عنوان

تحلیل ساختارهای نانوتیوب‌های کربنی برای اهداف مهندسی الکترونیک سرعت بالا

Number

‭۸۰۷۰پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

تحلیل ساختارهای نانوتیوب‌های کربنی برای اهداف مهندسی الکترونیک سرعت بالا

First Statement of Responsibility

/سید احمد موسوی

Name of Publisher, Distributor, etc.

: دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین

Name of Manufacturer

، فرخی

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۱۱۶‬ص.‬

Text of Note

چاپی

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

نانوفناوری - نانوالکترونیک

Date of degree

‮‭۱۳۸۹/۱۱/۱۸‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

با کشف مدارات مجتمع، پیشرفت‌های خیره‌کننده‌ای در چهار دهه، در فناوری‌های الکترونیکی که بر اساس سیلیکون کار می‌کردند، اتفاق افتاد .این فرآیند در ابتدا توسط پشتیبانی از ترانزیستورهای ماسفت در ابعاد فیزیکی کوچک به‌دست آمد که در نهایت منجر به تولیدات موفقیت‌آمیز بسیاری در ساخت ادوات شد که باعث افزایش چگالی در واحد سطح و بهبود عمل‌کردی ترانزیستورها گردید .بیشتر کارشناسان بر این باورند که ادامه‌ی پیشرفت فناوری در راستای همین مقیاس، تقریبا امکان‌ناپذیر است .بنابراین فراهم کردن یک فناوری جدید که بتوانیم با آن سیر فزاینده‌ی بهبود و عمل‌کردی قطعات را باز هم تأمین کنیم، حیاتی است .برای رسیدن به این هدف دو راه در پیش روی ماست .ایده‌ی اول آن‌که در کل در این فناوری یک تحول اساسی ایجاد کنیم، مانند ادوات مولکولی دو پایانه ، اسپینترونیک محاسبات کوانتومی که در آینده‌ی نزدیک می‌توان برای ساخت ادوات به آن‌ها تکیه کرد .ایده‌ی دیگر استفاده از همان ایده‌ی ترانزیستورهای سه پایه با بهره از مواد مختلف، خصوصا نانوتیوب‌های کربنی که بسیاری از مشکلات موجود در ادوات سیلیکونی را پاسخ می‌دهند، است .جهت بهبود عمل‌کرد قطعات، از ترانزیستورهای نانوتیوب تک‌دیواره استفاده می‌کنیم که خصوصیات نوری و الکترونیکی را به خوبی بهبود می‌دهند .از کاربردهای الکترونیکی نانوتیوب‌ها می‌توان به‮‭CNTFET‬ ها اشاره کرد که در ساختارهای الکترونیکی به عنوان کلید و در الکترونیک نوری به مانند گسیل‌دهنده‌ی نوری یا آشکارسازها استفاده می‌شوند .برای این‌که عمل‌کرد نانوتیوب‌ها را در درون قطعات الکترونیکی بررسی کنیم، ابتدا نیاز است که خود نانوتیوب‌ها را بشناسیم و به ویژگی‌های آن‌ها احاطه‌ی کامل داشته باشیم .نانوتیوب‌ها ساختارهایی هستند که به صورت اتفاقی در مطالعات روی فولرین کشف شدند و توجهات زیادی را در بسیاری از رشته‌های علم و فناوری از نقطه‌نظر ساختار جالب و ویژگی‌های الکترونیکی و پتانسیل عمل‌کردی در ادوات الکترونیکی در مقیاس نانو، به خود معطوف داشته‌اند .در این پایان‌نامه بدنبال تحلیل این ساختارها هستیم که به عنوان مهندس الکترونیک آن‌ها را وارد دنیای الکترونیک کنیم، بنابراین ابتدا گریزی به ساختار فیزیکی آن‌ها زده‌ایم، تمامی بردارهائی که یک نانوتیوب بر اساس آن‌ها تعریف می‌شود یا نسبت به آن‌ها تقارن دارد را بیان می‌کنیم .متوجه می‌شویم که نانوتیوب‌ها بسته به بردارهائی تعریف‌کننده‌ی خود می‌توانند رسانا و نیم‌رسانا باشند .این ویژگی، یک ویژگی منحصر به‌فرد در الکترونیک است .برای استفاده از نانوتیوب‌ها در الکترونیک، ابتدا ساختار باندهای انرژی آن‌ها را مطالعه کرده‌ایم .از روش تنگ‌بست با تقریب اربیتال تنها، استفاده کردیم تا ساختار باندهای انرژی را به‌دست بیاوریم .با محاسبه‌ی این باندها، شرایطی را که در آن، نانوتیوب‌ها رسانا یا نیم‌رسانا می‌شوند را به‌دست آوردیم .سپس، با مطالعه‌ی چگالی حالت‌ها، نشان داده‌ایم که این مواد یک‌بعدی دارای قله‌های بسیار تیز در انرژی‌های خاص خواهند بود .با اعمال تنش مکانیکی به انواع ساختار نانوتیوب‌های کربنی، روش مناسبی برای مهندسی باند گاف انرژی آن‌ها را ارائه کرده‌ایم .نانوتیوب‌های زیگزاگ در اثر تنش کشش و فشرده‌سازی تغییر حالت از نیمه‌هادی به هادی دارند، در صورتی که برای آرمچیر به دلیل تقارن، این اتفاق نمی‌افتد، در حالی که برای تنش پیچشی این اتفاق بر عکس است، یعنی تنش پیچشی اثری روی نانوتیوب‌های زیگزاگ ندارد و در عوض نانوتیوب آرمچیر را از هادی به نیمه‌هادی تبدیل می‌کند .در آخرین گام، میدان الکتریکی عرضی را به‌صورت یکنواخت، به نانوتیوب اعمال کردیم .باز هم نانوتیوب آرمچیر به‌دلیل تقارن، خاصیت هادی بودن خود را از دست نداد .ولی نانوتیوب زیگزاگ نیمه‌هادی را می‌توان در میدان‌های خاص، هادی و یا از هادی به نیمه‌هادی تبدیل کرد .البته اگر بتوانیم با ایجاد نقص یا ناخالصی، تقارن نانوتیوب آرمچیر را از بین ببریم، آن‌ها نیز به میدان الکتریکی حساس خواهند شد .این مشاهدات خاصیت کلیدزنی نانوتیوب‌ها را در اثر تنش مکانیکی و میدان الکتریکی نمایش می‌دهد .

