|
آزمایشگاه نانو الکترونیک
|
|
|
|
 |
یکی از مهم‌‌ترین جنبه‌های نانوتکنولوژی جنبه چند رشته‌ای آن می‌باشد. ساختار برنامههای آموزشی فعلی بسیاری از دانشگاهها برای کارشناسان نانوتکنولوژی دارای کمبودهایی است. بنابراین لازم است برنامههای آموزشی بهینه شوند. عواملی که حرکت به سمت اهداف بلند مدت نانوتکنولوژی در فاصله زمانی کمتر از ۲۰ سال را میسر می سازد عبارتند از، ایجاد مراکز تحقیقاتی و آزمایشگاه‌های کاربردی نانوتکنولوژی چند رشته‌ای در دانشگاهها، دوره‌های لیسانس، فوق لیسانس و دکترای متمرکز برروی نانوتکنولوژی و برنامه‌ها و گروههای تحقیقاتی چندرشته‌ای در دانشگاهها.
سرمایه گذاری میلیارد دلاری کشورهای پیشرفته نظیر ژاپن و امریکا در زمینه فن آوری نانو، گویای اهمیت این فن آوری است. در کشور ما پتانسیل علمی لازم برای انجام تحقیقات نانوالکترونیک در حد گسترده وجود دارد و در این زمینه با کشورهای پیشرفته فاصله کمی داریم و امکان رقابت نیز وجود دارد. وجود مقالات منتشر شده در نشریات معتبر بین المللی و پروژه‌های فوق لیسانس و دکترا در این زمینه، خود مؤید این مسأله است.
زمینه های تحقیقاتی این آزمایشگاه شامل مواردی از قبیل انتقال کوانتومی، افزاره‌های تک الکترونی، کاربرد نانوذرات در ساخت آشکارسازهای نوری با ZnO و نانوالکترونیک مولکولی می‌باشد. پیش بینی می شود با تجهیز بیشتر این آزمایشگاه در آینده بتوان کارهای عملی مانند استفاده از میکروسکوپ الکترونی برای اندازه گیری ابعاد اتمی و چینش مولکولی، تعیین مشخصات سه بعدی و سطح ادوات نانوالکترونیک، کنترل چینش مولکولی و ساخت آشکارسازهای نوری نانو و غیره انجام داد.
|
دکتر مهدیار نوری رضایی
مرکز تحقیقات نانوپترونیکس
زمینه تحقیقاتی: نانوالکترونیک
پست الکترونیک: mahdiyar_rezaie elec.iust.ac.ir
جهت مشاهده رزومه دکتر نوری رضایی اینجا را کلیک کنید.
|
|
شبنم احدزاده
(فارغ التحصیل کارشناسی ارشد)
مرکز تحقیقات نانوپترونیکس
زمینه تحقیقاتی: نانوالکترونیک
پست الکترونیک: ahadzadehshabnamyahoo.com
|
ساختارهای نانو شامل فلز، نیمه هادی و عایق هایی هستند که حداقل یکی از ابعادشان در مقیاس نانو باشد، این امر منجر به ایجاد تحدید کوانتومی در حرکت الکترون و وابستگی ویژگی‌های فیزیکی به ابعاد ماده ﻣﻰشود. به عبارت دیگر با کوچک تر شدن ابعاد قطعات نیمه هادی، رفتار آن ها پیچیده تر شده و پدیده‌های فیزیکی جدیدی از جمله انتقال بالستیک الکترون، تونل زنی، انسداد کولمبیک و غیره در این ابعاد رخ می دهند که به نوبۀ خود باعث تغییر در مختصات الکترونیکی و نوری قطعه می شوند. بنابراین بررسی و توجیه این رفتارهای کوانتومی و به دست آوردن معادلات حرکت مربوط به الکترون ها و توابع موج آن ها و در نهایت شبیه سازی و کاربرد این موارد در قطعات نانوالکترونیک از اهمیت ویژه ای در آینده برخوردار است.
آزمایشگاه نانو الکترونیک از دو محور اصلی نانو الکترونیک مولکولی و نانو الکترونیک نیمه هادی تشکیل شده است. بخش نانوالکترونیک نیمه هادی دارای سه زیر مجموعه افزاره های تک الکترونی و نقطه کوانتومی (SET,QCA,RTD,…)، نانوپوشش ها و نانو فیلترها (TiO۲,ZnO,…) و آشکارسازها و فوتوکاتالیست ها(Si,SIC,GaAs,ZnO,TiO۲,…) می‌باشد. محور نانو الکترونیک مولکولی نیز شامل دو زیر مجموعه: ترانزیستورهای مولکولی و اتوماتای سلولی مولکولی است.
