عنوان

مدلسازی حسگرهای حرارتی با استفاده از نانوساختارهای کوانتومی

Number

‭۷۲۵۴پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

مدلسازی حسگرهای حرارتی با استفاده از نانوساختارهای کوانتومی

First Statement of Responsibility

/سهیل طاهری

Name of Publisher, Distributor, etc.

: فیزیک

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۸۸‬ص.‬

Text of Note

چاپی

Text of Note

کتابنامه

Dissertation or thesis details and type of degree

کارشناسی ارشد

Discipline of degree

فیزیک جامد و الکترونیک

Date of degree

‮‭۱۳۸۸/۰۶/۲۵‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

هدف این پایان‌صنامه شبیه سازی یک حسگر حرارتی است، که عملکرد قابل اعتمادی در دماهای بالا داشته باشد .در ابتدا از یک حسگر حرارتی ساخته شده از فیلم نازک سیلیکون بر روی یک عایق ‮‭(SOI)‬ استفاده کرده، و با ارائه‌صی یک مدل بر اساس محدودیت حامل اقلیت و استفاده از روابط مربوط به جریان سوقی یک رابطه برای مقاومت حسگر بدست آورده‌صایم .برای محاسبه‌صی مقاومت حسگر در دماهای مختلف، وابستگی دمایی تک تک پارامترصهای موجود در رابطه‌صی مقاومت را وارد می‌صکنیم، که مهم‌صترین آنها تحرک‌صپذیری الکترون می‌صباشد .سپس وابستگی دمایی تحرک‌صپذیری الکترون برای مکانیسم‌صهای مختلف پراکندگی را بدست آورده، و با استفاده از قانون ماتیسن اثرات پراکندگی-های مختلف را اعمال نموده‌صایم .در نهایت مقاومت حسگر محاسبه شده با این مدل را با مقادیر بدست آمده از دستگاه شبیه ساز ‮‭PISCES‬ مقایسه کرده‌صایم، که نتایج بدست آمده بر مطابقت کامل این دو نتیجه دلالت دارد .از آنجایی که گالیوم نیترید دارای گاف انرژی بزرگ، رسانندگی حرارتی خوب و سرعت اشباع الکترونی بالا است، همچنین بدلیل اینکه گالیوم نیترید دارای دمای ذوب بالا و پایداری حرارتی خوب است، که این خصوصیات آن را برای کار در دماهای بالا مناسب می‌صسازد، بجای فیلم نازک سیلیکون از فیلم نازک گالیوم نیترید استفاده گردید، که منجر به نتایج بهتری نیز شد و توانستیم) ‮‭T_max‬ ماکسیمم دمایی که حسگر می‌صتواند آن را اندازه گیری کند(.را تا چهار برابر افزایش داده، و به دمای ‮‭۲۷۰۰‬ ‮‭K‬ از نظر تئوری دست پیدا کنیم .در ادامه تاثیر عوامل مختلف بر مقاومت حسگر از جمله :طول حسگر، عرض حسگر، ضخامت فیلم نیمرسانا و میزان آلایش آن را مورد بررسی قرار دادیم .نتایج محاسبات نشان می‌صدهد که حسگر با نانوساختارهای کوانتمی پاسخدهی خوبی نسبت به تغییرات دما نشان می-دهند .همچنین نتایج نشان می‌صدهد که در اثر کاهش طول، مقاومت حسگر به صورت خطی کاهش می‌صیابد این در حالی است که ‮‭T_max‬ به شدت افزایش می‌صیابد .با کاهش عرض حسگر هم مقاومت حسگر و هم ‮‭T_max‬ مربوط به حسگر افزایش می‌صیابد .همچنین نتایج بدست آمده مشخص کرد که استفاده از چاه کوانتمی در حسگر در قیاس با حالت توده‌صای‮‭GaN‬ ، ‮‭T_max‬ و مقاومت را افزایش می‌صدهد .همانطور که از خصوصیات نیمرساناصها انتظار داریم با افزایش میزان آلایش فیلم نیمرسانای بکار رفت‍ـه در ساخت حسگر مقاومت آن به شدت ک‍ـاهش میبابد .افزایش آلایش فیلم، علاوه بر مقاومت، ‮‭T_max‬ را نیز تغ‍ـییر داده و آن را به شدت اف‍ـزایش می‌دهد .

Text of Note

In this project we have simulated a temperature sensor which has a satisfying operation in high temperature ranges. At first, a Silicon on insulator (SOI) temperature sensor is used by presenting a model based on minority carrier exclusion and using the appropriate equation for drift current; an equation for sensor resistance has been found.In order to calculate the sensor resistance in different temperatures, one has to know the temperature dependence of all sensor parameters such as the electron mobility. We found the temperature dependence of electron mobility for different scattering mechanisms, by summing up those mobilities using the Matthiessen's rule. The calculated sensor resistance using this carrier mobility are in good agreement with PISCES device simulator.As GaN material has wide band gap energy, good thermal conductivity, high electronic saturation velocity, high melt temperature and good thermal stability, it became suitable for high temperature usage. Therefore thin GaN film is used instead of thin silicon film, which causes better results. We could increase T_max to four times of its previous quantity, and we could reach to 2700K from theorical view.We investigated influence of different factors such as sensor length, sensor wide, semiconductor film thickness and doping level on sensor resistance. Our calculated results show that the sensor with nanostructure has very good response for temperature. The results show that with decreasing the length of sensor to nono scale the T_max and also resistance increasing. Also by decreasing the sensor wide, the resistance and T_max related to sensor increases. The calculated results indicates that with using a quantum well instead the bulh GaN in the sensor the T_max and resistance are increasing. As we expect from semiconductors properties, by increasing doping level of semiconductor film sensor resistance decreases rapidly. And by increasing film doping level T_max is increased rapidly.

طاهری، سهیل

عسگری، اصغر، استاد راهنما

کلافی، منوچهر، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی