فصل اول : ساختارهای دورآلاییده..................................................................... 1
مقدمه ........................................................................ 2
1-1 نیمه رسانا.............................................................. 3
1-2 نیمه رسانا با گذار مستقیم و غیر مستقیم.......................................................................... 4
1-3 جرم موثر................................................ 4
1-4 نیمه رسانای ذاتی................................................................. 6
1-5 نیمه رسانای غیر ذاتی و آلایش.................................. 7
1-6 نیمه رساناهای Si و Ge ...................................................................... 10
1-7 رشد بلور ....................................................................... 13
1-7-1 رشد حجمی بلور.............................................................. 15
1-7-2 رشد رونشستی مواد....................................................... 15
1-7-3 رونشستی فاز مایع ............................................... 16
1-7-4 رونشستی فاز بخار.......................................................... 18
1-7-5 رونشستی پرتو مولکولی .................................................... 19
1-8 ساختارهای ناهمگون....................................................... 20
1-9 توزیع حالتهای انرژی الکترون‌ها در چاه کوانتومی........................................................ 21
1-10 انواع آلایش..................................................................... 23
1-10-1 آلایش کپهای........................................................................ 24
1-10-2 آلایش مدوله شده (دورآلاییدگی)................................................................................. 24
1-10-3 گاز الکترونی دوبعدی ...................................................... 25
1-10-4 گاز حفرهای دوبعدی.................................................... 26
1- 11 ویژگی و انواع ساختارهای دور آلاییده ........................................................................... 27
1-11-1 انواع ساختارهای دورآلاییده بهلحاظ ترتیب رشد لایهها ....................................... 27
1-11-2 انواع ساختار دور آلاییده به لحاظ نوع آلاییدگی ( n یا p ).................................. 28
1-11-3 انواع ساختار دور آلاییده دریچهدار............................................................................... 29
1-12 کاربرد ساختارهای دور آلاییده................................................. 33
1-12-1 JFET.................................................................................................................................... 33
1-12-2 MESFET ................................................................... 34
1-12-3 MESFET پیوندگاه ناهمگون ........................................................................................ 35
فصل دوم : اتصال فلز نیمه رسانا (سد شاتکی)................................................................... 38
مقدمه ................................................................................ 39
2-1 شرط ایده آل و حالتهای سطحی ......................................................................................... 41
2-2 لایه تهی ..................................................................................... 44
2-3 اثر شاتکی .................................................................. 47
2-4 مشخصه ارتفاع سد.............................................................. 51
2-4-1 تعریف عمومی و کلی از ارتفاع سد.................................................................................. 51
2-4-2 اندازه گیری ارتفاع سد.................................................... 57
2-4-3 اندازه گیری جریان – ولتاژ............................................ 57
2-4-4 اندازه گیری انرژی فعال سازی......................................... 60
2-4-5 اندازه گیری ولتاژ- ظرفیت....................................... 60
2-4-6 تنظیم ارتفاع سد ...................................................... 62
2-4-7 کاهش سد ..................................................................... 62
2-4-8 افزایش سد.................................................................... 63
2-5 اتصالات یکسوساز . ............................................................. 64
2-6 سدهای شاتکی نمونه ................................................................ 64
فصل سوم : انتقال بار در ساختارهای دورآلاییده............................................... 66
مقدمه.................................................................................. 67
3-1 ساختار دور آلاییده معکوس p-Si/Si1-XGeX/Si ............................................................. 68
3-2 ساختار نوار ظرفیت ساختار دور آلاییده معکوسp-Si/SiGe/Si................................... 69
3-3 محاسبه انتقال بار در ساختارهای دور آلاییده.................................................................... 71