Text of Note

The discovery of the integrated circuit has lead to four decades of dizzying advances in silicon-based electronic technology. This progress has been achieved primarily through the sustained scaling of physical dimensions in the metal-oxide-semiconductor field-effect transistor (MOSFET), which has lead to many successive generations of devices with increased transistor performance and density. Most experts agree that by continuing on this scaling path, the community will reach technological, economic and, most importantly, fundamental physical limits as soon as the end of this decade. Therefore it becomes crucial to start preparing for technologies that will enable continued implementation of increasingly higher performance devices.In general, two distinct approaches are taken to address these issues. In one case, revolutionary technologies are proposed based on totally new concepts, for example two terminal molecular devices, spintronics, or quantum computing may be pursued. While some of these technologies may one day be implemented into products, they are obviously targeted for the far future. We focus on another, more evolutionary approach that is based on the well established three terminal transistor concepts, but utilizes different materials, specifically carbon nanotubes (CNTs) that may address many of the problems present in aggressively scaled silicon devices. Indeed, the silicon electronics industry has long experimented with progressively more radical alternative materials (such as SOI, SiGe and high-k dielectrics to name a few) in order to improve device performance. In this vein, single-walled CNTs (SWCNTs) have some unique advantages including their nanoscale dimensions as well as the electronic and optical properties.Specifically, we will describe the progress on carbon nanotube field-effect transistors (CNT-FETs) used in electronics as switches and opto-electronics as light-emitters/detectors. So in this thesis we want to analyze these structures that as an electronic engineer bring them in electronic world. Hence first we study about thier physical structure. We explain all of vectors that interpret the nanotubes or have symmetry with respect them. After that we understand that carbon nanotubes can to be metallic or semiconducting, which depends on the radius and chiral angle. This property is a facinating characteristic for electronic science. Therefore we have to pass from band structure doorway for entering to electronic from physics world. We use a single pi orbital tight binding model with zone folding approach for calculating band structure. Now we understand when nanotubes are metallic or semiconducting. After calculating the density of states, we showthat these one-dimensional structures have Von Hove singularities in special energies. We then study the effect of mechanical deformation on the band gapof single wall carbon nanotubes under uniaxial strain such tension and torsin via the tight binding method. At one extreme are armchair nanotubes, which remain metallic under tensile strain, due to preservation of mirror symmetry under uniaxial strain. At the other extreme, the change of bandgap with strain is largest for zigzag nanotubes.The change in bandgap in the presence of torsional strain is quite the opposite of tensile strain.The bandgap change is largest for armchair nanotubes. As the chiral angle decreases, the absolute value of Eg decreases and is smallest for zigzag nanotubes.Small changes similar to the uniaxial strain case result from a four orbital treatment for quasi-metallic nanotubes.Then the electronic properties of carbon nanotubes in a uniform transverse field are investigated within a single orbital tight-binding model. Bandgap opening/closing is predicted for zigzag tubes, while it is found that armchair tubes always remain metallic, which is explained by the symmetry in their configuration. The bandstructures for both types are considerably modified when the field strength is large enough to mix neighboring subbands. However metallic carbon nanotubes can be changed dramatically with homogeneous transverse electric fields if the nanotubes have impurities or defects.

موسوی،سیداحمد

رستمی،علی، استادراهنما

گل محمدی،سعید، استادراهنما

رسولی،حسن، استادمشاور

کیانی،غلامرضا، استادمشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی