پایان نامه بررسی خواص الکتریکی نانولوله های کربنی
عنوان پایان نامه: بررسی خواص الکتریکی نانولوله های کربنی
پایان نامه جهت اخذ درجه کارشناسی
دسته: مهندسی برق
قالب بندی: word
تعداد صفحات:93
قسمتی از متن:
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 تراشه ها 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 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 [3و4].
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 [5و6].
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 نانولوله ی کربنی.. 8
فصل 2.. 11
بررسی ساختار هندسی و الکتریکی گرافیت و نانولوله های 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 نانولوله ی کربنی.. 19
2-3-1 ساختار هندسی گرافیت.. 19
2-3-2 ساختار هندسی نانولوله های کربنی.. 22
2-4 یاخته ی واحد گرافیت و نانولوله ی کربنی.. 26
2-4-1 یاخته ی واحد صفحهی گرافیت.. 26
2-4-2 یاخته واحد نانولوله ی کربنی.. 27
2-5 محاسبه ساختار نواری گرافیت و نانولوله ی کربنی.. 29
2-5-1 مولکولهای محدود.. 29
2-5-2 ترازهای انرژی گرافیت.. 31
2-5-3 ترازهای انرژی نانولوله ی کربنی.. 33
2-5-4 چگالی حالات در نانولوله ی کربنی.. 37
2-6 نمودار پاشندگی فونونها در صفحه ی گرافیت و نانولوله های کربنی 38
2-6-1 مدل ثابت نیرو و رابطه ی پاشندگی فونونی برای صفحه ی گرافیت 39
2-6-2 رابطه ی پاشندگی فونونی برای نانولوله های 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 نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا.. 66
4-4-2 بررسی جریان الکتریکی در نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا 68
4-4-3 بررسی مقاومت نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا.. 68
4-4-3 بررسی تحرک پذیری الکترون در نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا 69
نتیجه گیری.. 71
پیشنهادات.. 72
ضمیمه ی (الف) توضیح روال واگرد... 73
منابع.. 75
چکیده انگلیسی.. 78
فهرست شکلها
شکل1-1. گونه های مختلف کربن6
شکل 1-2. ترانزیستور اثر میدانی9
شکل 1-3. ترانزیستور نانولوله ی کربنی10
شکل 2-1. اربیتال . 15
شکل 2-2. هیبرید . 17
شکل 2-3. ساختار . 18
شکل 2-4. شبکه گرافیت21
شکل 2-5. یاختهی واحد گرافیت21
شکل2-6. یاختهی واحدنانولوله ی کربنی23
شکل 2-7. گونه های متفاوت نانولوله های کربنی25
شکل 2- 8. تبهگنی خطوط مجاز در نانولوله ی کربنی36
شکل 2-9. مؤلفه های ماتریس ثابت نیرو43
فهرست جدولها
جدول 2-1 عناصر ماتریس ثابت نیرو43
فهرست نمودارها
نمودار 2-1. نوار انرژی الکترونی گرافیت33
نمودار 2-2. نوار انرژی الکترونی نانولوله ی کربنی36
نمودار 2-3. چگالی حالات در نانولوله ی کربنی38
نمودار 2-4. نوار سه بعدی انرژی فونونی گرافیت45
نمودار 2-5. نوار انرژی فونونی در راستای خطوط متقارن منطقه اول بریلوئن45
نمودار 2-6. نوار انرژی فونونی نانولوله ی کربنی47
نمودار 3-1. سطح فرمی در نانولوهه ای کربنی54
نمودار 3-2. منطقهی تکرار شونده در نانولوله های کربنی60
نمودار 3-3. نقاط متقارن در مسئله پراکندگی61
نمودار 4-1. نرخ پراکندگی در دو نانولوله ی زیگزاگ و 63
نمودار 4-2. وابستگی دمایی نرخ پراکندگی63
نمودار4-3. تابع توزیع در میدان ضعیف و قوی نانولوله ی 64
نمودار4-4. تابع توزیع در میدان ضعیف و قوی نانولوله ی65
نمودار 4-5. وابستگی سرعت میانگین الکترون به دما در نانولوله ی کربنی67
نمودار 4-6.توزیع سرعت در نانولوله های زیگزاگ67
نمودار 4-7. نمودار جریان – ولتاژ در مورد نانولوله های زیگزاگ68
نمودار 4-8. مقاومت نانولوله های مختلف 69
فهرست پیوستها
پیوست الف: توضیح روال واگرد73
چکیده انگلیسی78
بررسی خواص الکتریکی نانولوله های کربنی
عنوان پایان نامه: بررسی خواص الکتریکی نانولوله های کربنی
فرمت فایل: WORD
تعداد صفحات: 93
شرح مختصر: 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 داده اند 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 ویژه ای برخوردار است، انتخاب نانولوله ای که تحرک پذیری بالایی داشته باشد بسیار مهم است. نتایج بررسی ها نشان میدهد تحرک پذیری الکترون در نانولوله های کربنی متفاوت به ازای میدانهای مختلفی که در طول نانولوله ها اعمال شود، مقدار بیشینهای 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 نانولوله ای را انتخاب کرد که تحرک پذیری مناسبی داشته باشد.
