عنوان پایان‌نامه
بررسی اثر کرنش بر خواص الکترونیکی نانو فیلم های مولیبدن دی سولفاید تک لایه
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق - الکترونیک - افرازه و نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2757;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 69726
- تاریخ دفاع
- ۱۵ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- سیدمنوچهر حسینی پیلانگرگی
- استاد راهنما
- ابراهیم اصل سلیمانی, مهدی پور فتح
- چکیده
- ترانزیستور های MOSFET سیلیکنی با تکنولوژی ?? نانومتر در حال حاضر در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. اما کوچک سازی ابعاد ترانزیستور بیشتر از این مقدار با محدودیت هایی چون اثر کانال کوتاه مواجه می شود. نیمه هادی های دو بعدی به علت عدم وجود محدودیت کانال کوتاه مواد جذابی برای ساخت ترانزیستور ها خواهند بود. کشف گرافن، امیدی بر وجود مواد کریستالی دو بعدی با ویژگی های الکترونیکی، مکانیکی و نوری در خور توجه ایجاد کرد. علیرغم این که گرافن ویژگی های بسیار مناسب الکترونیکی و نوری از خود نشان داد، اما عدم وجود شکاف انرژی باعث نامناسب بودن آن برای برخی مصارف همچون ترانزیستور ها شد. مواد دو بعدی متشکل از فلزات واسط و کالگوژن ها که با نام TMD خوانده می شوند، علاوه بر داشتن شکاف انرژی، ویژگی های مطلوبی از جمله پایداری دمایی بالا و توانایی تحمل کرنش بالا را دارند و به عنوان کاندیدای بسیار جذاب برای صنعت الکترونیک مورد توجه قرار گرفته اند. این کار به بررسی اثر کرنش تک محوره و دو محوره بر ویژگی های الکترونیکی برخی از تک لایه های TMD ها از جمله MoSe2، WS2، WSe2 و به طور ویژه MoS2 یا همان مولیبدن دی سولفاید تک لایه می پردازد. ابتدا در این کار ساختار باند های انرژی در حضور کرنش با روش DFT به دست آمده و سپس توسط حل معادله انتقال بولتزمن خطی شده، با در نظر گرفتن پراکنش های ناشی از فونون های ذاتی، ریموت فونون ها و ناخالصی های باردار درون این مواد قابلیت تحرک محاسبه می گردد. استفاده از معادله خطی شده بولتزمن این مزیت را دارد که نسبت به روش های دیگر از جمله روش مونت کارلو و مدل های کوانتومی انتقال الکترون، حجم محاسبات بسیار کمتری دارد، در حالی که برای محاسبه قابلیت تحرک در میدان های الکتریکی ضعیف، تقریب های قابل قبولی را دارا است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که کرنش کششی قابلیت تحرک این مواد را افزایش می دهد که البته مقدار افزایش برای مواد و شرایط مختلف متفاوت است و در برخی شرایط کرنش کششی ?? می تواند باعث افزایش چند برابری قابلیت تحرک گردد. کرنش فشاری کوچک نیز یک افت شدید در قابلیت تحرک ایجاد می کند، به صورتی که در مواردی کرنش فشاری حدود ?.? درصد قابلیت تحرک را تا حدود ? برابر کاهش می دهد. علت تغییرات شدید قابلیت تحرک با اعمال کرنش، تغییر شدید پراکنش های برون دره ای فونون های ذاتی می باشد که علت تغییر شدید پراکنش های برون دره ای نیز، وابستگی شدید فاصله انرژی کمینه اول و دوم در باند هدایت به کرنش می باشد. کرنش دو محوره فشاری ?? فاصله انرژی این دو دره را حدود ??? میلی الکترون ولت می کاهد و با توجه به این که ? دره از نوع کمینه دوم در سلول یکه وجود دارد، افزایش پرش های برون دره ای با اعمال کرنش فشاری شدت بسیاری دارد. افزایش قابلیت تحرک در اثر اعمال کرنش فشاری بزرگ باعث می گردد افت شدید قابلیت تحرک ناشی از کرنش فشاری کوچک اندکی جبران گردد. تغییر شدید قابلیت تحرک این مواد با اعمال کرنش فشاری حاکی از این است که این مواد می توانند برای ساخت سنسور های فشار با حساسیت بالا به کار روند. در این کار ویژگی های سنسور های فشار مبتنی بر MoSe2 و WSe2 بررسی شد و مشاهده گردید که ضریب حساسیت آنها در مواردی بیش از ?? برابر حساسیت سنسور های فشار مبتنی بر ترانزیستور های سیلیکونی می باشد.
- Abstract
- In industry transistor scaling has some problems that one of them is short channel effect. This effect doesn’t observed in two-dimensional (2D) semiconductors that make them good candidate for transistor fabrication. Transition metal dichalcogenides (TMDs) with non-zero band gap show promising electronic, optical, and mechanical properties and are considered as potential candidates for future electronic applications. In this work, the effect of strain on the mobility of single-layer TMDs, especially MoS2 is investigated. Scattering from intrinsic phonon modes, remote phonon and charged impurities are considered along with static screening. Ab initio simulations are utilized to investigate the strain induced effects on the electronic band structure and the linearized Boltzmann transport equation is used to evaluate the low-field mobility under various strain conditions. The results indicate that the mobility increases with tensile biaxial and tensile uniaxial strain along the armchair direction. Under compressive strain, however, the mobility exhibits a non-monotonic behavior when the strain magnitude is varied. In some conditions, with a relatively small compressive strain of 0.2% the mobility is reduced by about a factor of five compared to the unstrained condition, but with a larger compressive strain the mobility partly recovers such a degradation. Mobility modulation of single layer TMDs stimulated us to investigate the use of TMDs as strain gauges. In this work, we present a comprehensive analysis on the effect of strain on the resistivity of several TMDs and we show that SL MoSe2 and WSe2 have extremely high strain gauge factors which renders them as excellent base-materials for sensing applications.