3-3-1 آلایش مدوله شده ایدهآل.............................................. 71
3-3-2 محاسبات خود سازگار چگالی سطحی حاملها ............................................................. 74
3-3-3 اثر بارهای سطحی بر چگالی گاز حفرهای .................................................................... 74
3-4 روشهای کنترل چگالی سطحی حاملها ............................................................................... 76
3-4-1 تاثیر تابش نور بر چگالی سطحی حاملها ...................................................................... 77
3-4-2 تاثیر ضخامت لایه پوششی بر چگالی سطحی حاملها................................................. 78
3-4-3 دریچه دار کردن ساختار دور آلاییده ............................................................................. 79
3-5 ساختارهای دورآلاییده معکوس p-Si/SiGe/Si با دریچه بالا ............... 79
3-6 انتقال بار در ساختارهای دورآلاییده معکوس با دریچه بالا............................................. 82
3-7 تاثیر بایاسهای مختلف بر روی چگالی سطحی حفرهها .................................................. 83
3-8 ملاحظات تابع موج.................................................................................................................... 86
3-9 وابستگی Zav به چگالی سطحی حاملها در ساختارهای بی دریچه............................... 87
3-10 وابستگی Zav به چگالی سطحی حاملها در ساختارهای دریچهدار............................. 87
فصل چهارم : نتایج محاسبات .................................................................................................. 89
مقدمه...................................................................................................................................................... 90
4-1 محاسبات نظری ساختارهای دورآلاییده بی دریچه Si/SiGe/Si ................................. 91
4-1-1 محاسبات نظری ns برحسب Ls ...................................................................................... 91
4-1-2 محاسبات نظری ns برحسب NA ................................................................................... 96
4-1-3 محاسبات نظری ns برحسب nc ....................................................................................... 99
4-1-4 محاسبات نظری کلیه انرژیهای دخیل برحسب Ls .................................................... 100
4-2 محاسبات نظری ساختارهای دورآلاییده دریچهدار Si/SiGe/Si .................................. 100
4-2-1 محاسبات نظری ns برحسب vg ....................................................................................... 100
4-2-2 بررسی نمونه ها با nsur متغیر و تابعی خطی از vg با شیب مثبت ......................... 107
4-2-3 بررسی نمونه ها با nsur متغیر و تابعی خطی از vg با شیب منفی.......................... 114
فصل پنجم : نتایج............................................................. 124
5-1مقایسه سد شاتکی با ساختار دورآلاییده دریچه دار p-Si/SiGe/Si ............................. 125
5-2 بررسی نمودارهای مربوط به چهار نمونه ............................................................................ 125
پیوست ................................................................ 129
چکیده انگلیسی (Abstract) ..................................................... 139
منابع.......................................................... 141
چکیده
در ساختارهای Si/SiGe/Si که بوسیله روش رونشانی پرتو مولکولی رشد مییابند به دلیل ناپیوستگی نوار ظرفیت یک چاه کوانتومی در نوار ظرفیت و در لایه SiGe شکل میگیرد اگر لایههای مجاور با ناخالصیهای نوع p آلاییده شده باشند حفرههای لایه آلاییده به داخل چاه کوانتومی میروند و تشکیل گاز حفرهای دوبعدی در میانگاه نزدیک لایه آلاییده میدهند اینگونه ساختارها را ساختار دورآلاییده می نامند .به دلیل جدایی فضایی بین حاملهای آزاد دوبعدی و ناخالصیهای یونیده در ساختارهای دورآلاییده برهمکنش کولنی کاهش یافته و درنتیجه پراکندگی ناشی از ناخالصیهای یونیده کاهش و به تبع آن تحرکپذیری حاملهای آزاد دوبعدی افزایش مییابد .چگالی سطحی گاز حفرهای دوبعدی به پارامترهای ساختار مثلاً ضخامت لایه جداگر ، چگالی سطحی بارهای لایه پوششی ، ضخامت لایه پوششی ، و غیره وابسته است. علاوه بر این در ساختارهای دورآلاییده دریچهدار با تغییر ولتاِژ دریچه چگالی سطحی گاز حفرهای قابل کنترل میباشد . این ساختارها در ساخت ترانزیستورهای اثر میدانی مورد استفاده قرار میگیرند .
در این پایان نامه ابتدا به تشریح ساختار دورآلاییده Si/SiGe/Siمیپردازیم و سپس مدلی نظری که بتواند ویژگیهای الکتریکی گاز حفرهای دوبعدی درون چاه کوانتومی ساختارp-Si/SiGe/Si و همچنین میزان انتقال بار آزاد به درون چاه و بستگی آن به پارامترهای ساختار را توجیه کند ارائه می دهیم . در ساختار دورآلاییده معکوس p-Si/SiGe/Si دریچهدار با دریچه Al/Ti/Si از این مدل نظری استفاده میکنیم و با برازش نتایج تجربی تغییرات چگالی سطحی گاز حفرهای بر حسب ولتاژ دریچه توانستهایم چگالی سطحی بارهای میانگاه Ti/Si در این ساختارها را در محدوده (m-2) 1015 × 78/1 تا (m-2) 1015 × 63/4 ارزیابی کنیم .
پایان نامه تعیین چگالی بارهای سطحی میان – گاه
