عنوان پایاننامه
بررسی اثرنانو ساختارها برروی ترانزیستورهای اثر میدان جهت کاربردهای حسگری
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2250;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 58505
- تاریخ دفاع
- ۲۳ تیر ۱۳۹۲
- دانشجو
- محمد تقی نژاد
- استاد راهنما
- سیدشمس ا لدین مهاجرزاده
- چکیده
- نانوساختارهای یک بعدی بدلیل دارا بودن ویژگی های منحصر به فردی که در ساختارهایBulk یافت نمی شود، توجه زیادی را در علوم مختلف به خود جلب کرده اند. در این میان کاربردهای نوری و فوتوولتائیک همواره توجه ویژه ای را به پتانسیل های این ساختارها جهت بهبود عملکرد افزاره های موجود و یا ارائه ی خواص جدید داشته اند. نانوساختارهای یک بعدی سیلیسیمی با توجه به سازگاری روش های تولید با تکنولوژی نیمه هادی از اهمیت بالایی برخوردار هستند. در این پایان نامه با بررسی و ساخت نانوساختارهای سیلیسیمی متنوع، روش های مجتمع سازی این ساختارها بر روی گیت ترانزیستورهای MOSFET را مورد بررسی و ارزیابی قرار داده و مشکلات و موانع موجود در این مسیر را مشخص و با ارائه ی راهکار به برطرف کردن آنها می پردازیم. با توجه به تسلط کاملMOSFET بر الکترونیک نیمه هادی، این مطالعه می تواند گامی مهم جهت نزدیک کردن تلاش های انجام شده در عرصه نانوتکنولوژی به محصولات با کاربردهای تجاری باشد. پس از مروری بر مقالات در فصل اول، در فصل دوم این پایان نامه ساخت نانوخارهای سیلیسیمی (Silicon Nanograss) را ارائه کرده و با ایجاد سیلیساید نیکل بر روی آنها خواص نوری این ساختارها را بررسی خواهیم کرد. این پروسه طی یک عملیات حرارتی در دمای 750 ?C صورت می گیرد و کیفیت رخداد آن را با استفاده از آنالیز XRD تحلیل می کنیم. در مرحله بعد پس از مجتمع سازی نانوساختارهای سیلیساید شده بر روی گیت ترانزیستورMOSFET پتانسیلهای این افزاره را جهت ساخت یک حسگر نوری در طیف نور مرئی بررسی خواهیم کرد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که تابش نور از طریق کاهش ولتاژ آستانه ترانزیستور امکان تشخیص را فراهم می کند. دومین ساختار مورد بحث، نانوسیم های سیلیسیم است. در فصل سوم روش ساخت این ماده را به کمک تکنیک بخار- مایع- جامد (VLS) بیان می کنیم. رشد نانوسیم ها در دمای 450-500 0C و فشارهای مختلف(1-25 Torr) به کمک دستگاه LPCVD صورت می گیرد. گاز تامین کننده سیلیسیم گازSiH4 و کاتالیست مورد استفاده در این تکنیک طلا می باشد. آنالیز Raman نشان می دهد که در طی پروسه رشد نانوسیم ها لایه نازکی از جنس سیلیسیم آمورف بر روی سطح لایه نشانی می شود. نشان داده می شود که وجود این لایه آمورف رفتار ترانزیستور را پس از مجتمع سازی نانوسیم ها بر روی گیت دچار تغییرات نامطلوب زیادی می کند. مشکلاتی همچون افزایش جریان نشتی، افزایش ولتاژ آستانه و مشاهده ی رفتار غیرمتعارف در ناحیه ترایود از این جمله هستند. در ادامه این فصل راهکارهای مناسبی برای غلبه بر این مشکل مطرح می شود و ترانزیستور تصحیح شده را مورد ارزیابی مجدد قرار می دهیم. در فصل چهارم این پایان نامه اهمیت ساختارهای نامتجانس یک بعدی در کاربرد های نوری بررسی می شود. در این راستا، طی یک پروسه ی CVD دو مرحله ای، آرایه ای از ساختارهای نامتجانس CNT/SiC/Si، بعنوان سومین ماده ی مورد بحث در این پایان نامه، سنتز می شود. در مرحله اول، پس از رشد نانولوله های کربنی عمودی سطح این ساختارها با لایه های کربن گرافیتی هیدروژنه شده پوشانیده می شود. این لایه با ایجاد کربن با هیبریداسیونsp3 واکنش پذیری سطح را افزایش می دهد بگونه ای که با اعمال گاز سایلن در مرحله ی دوم، در دمای650 درجه سانتیگراد باعث شکل گیری پیوند مستقیم Si با C (یعنی SiC) می شود. پس از آنالیز ساختار بوسیله Raman، XRD و XPS خواص نوری ماده ساخته شده را بررسی می کنیم. مشاهده افزایش ضریب جذب نور توسط نانوساختارهای سنتز شده و تشدید طول عمر حاملهای اقلیت (که در اثر تابش نور در ساختار ایجاد می شوند) پتانسیل های این ماده را جهت استفاده در کاربردهای آشکارسازی را نمایان می سازد.
- Abstract
- One-dimensional nanostructures often exhibit fascinating physical properties that are not observed in their bulk counterparts. Among different features, optical properties of nanostructures have attracted much attention. Among recently investigated materials, 1D silicon nanostructures, due to great compatibility with the CMOS technology, are of great importance and can be used as building blocks for design of nanoscale devices such as photodetectors and solar cells. However, effective detection of non-electrical signals produced by the nanostructures and transformation to controllable electrical signal is still a great concern. On the other hand, field effect transistors have high proficiency in producing controllable electrical signals as well as great sensitivity to the variation of field on the gate terminal. Therefore, in this study we investigate integration of different silicon nanostructures on the gate terminal of a conventional MOSFET to address the mentioned problems. Three different structures are discussed in this thesis. First, fabrication of silicon nanograss is presented in second chapter and effect of Ni-Silicide formation on this structure is explored to modify optical properties. Then, integration of these nanostructures on the gate terminal of a MOSFET is reported and potential of this device for photodetection application is examined. Subsequently, the growth of silicon nanowires (SiNWs) using VLS technique is presented. After characterization of the synthesized nanostructures using Raman, TEM, and EDX analysis procedure for direct integration of silicon nanowires on the gate terminal of a conventional MOSFET is introduced. The effects of this integration on the output characteristics of the device are extensively studied. Finally, potential application of 1D silicon-carbon heterostructure for photodetection and photo voltaic is studied. In line with this fact, utilizing surface decoration of carbon nanotubes (CNTs) with a hydrogenated graphitic carbon layers (HGCLs), vertically aligned multiwall CNTs/silicon carbide (SiC)/silicon core-multishell heterostructures have been synthesized. Optical properties of this material including optical absorption, carrier lifetime, and charge generation are inspected.