پايان نامه تعيين چگالي بارهاي سطحي ميان – گاه

توضیحات پروژه

 پايان نامه تعيين چگالي بارهاي سطحي ميان – گاه دارای 160 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد پايان نامه تعيين چگالي بارهاي سطحي ميان – گاه  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه و مقالات آماده و تنظیم شده است

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه پايان نامه تعيين چگالي بارهاي سطحي ميان – گاه

فصل اول : ساختارهای دورآلاییده
مقدمه
1-1 نیمه رسانا
1-2 نیمه رسانا با گذار مستقیم و غیر مستقیم
1-3 جرم موثر
1-4 نیمه رسانای ذاتی
1-5 نیمه رسانای غیر ذاتی و آلایش
1-6 نیمه رساناهای Si و Ge
1-7 رشد بلور
1-7-1 رشد حجمی بلور
1-7-2 رشد رونشستی مواد
1-7-3 رونشستی فاز مایع
1-7-4 رونشستی فاز بخار
1-7-5 رونشستی پرتو مولکولی
1-8 ساختارهای ناهمگون
1-9 توزیع حالت‌های انرژی الکترون‌ها در چاه کوانتومی
1-10 انواع آلایش
1-10-1 آلایش کپه¬ای
1-10-2 آلایش مدوله شده (دورآلاییدگی)
1-10-3 گاز الکترونی دوبعدی
1-10-4 گاز حفره¬ای دوبعدی
1- 11 ویژگی و انواع ساختارهای دور آلاییده
1-11-1 انواع ساختارهای دورآلاییده به¬¬لحاظ ترتیب رشد لایه¬ها
1-11-2 انواع ساختار دور آلاییده به لحاظ نوع آلاییدگی ( n یا p )
1-11-3 انواع ساختار دور آلاییده دریچه¬دار
1-12 کاربرد ساختارهای دور آلاییده
1-12-1 JFET
1-12-2 MESFET
1-12-3 MESFET پیوندگاه ناهمگون
فصل دوم : اتصال فلز نیمه رسانا (سد شاتکی)
مقدمه
2-1 شرط ایده آل و حالتهای سطحی
2-2 لایه تهی
2-3 اثر شاتکی
2-4 مشخصه ارتفاع سد
2-4-1 تعریف عمومی و کلی از ارتفاع سد
2-4-2 اندازه گیری ارتفاع سد
2-4-3 اندازه گیری جریان – ولتاژ
2-4-4 اندازه گیری انرژی فعال سازی
2-4-5 اندازه گیری ولتاژ- ظرفیت
2-4-6 تنظیم ارتفاع سد
2-4-7 کاهش سد
2-4-8 افزایش سد
2-5 اتصالات یکسوساز
2-6 سدهای شاتکی نمونه
فصل سوم : انتقال بار در ساختارهای دورآلاییده
مقدمه
3-1 ساختار دور آلاییده معکوس p-Si/Si1-XGeX/Si
3-2 ساختار نوار ظرفیت ساختار دور آلاییده معکوسp-Si/SiGe/Si
3-3 محاسبه انتقال بار در ساختارهای دور آلاییده
3-3-1 آلایش مدوله شده ایده¬آل
3-3-2 محاسبات خود سازگار چگالی سطحی حاملها
3-3-3 اثر بارهای سطحی بر چگالی گاز حفره¬ای
3-4 روشهای کنترل چگالی سطحی حاملها
3-4-1 تاثیر تابش نور بر چگالی سطحی حاملها
3-4-2 تاثیر ضخامت لایه پوششی بر چگالی سطحی حاملها
3-4-3 دریچه دار کردن ساختار دور آلاییده
3-5 ساختارهای دورآلاییده معکوس p-Si/SiGe/Si با دریچه بالا
3-6 انتقال بار در ساختارهای دورآلاییده معکوس با دریچه بالا
3-7 تاثیر بایاسهای مختلف بر روی چگالی سطحی ¬حفره¬ها
3-8 ملاحظات تابع موج
3-9 وابستگی Zav به چگالی سطحی حاملها در ساختارهای بی دریچه
3-10 وابستگی Zav به چگالی سطحی حاملها در ساختارهای دریچه¬دار
فصل چهارم : نتایج محاسبات
مقدمه
4-1 محاسبات نظری ساختارهای دورآلاییده بی دریچه Si/SiGe/Si
4-1-1 محاسبات نظری ns برحسب Ls
4-1-2 محاسبات نظری ns برحسب NA
4-1-3 محاسبات نظری ns برحسب nc
4-1-4 محاسبات نظری کلیه انرژیهای دخیل برحسب Ls
4-2 محاسبات نظری ساختارهای دورآلاییده دریچه¬دار Si/SiGe/Si
4-2-1 محاسبات نظری ns برحسب vg
4-2-2 بررسی نمونه ها با nsur متغیر و تابعی خطی از vg با شیب مثبت
4-2-3 بررسی نمونه ها با nsur متغیر و تابعی خطی از vg با شیب منفی
فصل پنجم : نتایج
5-1مقایسه سد شاتکی با ساختار دورآلاییده دریچه دار p-Si/SiGe/Si
5-2 بررسی نمودارهای مربوط به چهار نمونه
پیوست
چکیده انگلیسی (Abstract)
منابع

