نانولوله های مختلف
فهرست پیوست ها:
پیوست الف: توضیح روال واگرد
چکیده انگلیسی
منابع و مأخذ:
[1] G. Moore, Electronics, 38, (1965), 114.
[2] A. Bahari, P. Morgen, Surface Science, 602, (2008), 2315.
[3] Y.X. Liang, T.H. Wang, Physica E, 23, (2004), 232.
[4] Christian Klinke, Ali Afzali, Chemical Physics Letters, 430, (2006), 75.
[5] Jing Guo, Mark Lundstrom, and Supriyo Datta, Applied Physics Letters, 80, (2002),3192.
[6] Ph. Avouris, R. Martel, V. Derycke, J. Appenzeller, Physica B, 323, (2002), 6.
[7] H. Raffi-Tabar, Physics Reports, 390, (2004), 235.
[8] Jianwei Che, Tahir¸ Cagin and William A Goddard, Nanotechnology, 10, (1999), 263.
[9] Qingzhong Zhao, Marco Buongiorno Nardelli and J.Bernholc, Physical Review B
, 65, (2002) 144105.
[10] Paul L. McEuen, Michael S. Fuhrer and Hongkun Park, IEEE Transactions on Nanotechnology, 1, (2002), 78.
[11] S. Iijima and T. Ichihashi, Nature, 363, (1993), 603.
[12] K.B.K. Teo., IEE Proc.-Circuits Devices Syst. 151, (2004), 443.
[13] Rodney S.Ruoff, DongQian, WingKam Liu, C.R.Physique, 4, (2003), 993.
[14] Cheung, C. L., Kurtz, A., Park, H. and Lieber, CMJ Phys. Chem B, 106, (2002), 2429.
[15] Y. Kobayashi, H. Nakashima, D. Takagi and Y. Homma, Thin Solid Films, 464, (2004), 286
[16] Anazawa, Kazunori, Shimotani, Kei, Manabe, Chikara, Watanabe, Hiroyuki and Shimizu, Masaaki, Applied Physics Letters, 81, (2002), 739.
[17] Lee Seung Jong, Baik Hong Koo, Yoo Jae eun and Han Jong hoon, Diamond and Related Materials, 11, (2002), 914.
[18] T. Guo, P. Nikolaev, A. Thess, D. T. Colbert, and R. E. Smalley, Chemical Physics Letters, 243, (1995), 49.
[19] E. Yoo, L. Gao, T. Komatsu, N. Yagai, K. Arai, T. Yamazaki, K. Matsuishi, T.Matsumoto, and J. Nakamura, J. Phys. Chem. B, 108, (2004), 18903.
[20] Bae-HorngChen , Jeng-Hua Wei , Po-Yuan Lo , Hung-Hsiang Wang , Ming-Jinn Lai , Ming-JinnTsai, Tien Sheng Chao , Horng-Chih Lin and Tiao-Yuan Huang, Solid-State Electronics, 50, (2006), 1341.
[21] Ji-YongPark, Nanotechnology, 18, (2007), 095202.
[22] Madhu Menon, Physical Review Letters, 79, (1997), 4453.
[23] R.Satio, M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, Physical Properties Of Carbon Nanotubes, Imperial College Press, ISBN 1-86094-093-5, (1998).
[24] Jens Peder Dahl, Introduction to the Quantum World of Atoms and Molecules, World Scientific Publishing Company, ISBN: 9810245653, (2001).
[25] Leonard L. Schiff, Quantum Mechanics 1st Edition, McGraw – Hill Book Company, ISBN: 0070552878, (1948).
[26] Charles Kittle, Introduction to solid state physics 7th edition, John Wiley and Sons, ISBN: 0-471-11181-3, (1996).
[27] Neil W. Ashcroft, N. David Mermin, Solid State Physics, Saunders College Publishing, ISBN: 0-03-083993-9, (1976).
[28] J. J. Sakurai, Modern Quantum Mechanics, Addision – Wesley Publishing, ISBN: 0-201-53929-2, (1994).
[29] R. A. Jishi, L. Venkataraman, M. S. Dresselhaus, and G. Dresselhaus, Chemical Physics Letters, 209, (1993), 77.
[30] YXiao ,XHYan ,JXCao and JWDing, J.Phys. Condense Matter, 15, (2003), 341.
[31] A. S. Davydov, Quantum Mechanics, Pergamon Pr, ISBN: 0080204376, (1976).
[32] G. Pennington and N. Goldsman, Physical Review B, 68, (2003), 45426.
[33] G. Pennington and N. Goldsman, IEICE Transactions on Electronics, 86, 372 (2003).
[34] S. Saito and A. Zettle, Carbon Nanotubes Quantum Cylinders of Graphene, Elsevier, ISBN: 978-0-444-53276-3, (2008).
[35] Xinjian Zhou, Carbon Nanotube Transistors, Sensors, and Beyond, In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy, Cornell University, (2008).
[36] Ali Javey, Hydoungsub Kim, Markus Brink, Qian Wang, Ant Ural, Jing Guo, Paul Mcintyre, Paul Mceuen, Mark Lundstrom and Hongjie Dai, Nature materials, 1, (2002), 241.
[37] J. M. Zeeman, Electrons and Phonons, The International Series Of Monographs On Physics, ISBN:0-19-580779-8, (1960).
[38] JingGuo, MarkLundstrom, Applied Physics Letters, 86, (2005), 193103.
[39] Anisur Rahman, Jing Guo, Supriyo Datta and Mark S. Lundstrom, IEEE Transactions on Electron Devices, 50, (2003), 1853.
[40] D.V. Pozdnyakov, V.O. Galenchik, F.F. Komarov, V.M. Borzdov, Physica E, 33 (2006) 336.
[41] R. Mickevicius, V. Mitin and U. K. Harithsa, J. Applied Physics, 75, (1994), 973.
[42] Yung-Fu Chen and M. S. Fuhrer, Physical Review Letters, 95, (2005), 236803
پروژه بررسی خواص الکتریکی نانولوله های کربنی زیگزاگ. doc
