عنوان پایان‌نامه
تولید نانو ساختارهای سیلیسیوم در بستر ویفر تک بلور سیلیکن و کاربردهای آنها در حسگرها
- رشته تحصیلی
- فیزیک- حالت جامد
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5678;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76975;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5678;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 76975
- تاریخ دفاع
- ۱۵ آبان ۱۳۹۵
- دانشجو
- علیرضا قدکچی
- استاد راهنما
- یاسر عبدی
- چکیده
- در این پروژه ساخت نانو ساختارهای سیلیسیومی بر پایهسیلیسیومتک‌بلوررا دنبال کرده‌ایم. این نانوساختارهااز اجزای بنیادین ساختمان ادواتی که در نانو‌الکترونیک، ترمو‌الکتریک، اپتو‌الکترونیک، سلول‌های خورشیدی و تبدیل انرژی، باتری‌هاو انواع حسگرهای بیولوژی و شیمیایی و سیستم‌های میکرو و نانو الکترومکانیکی و غیرهکاربرد داشته، به شمار می‌روند.در ساخت نانوسیم‌های سیلیسیومی از روش همگانی و نوین بالا به پایینِ زدایش ستونی به کمک فلز نجیب کاتالیستی بهرهبرده‌ایم. این روش به نسبت روش‌های دیگر کم‌هزینه،وازدید آزمایشگاهی ساده است و توانایی کنترل پارامترهای گوناگون، مانند شکل سطح مقطع، طول، قطر، جهت‌گیری، میزان و نوع آلایش روی نانو‌ساختارهای موردنظررا دارد ونانوساختارهایی با نسبت منظر بالا ایجاد می‌کند.سیلیسیوم کپه‌ای چون گاف غیرمستقیم دارد، قابلیتاستفاده در ابزارها و حسگرهای نوری را ندارد. امانانوسیم‌هایسیلیسیومی ساخته‌شده به روش زدایش، این محدودیت را رفع کرده و ما در این پژوهشپس از ساخت، به بررسی تجربی ویژگی‌ها نوری آن و بهبود این ویژگی‌ها به کمک اکسید گرافینکاهش‌یافته پرداخته‌ایم.به‌منظور استخراج ویژگی‌های نوری نانوسیم‌هایسیلیسیومی،آشکارسازی نوری آنها در طول‌موج مرئی طیف الکترومغناطیسی و بهبود آن به کمک اکسید گرافینکاهش‌یافته را پی گرفته‌ایم.حساسیت به نورهای زرد،قرمز و آبی طیف مرئی را در هنگام حضور و نبود اکسید گرافینکاهش‌یافته بررسی کرده‌ایم و برای نمونه‌های شاملاکسید گرافینکاهش‌یافته، افزایش جریان الکتریکی چشمگیری مشاهده کردیم.آزمون دیود نوری را نیز در حضور اکسید گرافینکاهش‌یافته انجام دادیم و نور پیوسته را در بایاس مستقیم مشاهده کردیم و طیف شدت نور گسیل‌شده را برحسب طول‌موج گسیلی نیز استخراج کردیم.علاوه بر دستیابی‌های بالا، به زدایش سیلیسیوم در محیط پلاسما به‌وسیلهگاز هگزا فلوئورید گوگرد نیز دست‌یافتیم وتوانستیم ساختارهاییعمیق وستونی با نسبت منظر بالا،تا پایین‌ترین حد دقت لیتوگرافی نوری در دسترس(چند میکرون) ایجاد کنیم.
- Abstract
- In this thesis, silicon nanostructures based on single crystal silicon have been fabricated and investigated. These nanostructures are considered asthe building blocks of devices that can beused inNano electronics, thermoelectric, optoelectronics, solar cells and energy conversion, batteries and a variety of biological and chemical sensors, micro- and Nano-electromechanical systems etc. In the fabrication of silicon nanowires we used a general top-downapproachutilizing noble metal assisted vertical etching of silicon. This method is less costly than other techniques, and its experimental equipment is simpler,while giving us the ability to control various parameters, such as the cross section, length, diameter, orientation, extent and type of doping on the desired nanostructures, and creates Nano-structures with high aspect ratio. Need to say that Bulk silicon has an indirect band gap, limiting its use in optical sensors while Silicon nanowires fabricated with the presented etching method, have direct band gap and removes this limitation. We have demonstrated the applicability of the fabricated device in optical sensing applications and enhanced their characterization by introducing reduced graphene oxide (rGO). The device with and without rGO was tested for photo-detection in the visible light spectrum. A significant increase in the electric current response was observed in the device incorporated with rGO. In the presence of rGO, continuous light emission in forward bias was also observed and the intensity of the emitted light in terms of the wavelength of emission have been presented. Furthermore,using an alternative plasma enhanced etching method by means of sulfur hexafluoride gas, wewere able to achieve hollow structures with high aspect ratio, limited only by the available low-precision photolithography(a few microns). keywords: silicon nanowires, metal assisted chemical etching, plasma etching, reduced graphene oxide , photodiode, light emitting diode