بخشی از منابع و مراجع پروژه پايان نامه تعيين چگالي بارهاي سطحي ميان – گاه

[1] Ashcroft , N. W. , Mermin , N. D, , Solid state physics. , (1976)

[2] Ando , T. , J. Phys. Soc. Japan , Vol . 51 , . NO. 12 , PP. 3900 (1982)

[3] Ando , T. , Fowler , A. B. , Stern , F. , Reviews . Modern physics , Vol. 54 ,

NO. 2 , PP. 437(1982)

[4] Bardeen , J., Phys. Rev . PP. 717(1947)

[5] Bastard , G. , Surface science , 142, PP. 284(1984)

[6] Coleridge , P.T., Williams , R.L., Feng , Y., Zawadzki, P. , Phys. Rev. , B56, PP

12764(1997)

[7]  Emeleus , C. J. , Whall , T. E. , Smith , D. W. , Kubiak , R. A. , Parker , E. H

C., Kearney , M. J. , J. Appl . phys. , 73(8), PP. 3852(1993)

[8] Emeleus , C. J . , Sadeghzadeh , M. A. , Phillips , P. J. , Parker , E. H. C. ,

Whall , T. E. , Pepper , M. Evans , A. G. R. , Appl. Phys. Lett. , 70(14) ,

PP.1870(1997)

[9] Fang , F. F. , Howard , W. E. , Phys. Rev. Lett. , 16 , PP.797(1966)

[10] Hamilton, A. R., Frost , J. E. F. , Smith , C. G., Kelly , M. J. , Linfield , E. h.,

Ford, C. J. B., Ritchie, D. A. C. , Papper, M., Hasko , D. G., Ahmed , H. Appl

Phys. Lett. , 60(22), PP.2782(1992)

[11] Hirakawa , D. C. , Sakaki , Yoshino , J. , Phys. Lett. , 45(3) , PP. 253(1984)

[12] Houghton , D. C., Baribea, J. M. , Rowell , N. L. , J. Mat. Sci., Material in Elect

, 6, PP. 280(1995)

[13] HUANG , l. J., Lau , W. M., Vac, J., Sci.Technol. , A10 , PP. 812(1992)

[14] Ismail , K. Arafa , M. , Stern , F. , Chu , J. O. , Meyerson , B. S. , Appl. Phys

Lett. , 66(7) , PP. 842(1995)

[15] Koing , U., Schaffler , F. , Electron. Lett. , 29 , PP. 486(1993)

[16]  Lee , M .L. , Fitzgerald , Bolsara , M. T. , Carrier , M. T. , J. ,Appl. Phys. , 97 ,

011101(2005)

[17] Pearson , G. L. , Bardeen , J. , Phys .Rev. , Vol . 75, NO.5, PP.865(1949)

[18] People , R. , Been , J. C. , Lang, D. V. , Sargent , A. M. , Stomer, H. L. ,

Wecht , K. W. , Lynch , R. T. , Baldwin , K. , Appl. Phys. Lett. , 45(11),

PP.1231(1984)

[19] Sadeghzadeh , M. A.  Electrical Properties of Si/SiGe/Si Inverted

Modulation Doped Stractures , Ph . D. Thesis , University of Warwick ,

(1998)

[20] Sadeghzadeh , M. A.  , Parry , C.P. , Phillips , P. J. , Parker , E. H. C. ,

Whall , T. E. , Appl. Phys. Lett. , 74(4) , PP. 579 (1999)

[21] Sadeghzadeh , M. A. , Appl. Phys. Lett. Vol. 76 , NO.3, PP. 348(2000)

[22] Simmons, M. Y., Hamilton , A. R.,Stevens, S. J., Ritchie, D. A., Pepper , M. ,

