دانلود پایان نامه بررسی نانو لوله های کربنی

76 صفحه

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

ضمیمهی (الف) توضیح روال واگرد. 73

منابع. 75

چکیده انگلیسی. 78

فهرست شکل­ها

شکل1-1. گونه­های مختلف کربن. 6

شکل 1-2. ترانزیستور اثر میدانی 9

شکل 1-3. ترانزیستور نانولوله­ی کربنی 10

شکل 2-1. اربیتال …. 15

شکل 2-2. هیبرید … 17

شکل 2-3. ساختار … 18

شکل 2-4. شبکه گرافیت 21

شکل 2-5. یاخته­ی واحد گرافیت 21

شکل2-6. یاخته­ی واحدنانولوله­ی کربنی 23

شکل 2-7. گونه­های متفاوت نانولوله­های کربنی 25

شکل 2- 8. تبهگنی خطوط مجاز در نانولوله­ی کربنی 36

شکل 2-9. مؤلفه­های ماتریس ثابت نیرو. 43

فهرست نمودارها

عنوان                                                                                                                           صفحه

نمودار 2-1. نوار انرژی الکترونی گرافیت 33

نمودار 2-2. نوار انرژی الکترونی نانولوله­ی کربنی. 36

نمودار 2-3. چگالی حالات در نانولوله­ی کربنی 38

نمودار 2-4. نوار سه بعدی انرژی فونونی گرافیت 45

نمودار 2-5. نوار انرژی فونونی در راستای خطوط متقارن منطقه اول بریلوئن 45

نمودار 2-6. نوار انرژی فونونی نانولوله­ی کربنی 47

نمودار 3-1. سطح فرمی در نانولوه­های کربنی. 54

نمودار 3-2. منطقه­ی تکرار شونده در نانولوله­های کربنی 60

نمودار 3-3. نقاط متقارن در مسئله پراکندگی 61

نمودار 4-1.  نرخ پراکندگی در دو نانولوله­ی زیگزاگ  و …… 63

نمودار 4-2. وابستگی دمایی نرخ پراکندگی 63

نمودار4-3. تابع توزیع در میدان ضعیف و قوی  نانولوله­ی 64

نمودار4-4. تابع توزیع در میدان ضعیف و قوی  نانولوله­ی 65

نمودار 4-5.  وابستگی سرعت میانگین الکترون به دما در نانولوله­ی کربنی. 67

نمودار 4-6.  توزیع سرعت در نانولوله­های زیگزاگ.. 67

نمودار 4-7. نمودار جریان – ولتاژ در مورد نانولوله­های زیگزاگ.. 68

نمودار 4-8. مقاومت نانولوله­های مختلف ­ 69

خلاصه

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

[1] Gordon E.Moore….

2-3-1 ساختار هندسی گرافیت

گرافیت دارای یک ساختار دو بعدی است که در آن اتم­های کربن در گوشه­های شش ضلعی­های منتظمی قرار گرفته­اند. فاصله پیوندی کربن – کربن برابر   می باشد و زاویه پیوندی برابر  است [7]. هر اتم کربن در صفحه­ی گرافیت با سه اتم مجاور خود پیوند های قوی  بر قرار می­کند اربیتال  هر اتم کربن بر این صفحه عمود است. در شکل (2-4) ساختار هندسی صفحه­ی گرافیت نشان داده شده است. همان گونه که مشاهده می کنید گرافیت یک ساختار شبکه­ای براوه نیست. در یک شبکه­ی براوه دو بعدی می­توان از هر اتم در شبکه به وسیله­ی بردار انتقالی که بر اساس دو بردار پایه شبکه تعریف می­شود به هر اتم دیگری در شبکه دست یافت [26]. ولی در مورد گرافیت هرچند تمام اتم­ها کربن هستند اما یک سری از اتم­ها دارای بازوهای پیوندی متفاوت با سری دیگر هستند. در شکل (2-4) این تفاوت را به صورت…

3-6 ضرورت تعریف روال واگرد

همان­گونه که قبلا اشاره کردیم روابط پایستگی (3-20) ممکن است گذاری را مجاز بداند که در آن بردار موج از اولین منطقه­ی بریلوئن خارج شود و یا عدد کوانتمی که معرف تراز الکترونی است را از حد  بیشینه­ی خود بیشتر کند. در اینجا ما یا باید دامنه­ی محاسبات خود را به منطقه­ی دوم بریلوئن گسترش دهیم و یا با پیدا کردن نقطه­ی معادلی در اولین منطقه­ی بریلوئن دامنه­ی کاری خود را به منطقه­ی کاهش یافته یافته محدود کنیم. از آنجایی که برای نانولوله­های زیگزاگ  و یا آرمیچر  تعداد ترازهای غیر تبهگن نوار انرژی فونونی برابر  و تعداد نوارهای غیر تبهگن انرژی الکترونی برابر  است بنا بر این در نهایت برای بررسی شرایط پایستگی (3-20) باید  مقایسه را در طول منطقه­ای که هم برای بردار موج الکترونی و هم برای بردار موج فونونی به تکه­های کوچکی تقسیم شده انجام دهیم….

4-4-1 بررسی توزیع سرعت در نانولوله­های زیگزاگ نیمرسانا

در محاسبات خود هنگردی متشکل از 100 الکترون در نظر گرفتیم و برروی این هنگرد میانگین گیری سرعت الکترون را انجام دادیم. در این شبیه سازی  ترانزیستوری با ضخامت اکسید درگاهی برابر 10 نانومتر با ثابت دی الکترکی برابر 4 (اکسید سیلیکون) و نانولوله­ای به طول 1 میکرومتر را مورد بررسی قرار داده­ایم. وابستگی دمایی سرعت میانگین با اعمال ولتاژهای گوناگون به دو سر نانولوله­ی  در نمودار (4-5) آمده است. همانگونه که در نمودار (4-5) نشان داده شده سرعت میانگینی که الکترون در نانولوله بدست می­آورد با زیاد شدن دما کم می­شود. این موضوع از قبل نیز قابل حدس بود. اما نکته قابل توجه در نمودار (4-5) آن است که منحنی توزیع سرعت الکترون شامل دو قسمت است. برای ولتاژهای کوچک خیز سرعت الکترون زیاد است اما به ازای ولتاژ خاصی این خیز ناگهان کم می­شود. در نمودار…