76 صفحه
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
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
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
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….
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…
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…