خواص الکتریکی نانولوله های کربنی زیگزاگ
86 صفحه در قالب word
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 دادهاند 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 نحوهی توزیع جریان در ترانزیستورهای اثر میدانی را در شرایط دمایی و میدانهای مختلف بررسی کرده ایم. از آنجایی که سرعت خاموش و روشن شدن ترانزیستور برای ما در قطعات الکترونیکی و پردازنده های کامپوتری از اهمیت ویژهای برخوردار است، انتخاب نانولولهای که تحرک پذیری بالایی داشته باشد بسیار مهم است. نتایج بررسیها نشان میدهد تحرک پذیری الکترون در نانولولههای کربنی متفاوت به ازای میدانهای 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 میشود باید نانولولهای را انتخاب کرد که تحرک پذیری مناسبی داشته باشد.
واژه های کلیدی
نانولوله ی کربنی، ترانزیستور اثر میدانی، مدل ثابت نیرو ، تحرکپذیری الکترون
فهرست مطالب
مقدمه. 1
فصل اول. 3
مقدمهای بر کربن و اشکال مختلف آن در طبیعت و کاربرهای آن. 3
1-1 مقدمه. 3
1-2 گونه های مختلف کربن در طبیعت.. 4
1-2-1 کربن بیشکل. 4
1-2-2 الماس... 4
1-2-3 گرافیت.. 5
1-2-4 فلورن و نانو لولههای کربنی.. 5
1-3 ترانزیستورهای اثر میدانی فلز- اکسید - نیمرسانا و ترانزیستور های اثرمیدانی نانولولهی کربنی.. 8
فصل 2. 11
بررسی ساختار هندسی و الکتریکی گرافیت و نانولولههای کربنی.. 11
2-1 مقدمه. 11
2-2 ساختار الکترونی کربن.. 12
2-2-1 اربیتال p2 کربن.. 12
2-2-2 روش وردشی.. 13
2-2-3 هیبریداسون اربیتالهای کربن.. 15
2-3 ساختار هندسی گرافیت و نانولولهی کربنی.. 19
2-3-1 ساختار هندسی گرافیت.. 19
2-3-2 ساختار هندسی نانولولههای کربنی.. 22
2-4 یاختهی واحد گرافیت و نانولولهی کربنی.. 26
2-4-1 یاختهی واحد صفحهی گرافیت.. 26
2-4-2 یاخته واحد نانولولهی کربنی.. 27
2-5 محاسبه ساختار نواری گرافیت و نانولولهی کربنی.. 29
2-5-1 مولکولهای محدود. 29
2-5-2 ترازهای انرژی گرافیت.. 31
2-5-3 ترازهای انرژی نانولولهی کربنی.. 33
2-5-4 چگالی حالات در نانولولهی کربنی.. 37
2-6 نمودار پاشندگی فونونها در صفحهی گرافیت و نانولولههای کربنی.. 38
2-6-1 مدل ثابت نیرو و رابطهی پاشندگی فونونی برای صفحهی گرافیت.. 39
2-6-2 رابطهی پاشندگی فونونی برای نانولولههای کربنی.. 46
فصل 3. 48
پراکندگی الکترون فونون. 48
3-1 مقدمه. 48
3-2 تابع توزیع الکترون. 49
3-3 محاسبه نرخ پراکندگی کل. 53
3-4 شبیه سازی پراکندگی الکترون – فونون. 56
3-6 ضرورت تعریف روال واگرد. 59
فصل 4. 62
بحث و نتیجه گیری.. 62
4-1 مقدمه. 62
4-2 نرخ پراکندگی.. 62
4-3 تابع توزیع در شرایط مختلف فیزیکی.. 64
4-4 بررسی سرعت میانگین الکترونها، جریان، مقاومت و تحرک پذیری الکترون. 66
4-4-1 بررسی توزیع سرعت در نانولولههای زیگزاگ نیمرسانا 66
4-4-2 بررسی جریان الکتریکی در نانولولههای زیگزاگ نیمرسانا 68
4-4-3 بررسی مقاومت نانولولههای زیگزاگ نیمرسانا 68
4-4-3 بررسی تحرک پذیری الکترون در نانولولههای زیگزاگ نیمرسانا 69
نتیجه گیری.. 71
پیشنهادات.. 72
ضمیمه ی (الف) توضیح روال واگرد. 73
منابع. 75
چکیده انگلیسی.. 78
مقدمه
با گذر زمان و پیشرفت علم و تکنولوژی نیاز بشر به کسب اطلاعات و سرعت پردازش و ذخیره سازی آنها به صورت فزایندهای بالا رفته است. گوردن مور[1] معاون ارشد شرکت اینتل در سال 1965 نظریهای ارائه داد مبنی بر اینکه در هر 18 ماه تعداد ترانزیستورهایی که در هر تراشه به کار میرود دو برابر شده و اندازه آن نیز نصف میشود [1]. این کوچک شدگی نگرانیهایی 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 میکند 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 تراشهها را داشته باشیم. بنا بر این توجه جوامع علمی و اقتصادی جهان بر این شاخه از علم که به فن آوری نانو[2] معروف است، جلب شده است. در این بین نانولولههای کربنی به دلیل خواص منحصر به فرد الکتریکی و مکانیکی که از خود نشان داده اند توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کردهاند [3و4].