Kurobe , A., Appl.Phys.Lett., 70(20) , PP.2750(1997)

[23] Stern , F. , Sankar , D. S. , Phys . Rev. B, VOL. 30 NO. 2 , PP. 840(1984)

[24] Sze , S. M. , Physics of semiconductors . , PP. 12(1996)

[25] Sze , S. M. , Physics of semiconductor Devices . , PP. 245(1981)

[26] Verdenckt Vandebroec, S. , Crabbe, E. F. , Meyerson , B. S. , Harame, D. L

Restle, P. J. , Stork, J.M.C. , Jonson, J.B.,IEEE.ED41,PP.90(1994)

[27] Whall , T. E. , Thin Solid Films,294 ,PP. 160(1997)

[28] استریتمن, بن جی , فیزیک الکترونیک , رویین تن لاهیجی , غلامحسن ,

       صمدی , سعید , دانشگاه علم و صنعت ایران , تهران ,

[29] ادیبی , اکبر , فیزیک الکترونیک و تکنولوژی نیمه هادیها , مرکز نشر دانشگاهی

         صنعتی امیر کبیر , تهران ,

[30] بهاتاچاریا , پالاب , قطعات نیمه هادی الکترونیک نوری , محمد نژاد , شهرام ,

         دانشگاه امام حسین(ع) , موسسه چاپ و انتشارات , تهران ,

[31] روزنبرگ , فیزیک حالت جامد , عشقی , حسین , عزیزی , حسن , مرکز نشر

         دانشگاهی , تهران, 1376

[32] زی , اس. ام . , فیزیک و تکنولوژی قطعات نیمرسانا , سدیر عابدی , غلامحسین ,

       موسسه چاپ و انتشارات آستان قدس رضوی , مشهد ,

[33]  صادق زاده , محمد علی , انصاری پور , قاسم , مقاله نامه ششمین کنفرانس ماده

          چگال , 1381 , ص

[34] صادق زاده , محمد علی , انصاری پور , قاسم , کنفرانس فیزیک ایران , 1380 ,

         ص

[35] صادق زاده , محمد علی , کنفرانس فیزیک ایران , 1379 , ص

[36] صادق زاده , محمد علی , فخارپور ,مهسا ,مقاله نامه دومین کنفرانس علوم و

         تکنولوژی سطح , 1385 ,ص

[37] عمر , علی , فیزیک حالت جامد , نبیونی , غلامرضا , دانشگاه اراک , اراک ,

         1381 , جلد دوم

[38] کیتل , چارلز , آشنایی با فیزیک حالت جامد , پور قاضی , اعظم , صفا , مهدی ,

         عمیقیان , جمشید , مرکز نشر دانشگاهی, تهران ,

چکیده

در ساختارهای Si/SiGe/Si که بوسیله روش رونشانی پرتو مولکولی رشد می­یابند به دلیل ناپیوستگی نوار ظرفیت یک چاه کوانتومی در نوار ظرفیت و در لایه SiGe شکل می­گیرد اگر لایه­های مجاور با ناخالصی­های نوع p آلاییده شده باشند حفره­های لایه آلاییده به داخل چاه کوانتومی می­روند و تشکیل گاز حفره­ای دوبعدی در میانگاه نزدیک لایه آلاییده می­دهند اینگونه ساختارها را ساختار دورآلاییده می نامند .به دلیل جدایی فضایی بین حاملهای آزاد دوبعدی و ناخالصی­های یونیده در ساختارهای دورآلاییده برهمکنش کولنی کاهش یافته و درنتیجه پراکندگی ناشی از ناخالصی­های یونیده کاهش و به تبع آن تحرک­پذیری حاملهای آزاد دوبعدی افزایش می­یابد .چگالی سطحی گاز حفره­ای دوبعدی به پارامترهای ساختار مثلاً ضخامت لایه جداگر ، چگالی سطحی بارهای لایه پوششی ، ضخامت لایه پوششی ، و غیره وابسته است. علاوه بر این در ساختارهای دورآلاییده دریچه­دار با تغییر ولتاِژ دریچه چگالی سطحی گاز حفره­ای قابل کنترل می­باشد . این ساختارها در ساخت ترانزیستورهای اثر میدانی مورد استفاده قرار می­گیرند

