عنوان پایان‌نامه
رشد نانو سیم های اکسید روی بوسیله کوره مایکروویو و بررسی خواص پیزو الکتریک آنها
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2809;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71020
- تاریخ دفاع
- ۰۳ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- رضا سلیمان زاده اردبیلی
- استاد راهنما
- ابراهیم اصل سلیمانی, محمدرضا کلاه دوز اصفهانی
- چکیده
- یکی از انواع سنسور های بسیار پر کاربرد در صنعت، سنسور های پیزو الکتریک هستند که عمل تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی را انجام داده و در آشکارسازی فشار و نیرو استفاده می شوند. اکسید روی (ZnO) علاوه بر داشتن خواص پیزو الکتریک بسیار قوی، یک نیمه هادی با خواصی منحصر به فرد است. خواص نانوساختار های ZnO و روش های ساخت آن برای بهره بردن از خصوصیات بارز آن مورد تحقیق و بررسی بسیار است. در این پایان نامه یک روش جدید برای تولید نانوسیم های ZnO موسوم به روش چرخه ای توسعه یافته به کمک مایکرویو (SMAG) ارائه شده است. این روش رشد نانوسیم ها دارای کیفیت و بازده بالا، نرخ رشد 4.2 میکرومتر و امکان رشد روی بسیاری بستر ها می باشد. با این روش نانوسیم هایی عمود بر سطح بستر، و در راستای [0001] و با تراکم یکنواخت در روی سطح تشکیل می شوند. به منظور ایجاد بذر لایه برای رشد، روش سول-ژل مورد استفاده قرار گرفت. سرعت دستگاه چرخاننده به عنوان یک پارامتر بسیار موثر در کیفیت بذر لایه نهایی مورد بررسی قرار گرفته و بهینه سازی شد. در نهایت برای حذف وابستگی رشد به لایه سول-ژل، یک روش ترمیم حرارتی ارائه شده است. حسگری نیرو به کمک پدیده پیزو الکتریک و با استفاده از ترانزیستور nMOS با گیت پوشیده از نانوسیم های ZnO انجام شد. نیروی اعمالی به نانوسیم ها موجب تولید پتانسیل پیزو الکتریک شده و میدان آن باعث تغییر شرایط الکتروستاتیکی کانال شد. نانوسیم های ZnO بوسیله روش هیدروترمال و SMAG رشد داده شدند. بهترین نتایج از نانوسیم های رشد یافته با روش SMAG، در شرایطی بدون بایاس گیت، بدست آمد. ضرایب پیزو الکتریک بزرگی به اندازه 66 pC/N که 5 برابر ضریب پیزو الکتریک لایه های نازک ZnO مشاهده شد. این موضوع را می توان به خاطر از دست نرفتن پتانسیل در اتصالات آرایه نانوسیم ها، در این سیستم دانست. واژه‌های کلیدی: اکسید روی – نانوسیم – پیزوالکتریک - سنسور فشار – نیمه هادی ها
- Abstract
- Piezoelectric sensors are highly useful in industry and operate based on the conversion of mechanical to electrical energy. These types of sensors are suitable in detection of force and pressure. Zinc Oxide (ZnO) is a semiconductor that due to its unique properties, it is always considered as promising material in such applications. Studies on the properties of ZnO nanostructures and fabrication of ZnO nanostructures has been under investigations. In this thesis, a sequential microwave-assisted ZnO nanowires (NW) growth (SMAG) as an ultra-fast, highly efficient method for vertical growth of high quality ZnO NWs on different substrates was proposed. A NWs’ growth rate of 4.2 ?m/h was obtained which led to uniformly distributed, high aspect ratio and vertically-aligned NWs. Furthermore, the influences of spinner’s speed as an important parameter on the quality of ZnO seed and annealing treatment have been studied. The sol-gel casting approach is optimized for the layer. In order to diminish the dependency of the uniformity of ZnO NWs on the quality of seed layers, a remedy is suggested. Enhanced force piezo-sensing using an nMOSFET decorated with vertically aligned ZnO NWs has been performed and illustrated a huge potential for advanced electronic applications. A controlled mechanical pressure was applied to the NWs and the resultant piezo-induced charges in the NWs could modulate the electrostatics of the transistor channel. ZnO NWs were grown using hydrothermal and SMAG methods and the piezoelectric quality of each one was evaluated. The best results were obtained from NWs grown by SMAG, and without any gate bias during the measurement. A surprisingly big piezoelectric coefficient of 66 pC/N (5 times the coefficient of ZnO thin films) was observed. This enhancement was explained by the fact that the manufactured system does not experience any potential loss in the array contacts Keywords: Zinc Oxide – Nanowires – Piezoelectric – Pressure sensor - Semiconductors