در راستای این تحقیقات ما به بررسی خواص الکتریکی نانولولههای کربنی پرداختهایم. بسیاری از دانشمندان بر این باور هستند که نانولولههای کربنی به دلیل قابلیت رسانش ویژه یک بعدی جای مواد سیلیکونی در تراشههای نسل آینده را خواهند گرفت [5و6].
فصل اول
مقدمه ای بر کربن و اشکال مختلف آن در طبیعت و کاربردهای آن
1-1 مقدمه
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 میکنند 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 اتمهای کربن نسبت به هم یا به ساختار شبکهای آنها بر میگردد.
1-2 گونه های مختلف کربن در طبیعت
انواع گوناگون کربن که تاکنون مشاهده شدهاند به صورت زیر می باشد.
1-2-1 کربن بی شکل
از سوختن ناقص بسیاری از هیدروکربنها و یا مواد آلی (مثل چوب یا پلاستیک) ماده سیاه رنگی به جا میماند که کربن بیشکل یا آمورف نام دارد. این ماده که پس ماندهی سوخت ناقص مواد آلی است از دیر باز جهت تولید انرژی بشر قرار میگرفت. ذغال چوب و ذغال سنگ از انواع مواد کربن بی شکل هستند که انسان با سوزاندن آنها انرژی زیادی را بدست میآورد.
1-2-2 الماس
الماس گونهی شناخته شده دیگری از کربن میباشد که دارای ساختار بلوری منظمی است. در این ساختار هر اتم کربن با چهار اتم کربن دیگر پیوند برقرار میکند. اتمهای الماس در یک شبکه با ثابت شبکه قرار دارند. طول پیوند کربن – کربن در این ساختار برابر گزارش شده است [7]. این ماده به دلیل سختی بالا تمام عناصر موجود در طبیعت را میخراشد و از این رو در تراش فلزات سخت، سرامیکها و شیشه از آن استفاده میکنند. این ماده به دلیل درخشش بالایی که دارد از دیرباز در جواهر آلات نیز مورد استفاده قرار میگرفته است.
1-2-3 گرافیت
بررسی دقیق هندسی و خواص الکتریکی گرافیت را در فصل بعد انجام خواهیم داد. در اینجا فقط به معرفی این ماده به عنوان یکی از گونههای کربن در طبیعت اکتفا میکنیم. گرافیت از دیر باز جهت نوشتن به کار میرفته است. گرافیتی که در طبیعت یافت میشود معمولا دارای ناخالصیهایی میباشد و کربن خالص نیست.
1-2-4 فلورن و نانو لولههای کربنی
در سال 1985 ریچارد اسملی[1] ساختاری جدید از کربن را کشف کرد که فلورن نامگذاری شد [8]. اولین فلورنی بود که کشف شد. این ملکول همانند یک توپ فوتبال کروی است و شامل 60 اتم کربن میباشد که در گوشههای شش ضلعیهای منتظم و تعدادی مشخص پنج ضلعی قرار دارد. سطح یک کره را نمیتوان تنها با شش ضلعیهای منتظم پوشش داد بنا بر این اتمهای کربن جهت قرار گیری بر روی یک سطح کروی ناچار هستند در بعضی از مکانها تشکیل پنج ضلعی بدهند. مولکول متشکل از ساختاری با 20 شش ضلعی و 12 پنج ضلعی است [7].
بعد از گزارش کشف مولکول دانشمندان زیادی شروع به انجام آزمایشهای جدید جهت ساخت مولکولهای جدید از کربن کردند. سرانجام در سال 1991 ایجیما[2] موفق به کشف نانولولههای چند دیوارهی کربنی[3] شد [9]. دوسال بعد از گذارش کشف نانولولههای کربنی چند دیواره، ایجیما و همکارانش
موفق به ساخت نانولولههای کربنی تک دیواره[4] شدند [10و11]. نانولولههای کربنی به دلیل خواص الکتریکی جالبی که دارند در قطعات الکتریکی موارد استفاده زیادی میتوانند داشته باشند. این مواد به دلیل رسانش یکبعدی در مقیاس نانو میتوانند جاگزین مناسبی برای فلزات و یا نیمرساناها باشند.
ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است
متن کامل را می توانید در ادامه دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ولی در فایل دانلودی متن کامل همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است
خواص الکتریکی نانولوله های کربنی زیگزاگ
