پایان نامه 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[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