بررسی خواص الکتریکی نانولوله های کربنی زیگزاگ

بررسی خواص الکتریکی نانولوله های کربنی زیگزاگ

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[۱] معاون ارشد شرکت اینتل در سال ۱۹۶۵ نظریه­ای ارائه داد مبنی بر اینکه در هر ۱۸ ماه تعداد ترانزیستورهایی که در هر تراشه به کار می­رود دو برابر شده و اندازه آن نیز نصف می­شود [۱]. این کوچک شدگی نگرانی­هایی را به وجود آورده است. بر اساس این نظریه در سال ۲۰۱۰ 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 [۲].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[۲] 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 کرده­اند [۳و۴].

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 [۵و۶].

فهرست مطالب:

مقدمه.. ۱

فصل اول.. ۳

مقدمهای بر کربن و اشکال مختلف آن در طبیعت و کاربرهای آن.. ۳

۱-۱ مقدمه.. ۳

۱-۲ گونه های مختلف کربن در طبیعت.. ۴

۱-۲-۱ کربن بیشکل.. ۴

۱-۲-۲ الماس.. ۴

۱-۲-۳ گرافیت.. ۵

۱-۲-۴ فلورن و نانو لولههای کربنی.. ۵

۱-۳ ترانزیستورهای اثر میدانی فلز- اکسید – نیمرسانا و ترانزیستور های اثرمیدانی نانولوله ی کربنی.. ۸

فصل ۲.. ۱۱

بررسی ساختار هندسی و الکتریکی گرافیت و نانولوله های کربنی.. ۱۱

۲-۱ مقدمه.. ۱۱

۲-۲ ساختار الکترونی کربن.. ۱۲

۲-۲-۱ اربیتال p2 کربن.. ۱۲

۲-۲-۲ روش وردشی.. ۱۳

۲-۲-۳ هیبریداسون اربیتالهای کربن.. ۱۵

۲-۳ ساختار هندسی گرافیت و نانولوله ی کربنی.. ۱۹

۲-۳-۱ ساختار هندسی گرافیت.. ۱۹

۲-۳-۲ ساختار هندسی نانولوله های کربنی.. ۲۲

۲-۴ یاخته ی واحد گرافیت و نانولوله ی کربنی.. ۲۶

۲-۴-۱ یاخته ی واحد صفحهی گرافیت.. ۲۶

۲-۴-۲ یاخته واحد نانولوله ی کربنی.. ۲۷

۲-۵ محاسبه ساختار نواری گرافیت و نانولوله ی کربنی.. ۲۹

۲-۵-۱ مولکولهای محدود.. ۲۹

۲-۵-۲ ترازهای انرژی گرافیت.. ۳۱

۲-۵-۳ ترازهای انرژی نانولوله ی کربنی.. ۳۳

۲-۵-۴ چگالی حالات در نانولوله ی کربنی.. ۳۷

۲-۶ نمودار پاشندگی فونونها در صفحه ی گرافیت و نانولوله های کربنی ۳۸

۲-۶-۱ مدل ثابت نیرو و رابطه ی پاشندگی فونونی برای صفحه ی گرافیت ۳۹

۲-۶-۲ رابطه ی پاشندگی فونونی برای نانولوله های کربنی.. ۴۶

فصل ۳.. ۴۸

پراکندگی الکترون فونون.. ۴۸

۳-۱ مقدمه.. ۴۸

۳-۲ تابع توزیع الکترون.. ۴۹

۳-۳ محاسبه نرخ پراکندگی کل.. ۵۳

۳-۴ شبیه سازی پراکندگی الکترون – فونون.. ۵۶

۳-۶ ضرورت تعریف روال واگرد.. ۵۹

فصل ۴.. ۶۲

بحث و نتیجه گیری.. ۶۲

۴-۱ مقدمه.. ۶۲

۴-۲ نرخ پراکندگی.. ۶۲

۴-۳ تابع توزیع در شرایط مختلف فیزیکی.. ۶۴

۴-۴ بررسی سرعت میانگین الکترونها، جریان، مقاومت و تحرک پذیری الکترون ۶۶

۴-۴-۱ بررسی توزیع سرعت در نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا.. ۶۶

۴-۴-۲ بررسی جریان الکتریکی در نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا ۶۸

۴-۴-۳ بررسی مقاومت نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا.. ۶۸

۴-۴-۳ بررسی تحرک پذیری الکترون در نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا ۶۹

نتیجه گیری.. ۷۱

پیشنهادات.. ۷۲

ضمیمه ی (الف) توضیح روال واگرد… ۷۳

منابع.. ۷۵

چکیده انگلیسی.. ۷۸

فهرست شکل­ها

شکل۱-۱. گونه­ های مختلف کربن۶

شکل ۱-۲. ترانزیستور اثر میدانی۹

شکل ۱-۳. ترانزیستور نانولوله­ ی کربنی۱۰

شکل ۲-۱. اربیتال . ۱۵

شکل ۲-۲. هیبرید . ۱۷

شکل ۲-۳. ساختار . ۱۸

شکل ۲-۴. شبکه گرافیت۲۱

شکل ۲-۵. یاخته­ی واحد گرافیت۲۱

شکل۲-۶. یاخته­ی واحدنانولوله­ ی کربنی۲۳

شکل ۲-۷. گونه­ های متفاوت نانولوله­ های کربنی۲۵

شکل ۲- ۸. تبهگنی خطوط مجاز در نانولوله­ ی کربنی۳۶

شکل ۲-۹. مؤلفه های ماتریس ثابت نیرو۴۳

فهرست جدول­ها

جدول ۲-۱ عناصر ماتریس ثابت نیرو۴۳

فهرست نمودارها

نمودار ۲-۱. نوار انرژی الکترونی گرافیت۳۳

نمودار ۲-۲. نوار انرژی الکترونی نانولوله­ ی کربنی۳۶

نمودار ۲-۳. چگالی حالات در نانولوله­ ی کربنی۳۸

نمودار ۲-۴. نوار سه بعدی انرژی فونونی گرافیت۴۵

نمودار ۲-۵. نوار انرژی فونونی در راستای خطوط متقارن منطقه اول بریلوئن۴۵

نمودار ۲-۶. نوار انرژی فونونی نانولوله­ ی کربنی۴۷

نمودار ۳-۱. سطح فرمی در نانولوه­ه ای کربنی۵۴

نمودار ۳-۲. منطقه­ی تکرار شونده در نانولوله­ های کربنی۶۰

نمودار ۳-۳. نقاط متقارن در مسئله پراکندگی۶۱

نمودار ۴-۱. نرخ پراکندگی در دو نانولوله­ ی زیگزاگ و ۶۳

نمودار ۴-۲. وابستگی دمایی نرخ پراکندگی۶۳

نمودار۴-۳. تابع توزیع در میدان ضعیف و قوی نانولوله­ ی ۶۴

نمودار۴-۴. تابع توزیع در میدان ضعیف و قوی نانولوله­ ی۶۵

نمودار ۴-۵. وابستگی سرعت میانگین الکترون به دما در نانولوله­ ی کربنی۶۷

نمودار ۴-۶.توزیع سرعت در نانولوله­ های زیگزاگ۶۷

نمودار ۴-۷. نمودار جریان – ولتاژ در مورد نانولوله­ های زیگزاگ۶۸

نمودار ۴-۸. مقاومت نانولوله­ های مختلف ­69

فهرست پیوست­ها

پیوست الف: توضیح روال واگرد۷۳

چکیده انگلیسی۷۸

همکاری در فروش فایل