بررسی خواص الکتریکی نانولوله­ های کربنی

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