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 لوله های کربنی.. 5
1-3 ترانزیستورهای اثر میدانی فلز- اکسید - نیمرسانا و ترانزیستور های اثرمیدانی نانولوله ی کربنی.. 8
فصل 2.. 11
بررسی ساختار هندسی و الکتریکی گرافیت و نانولوله های 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 نانولوله ی کربنی.. 19
2-3-1 ساختار هندسی گرافیت.. 19
2-3-2 ساختار هندسی نانولوله های کربنی.. 22
2-4 یاخته ی واحد گرافیت و نانولوله ی کربنی.. 26
2-4-1 یاخته ی واحد صفحه ی گرافیت.. 26
2-4-2 یاخته واحد نانولوله ی کربنی.. 27
2-5 محاسبه ساختار نواری گرافیت و نانولوله ی کربنی.. 29
2-5-1 مولکولهای محدود.. 29
2-5-2 ترازهای انرژی گرافیت.. 31
2-5-3 ترازهای انرژی نانولوله ی کربنی.. 33
2-5-4 چگالی حالات در نانولوله ی کربنی.. 37
2-6 نمودار پاشندگی فونونها در صفحه ی گرافیت و نانولوله های کربنی 38
2-6-1 مدل ثابت نیرو و رابطه ی پاشندگی فونونی برای صفحه ی گرافیت 39
2-6-2 رابطه ی پاشندگی فونونی برای نانولوله های 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 نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا.. 66
4-4-2 بررسی جریان الکتریکی در نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا 68
4-4-3 بررسی مقاومت نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا.. 68
4-4-3 بررسی تحرک پذیری الکترون در نانولوله های زیگزاگ نیمرسانا 69
نتیجه گیری.. 71
پیشنهادات.. 72
ضمیمهی (الف) توضیح روال واگرد... 73
منابع.. 75
چکیده انگلیسی.. 78
فهرست شکلها
شکل1-1. گونه های مختلف کربن6
شکل 1-2. ترانزیستور اثر میدانی9
شکل 1-3. ترانزیستور نانولوله ی کربنی10
شکل 2-1. اربیتال . 15
شکل 2-2. هیبرید . 17
شکل 2-3. ساختار . 18
شکل 2-4. شبکه گرافیت21
شکل 2-5. یاخته ی واحد گرافیت21
شکل2-6. یاخته ی واحدنانولوله ی کربنی23
شکل 2-7. گونه های متفاوت نانولوله های کربنی25
شکل 2- 8. تبهگنی خطوط مجاز در نانولوله ی کربنی36
شکل 2-9. مؤلفه های ماتریس ثابت نیرو43
فهرست جدولها
عنوان صفحه
جدول 2-1 عناصر ماتریس ثابت نیرو43
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار 2-1. نوار انرژی الکترونی گرافیت33
نمودار 2-2. نوار انرژی الکترونی نانولوله ی کربنی36
نمودار 2-3. چگالی حالات در نانولوله ی کربنی38
نمودار 2-4. نوار سه بعدی انرژی فونونی گرافیت45
نمودار 2-5. نوار انرژی فونونی در راستای خطوط متقارن منطقه اول بریلوئن45
نمودار 2-6. نوار انرژی فونونی نانولوله ی کربنی47
نمودار 3-1. سطح فرمی در نانولوله های کربنی54
نمودار 3-2. منطقه ی تکرار شونده در نانولوله های کربنی60
نمودار 3-3. نقاط متقارن در مسئله پراکندگی61
نمودار 4-1. نرخ پراکندگی در دو نانولوله ی زیگزاگ و 63
نمودار 4-2. وابستگی دمایی نرخ پراکندگی63
نمودار4-3. تابع توزیع در میدان ضعیف و قوی نانولوله ی 64
نمودار4-4. تابع توزیع در میدان ضعیف و قوی نانولوله ی65
نمودار 4-5. وابستگی سرعت میانگین الکترون به دما در نانولوله ی کربنی67
نمودار 4-6.توزیع سرعت در نانولوله های زیگزاگ67
نمودار 4-7. نمودار جریان – ولتاژ در مورد نانولوله های زیگزاگ68
نمودار 4-8. مقاومت نانولوله های مختلف 69
فهرست پیوستها
عنوان صفحه
پیوست الف: توضیح روال واگرد73
چکیده انگلیسی78