در این پایان نامه ابتدا به تشریح ساختار دورآلاییده  Si/SiGe/Siمی­پردازیم و سپس مدلی نظری که بتواند ویژگیهای الکتریکی گاز حفره­ای دوبعدی درون چاه کوانتومی ساختارp-Si/SiGe/Si  و همچنین میزان انتقال بار آزاد به درون چاه و بستگی آن به پارامترهای ساختار را توجیه کند ارائه می دهیم  .  در ساختار دورآلاییده معکوس p-Si/SiGe/Si دریچه­دار با دریچه Al/Ti/Si از این مدل نظری استفاده می­کنیم و با برازش نتایج تجربی تغییرات چگالی سطحی گاز حفره­ای بر حسب ولتاژ دریچه توانسته­ایم چگالی سطحی بارهای میانگاه Ti/Si در این ساختارها را در محدوده (m^-2) 10¹⁵ × 78/1 تا (m^-2) 10¹⁵ × 63/4  ارزیابی کنیم 

مقدمه

امروزه قطعات جدیدی در دست تهیه­اند که از لایه­های نازک متوالی نیمه­رساناهای مختلف تشکیل می شوند . هر لایه دارای ضخامت مشخصی است که به دقت مورد کنترل قرار می گیرد و از مرتبه 10 نانومتر است . اینها ساختارهای ناهمگون نامیده می شوند . خواص الکترونی لایه­های بسیار نازک را می توان با بررسی ساده­ای که برخی از اصول اساسی فیزیک کوانتومی را نشان می دهد به دست آورد [31]

در این فصل ابتدا به بررسی خواص نیمه­رسانا می پردازیم سپس با نیمه­رساناهای سیلیکان و ژرمانیوم آشنا می شویم و بعد از آن انواع روشهای رشد رونشستی و ساختارهای ناهمگون را مورد بررسی قرار  می دهیم و همچنین ساختارهای دورآلاییده را بررسی می کنیم و در آخر نیز به بررسی کاربرد ساختارهای دورآلاییده و ترانزیستورهای اثر میدانی می پردازیم

1-1 نیمه­رسانا

در مدل الکترون مستقل الکترون­های نوار کاملاً پر هیچ جریانی را حمل نمی­کنند این یک روش اساسی برای تشخیص عایق­ها و فلزات از هم است . در حالت زمینه یک عایق تمام نوارها یا کاملاً پر یا کاملاً خالی هستند اما در حالت زمینه یک فلز حداقل یک نوار به طور جزئی پر است . روش دیگر تشخیص عایق­ها و فلزات بحث گاف انرژی است گاف انرژی یعنی فاصله بین بالاترین نوار پر و پایین­ترین نوار خالی

یک جامد با یک گاف انرژی در   عایق خواهد بود. در نتیجه با گرم کردن عایق همچنانکه دمای آن افزایش می­یابد بعضی از الکترون­ها به طور گرمایی تحریک شده و از گاف انرژی به سمت پایین­ترین نوار غیر اشغال گذار می­کنند . جای خالی الکترون­ها در نوار ظرفیت را حفره می­نامند این حفره­ها ماهیتی مانند بار مثبت دارند در نتیجه در روند رسانش هم الکترون­ها و هم حفره­ها شرکت می­کنند . الکترون­های برانگیخته شده در پایین­ترین قسمت نوار رسانش قرار می­گیرند در صورتیکه حفره­ها در بالاترین قسمت نوار ظرفیت واقع می­شوند

جامداتی که در  عایق بوده اما دارای گاف انرژی به اندازه­ای هستند که برانگیزش گرمایی منجر به مشاهده رسانشی در  شود به عنوان نیمه­رسانا شناخته می­شود

ساده­ترین عناصر نیمه رسانا از گروه چهارم جدول تناوبی هستند که به آنها نیمه­رساناهای تک عنصری می­گویند سیلیکون و ژرمانیوم دو عنصر مهم نیمه­رساناها هستند . علاوه بر عناصر نیمه­رسانا ترکیبات گوناگون نیمه­رسانا هم وجود دارد . GaAsیک نمونه نیمه­رساناهای  است که از ترکیب عناصر گروه  (Ga) و گروه(As) بدست آمده­اند و در ساختار زینک بلند متبلور می­شوند . همچنین بلور نیمه­رسانا از عناصر گروه   و  هم بوجود می­آید که می­تواند ساختار زینک­بلند داشته باشد و به عنوان نیمه­رساناهای قطبی شناخته شده­اند [1]

