بررسی سیستم های نانوالکترومکانیک و چالش های اساسی و تكنولوژیكی

برق، الکترونیک، مخابرات
دانلود پایان نامه رشته الکترونیک بررسی سیستم های نانوالکترومکانیک و چالش های اساسی و تكنولوژیكی

*قابل استفاده برای رشته مکانیک

چکیده: NEMS معمولاً شامل ترکیبی از ترانزیستورها (الکتریکی) و سنسورها و موتورها (مکانیکی) است.به خاطر سایز بسیار کوچک انتظار می رود NEMS تاثیر زیادی بر بخش های بزرگی از علوم و تکنولوژی بگذارد و در نهایت جایگزین MEMS شود.همانطور که ریچارد فاینمن در سال 1959 در مقاله معروف خود گفت : آن پایین فضای زیادی وجود دارد، می توان هر روز دستگاه های کوچکتر و کوچکتری تولید کرد که باعث صرفه جویی در هزینه ها و بالا بردن بازدهی شود. اولین محصول NEMS نوک میکروسکوپ نیروی اتمی ساخته شده توسط IBM بود، که باعث بالا بردن حساسیت میکروسکوپ نسبت به لرزش ها، نیروها و سیگنال های شیمیایی در سطح اتمی شد. سیستم های نانوالكترومكانیك (NEMS) در جوامع علمی و تكنیكی مورد توجه زیادی بوده اند. این دسته از سیستم ها كه بسیار شبیه به سیستم های میكروالكترومكانیك هستند در انواع حالات تشدید شده خود با ابعادی در سابمیكرون عمیق عمل می كنند. سیستم در این محدوده، دارای فركانس های رزونانس بسیار، توده های فعال تحلیل یافته و ثبات نیروی پایداری باشند؛ ضریب كیفیت تشدید این سیستم در رنج Q  lo3-105 بسیار بالاتر از دسته دیگر مدارهای تشدیدی الكتریكی می باشند. این سیستم در NEMS برای دسته بسیاری از كاربردهای تكنولوژی مانند سنسور فراسریع، دستگاه راه اندازی، و اجزای پردازش سیگنال مهیا می سازد. به طور آزمایشی از NEMS انتظار می رود كه امكان تحقیق بر فرآیندهای مكانیكی متعادل فونون و واكنش كوانتوم سیستم های مكانیكی مزوسكوپیك را فراهم آورد. با وجود این، هنوز چالش های ریشه ای و تكنولوژیكی برای بهینه سازی NEMS وجود دارد. در این بررسی ما باید مروری بر چشم اندازها و چالش ها در این زمینه یك معرفی متعادل از NEMS را ارائه داده و كاربردهای جالب و آشكارسازی الكترومكانیك را به تصویر می كشیم. کلمات کلیدی: سیستم های نانوالکترومکانیک تشدیدگر مكانیكی مقدمه: معمولاً شامل ترکیبی از ترانزیستورها (الکتریکی) و سنسورها و موتورها (مکانیکی) است.به خاطر سایز بسیار کوچک انتظار می رود NEMS تاثیر زیادی بر بخش های بزرگی از علوم و تکنولوژی بگذارد و در نهایت جایگزین MEMS شود.محققان با استفاده از مواد و فرآیندهای میكروالكترونیك مدت هاست كه كنترل پرتوها، چرخ دنده ها و پوسته های ماشین های میكروسكوپی را انجام داده اند كه این عناصر مكانیكی و مدارهای میكروالكترونیكی كه آن ها را كنترل می كنند را به طور كل سیستم های میكروالكترومكانیك یا MEMS خوانده اند. در تكنولوژی امروزی MEMS برای انجام اموری در تكنولوژی مدرن مانند باز و بسته كردن دریچه ها، ( سوپاپ ها) چرخاندن آینه ها و تنظیم جریان الكتریسیته و یا جریان نور بكار گرفته می شود. امروزه