1-2  نیمه­رسانای با گذار مستقیم و غیر مستقیم

 هرگاه کمینه نوار رسانش و بیشینه نوار ظرفیت یک نیمه­رسانا در یک نقطه فضایk  قرار بگیرند به چنین نیمه­رسانایی نیمه رسانای با گذار مستقیم می­گویند

اما اگر کمینه نوار رسانش و بیشینه نوار ظرفیت یک نیمه­رسانا در یک نقطه فضای k  قرار نگیرند به چنین نیمه­رسانایی نیمه­رسانای با گذار غیر مستقیم می­گوییم

الکترون­ها کمینه نوار رسانش و حفره­ها بیشینه نوار ظرفیت را اشغال می­کنند [1]

                                  (b)                                                            (a)

شکل(1-1) : نمودار نیمه-رسانای با گذارهای مستقیم و غیر مستقیم . (a) نیمه­رسانای با گذار مستقیم .(b) نیمه­رسانای با گذار غیر مستقیم [1]

1-3 جرم موثر

الکترون­ها در بلور بطور کامل آزاد نیستند بلکه با پتانسیل متناوب شبکه برهمکنش دارند . در نتیجه حرکت موج ذره­ای آنها را نمی توان مشابه الکترون­ها در فضای آزاد دانست . برای اعمال معادلات معمولی الکترودینامیک به حامل­های بار در یک جامد باید از مقادیر تغییر یافته جرم ذره استفاده کنیم در این صورت اثر شبکه منظور شده و می­توان الکترون­ها و حفره­ها را به صورت حامل­های تقریباً آزاد در بیشتر محاسبات در نظر گرفت

جرم موثر یک الکترون در ترازی با رابطه معین (E,K) به صورت زیر است

(1-1)

پس انحنای نوار تعیین کننده جرم موثر الکترون است . برای نوار متمرکز حول K=0 رابطه (E;K) در نزدیکی حداقل معمولاً سهموی است

(1-2)

این رابطه نشان می­دهد که جرم موثر در نوار سهموی ثابت است

   انحنای         در محل حداقل­های نوار رسانش مثبت ولی در محل حداکثرهای نوار ظرفیت منفی است . بنابراین الکترون­ها در نزدیکی بالای نوار ظرفیت دارای جرم موثر منفی هستند . الکترون-های نوار ظرفیت با بار منفی و جرم منفی در یک میدان الکتریکی در همان جهت حفره­های با بار و جرم مثبت حرکت می­کنند . در جدول زیر جرم­های موثر بعضی از مواد آورده شده است . جرم موثر الکترون با  و جرم موثر حفره با  نشان داده می شود [28]

GaAs

Si

Ge

0.067m₀

1.1m₀

0.55m₀

0.48m₀

0.56m₀

0.37m₀

جدول(1-1) : مقادیر جرم موثر الکترون و حفره در سه نیمه­رسانای Si ، Ge ، GaAs . m₀جرم حالت سکون الکترون است

1-4 نیمه­رسانای ذاتی

یک بلور نیمه­رسانای کامل فاقد هرگونه ناخالصی یا نقائص بلوری به نام نیمه­رسانای ذاتی شناخته می­شود . در چنین ماده­ای هیچگونه حامل آزادی در صفر کلوین وجود ندارد زیرا نوار ظرفیت از الکترون­ها پر شده و نوار رسانش خالی است . در دماهای بالاتر با برانگیزش گرمایی الکترون-های نوار ظرفیت به نوار رسانش از طریق گاف نواری زوج-های الکترون حفره تولید می­شود . این زوج­ها تنها حامل­های موجود در ماده ذاتی هستند

بدلیل تولید زوج الکترون­ها و حفره­ها تراکم  از الکترون­های نوار رسانش (تعداد الکترون­ها در هر سانتی متر مکعب ) برابر با تراکم  از حفره-ها در نوار ظرفیت (تعداد حفره­ها در هر سانتی متر مکعب ) است . هر یک از این تراکم حامل­های ذاتی را معمولاً با  نمایش  می­دهند . پس برای ماده ذاتی داریم

(1-3)

برانگیختی حامل­های ذاتی به طور نمایی به        بستگی دارد که در آن E_g گاف انرژی                   است و این بستگی به صورت رابطه زیر است [38]

(1-4)

 مقدار n_i در دمای اتاق برای  Si، Ge و GaAs به ترتیب برابر با (cm^-3 )10¹⁰ × 45/1،          (cm^-3 )10¹² × 5/2و (cm^-3 )10⁶ × 79/1است .           

برای دریافت پروژه اینجا کلیک کنید