كمپانی های متعددی از غول های نیمه هادی گرفته تا راه اندازی های كوچك می خواهند ابزار MEMS را برای طیف گسترده ای از مشتریان تولید كنند. با تكنولوژی میكروالكترونیك كه هم اكنون تا حد ریز میكرون پیش رفته است زمان آن رسیده كه كشفیات متمركز NEMS را آغاز كنیم. سیستم های نانو الكترومكانیكی (NEMS)، تشدید گرهای مكانیكی با مقیاس نانو – به – میكرو متر می باشند كه به ابزار الكترونیكی دارای ابعاد مشابه وصل می شوند. NEMS نوید میكروسكوپ نیروی فراحساس سریع و عمیق شدن فهم ما از چگونگی پیدایش دینامیك كلاسیك با نزدیك شدن به دینامیك كوانتوم می باشد. این پژوهش با یك بررسی از NEMS شروع شده و پس از جنبه های خاص دینامیك كلاسیك آنها را توصیف می كند. مخصوصاً، نشان می دهیم كه برای اتصال ضعیف، عمل ابزار الكترونیكی روی تشدیدگرمكانیكی می تواند به طور مؤثر، یك حمام حرارتی باشد در حالیكه ابزار، یك محرك خارج از تعادل سیستم باشد. فهرست چکیده: 2 1- مقدمه: 4 شکل a .1) تصویری که عملیات آشکار ساز جابجایی SET را نشان می دهد. 9 2– ویژگی های NEMS: 12 شكل 3- نمودار معرفی وسایل الكترومكانیكی چند ترمینالی 13 تصویر 2 a) تقطیق ریز نگار الكترون از Sic NEMS . 15 فركانس 16 3-2 ضریب كیفیت (Q) 18 4-2 مشخصه عملكرد توان عملیاتی 19 5-2 پاسخ گویی ( واكنش پذیری) 20 تصویر 5) اندازه گیری فشار و كشش داخلی در مبدل های پرتو نانوالكترونیك شود 21 جدول 1: ویژگی های مهم برای خانواده ای از پرتوهای δi باگیر کردن مضاعف 22 6–2 دامنه دینامیك موجود 23 تصویر 6) در این شكل دیاگرامی از مبدل تقویت كننده كاسكود NEMS نشان داده می شود. 28 7-2 تودة فعال: 29 3- چالش های اصولی 29 1-3 جستجوی Q بالا 29 1) اتلاف انرژی به دلیل رطوبت گاز 2) اتلاف های موجود در تكیه گاه 31 3) اتلاف های تزریق میانی از طریق مبدل ها. 31 2-3 نویز فاز: 37 3-3 توسعه مبدل ها 40 تصویر10- دیاگرام طراحی شده ساختار نوری فضای خالی را كه در دانشگاه بوستون مورد استفاده قرار گرفت نشان می دهد. 45 4-3 ساخت نانوقابل تولید مجدد 47 4- كاربرد پدید آمده ( آغازین) 48 تصویر 11 a) درجه حرارت متغیر، كیروسنات میكروویو UHV برای اندازه گیری حساسیت NEMS. 51 تصویر 12- تغییرات فركانس δω/2π استنباط شده توسط جذب اتم طلایی آتوگرام 53 شكل13- اطلاعات از سه وسیله دیگرSIC. 55 5- بررسی NEMS: 56 شكل 14- طرح یك الكترون تونلی تابع مكانیك ( 25 ) . 57 شكل 16- a ) میكروگراف SEM كه نشان دهنده پرتو مكانیكی و سیم منبع 58 شكل (17 )– طرح یك SET با سطح داخلی تابع مكانیكی 60 شكل( 18)- میكروگراف SEM نانو پیلار سیلیكون با سطح داخلی 64 شكل 19)طرح NEMS كلی 68 6- سیستم تشدیدگر SET- نانومکانیکی: 69 1-6 معادله اصلی: 69 2-6- راه حل حالت ثابت (پایدار) 79 3 – 6 دینامیك تشدیدگر مكانیكی در رژیم تزویج ضعیف: 84 دینامیك متعادل موثر دیگر NEMS ها : 85 شكل 23) نوسان گر متصل به یك اتصال تونل الكتریكی 90 8- نتایج : 91