مقایسه ابعاد افزاره‌ها
محورهای اصلی فن‌آوری نانو مورد کاربرد در نانوافزاره‌ها
زمینه های اساسی این آزمایشگاه شامل موارد زیر است :
• بررسی وتحلیل انتقال کوانتومی.
• مدل کردن انتقال کوانتومی در قطعات نانوالکترونیک.
• شبیه سازی مدل های ارائه شده برای قطعات نانوالکترونیک.
 |
پروژه ها
|
 |
|
پروژه های کاربردی و طرح های تحقیقاتی
• طراحی و ساخت لایه نازک اکسید تیتانیوم حاوی نانو ذرات نقره
فرآیند سل-ژل یک روش بسیار مناسب برای تشکیل پوشش‌های نانومتری به صورت اکسیدی می‌باشد که دارای مزایایی از قبیل خلوص شیمیایی بسیار زیاد، توانایی کنترل تغییر فاز و غیره می‌باشد. پس از تهیه سل، با استفاده از دستگاه دستگاه اسپین کوتر، و با تعیین فشار و سرعت مطلوب، لایه یکنواختی بر روی بستر مورد نظر(کوارتزیا شیشه) ایجاد می شود. سپس نمونه درون کوره مافل قرار داده می شود تا عمل بازپخت فیلم نازک انجام شود. در نهایت فیلم نازک بدست آمده با استفاده از دستگاه UV-vis تحلیل می شود و طیف جذب و گذر دهی فیلم نازک به دست می آید.
مراحل تشکیل سل
طراحی و شبیه سازی مدل مداری دینامیکی برای سلول های QCA
برای مدل کردن دینامیکی سلول های QCA، با استفاده از معادلات حاصل شده از روابط ولتاژ جریان کیرشهف و طراحی مدار معادل برای مدارهای QCA کلاک دار، سعی در شبیه سازی این مدارها می شود. سپس برای طراحی مدل مداری دینامیکی با محاسبه ی هامیلتونی مدار و استفاده از رابطه ی تصویر هایزنبرگ روابط دینامیکی ماتریس های اسپین پائولی و به دنبال آن روابط دینامیکی بردارهای همدوسی به دست خواهد آمد. در بیان ریاضی بردار همدوسی، بخشی از متغیر های حالت مربوط به همبستگی میان سلول های QCA است، لذا وابستگی زمانی عناصر ماتریس همبستگی دو سلول محاسبه می شود و به این ترتیب معادلات کامل مدل دینامیکی خط QCA حاصل می شود.
• طراحی و شبیه سازی اثر نانو ذرات نقره بر مختصات الکتریکی و نوری فیلم لایه نازک اکسید تیتانیوم
با استفاده از روش های عددی اثر قطر و شکل نانو ذرات را بر رو ی پارامتر های الکتریکی و نوری TiO۲ بررسی می شود. از جمله ی این پارامترها می توان پارامتر های جذب ، پراکندگی، بازتابش، انتقال و گاف انرژی را نام برد. به کمک پارامتر های نوری، ضریب شکست، ضریب دی الکتریک و رسانایی را می توان بدست آورد. علاوه بر آن، پلاریزاسیون و پارامترهای جذب و پراکندگی n لایه ی ناخالص شده می شود. همچنین اثر نانو ذرات نقره بر بازدهی کوانتومی، جریان نوری، جریان تاریکی، نویز، NEP و قابلیت آشکار سازی در آشکارسازهای بر مبنای TiO۲ تحلیل و شبیه سازی شده است.
طراحی و شبیه سازی یک ترانزیستور تک مولکولی
کاهش ابعاد ماس فت باعث کاهش طول کانال به چند ده نانومتر می شود. بنابراین در حالت کلی تمام ابعاد قطعه از جمله ضخامت اکسید، عمق اتصال، طول و عرض کانال و فاصلۀ ایزولاسیون تغییر خواهند کرد و تاثرات کوانتومی غالب خواهند شد.
 در ساده ترین مدل یک قطعه مولکولی از یک مولکول تشکیل شده است که به دو الکترود فلزی که نقش سورس و درین را ایفا می کنند، تزویج می شود. چالش برانگیز ترین و سخت ترین هدف الکترونیک مولکولی تحقق و فهم یک ترانزیستور مولکولی سه پایه می باشد که بتواند عمل کلید زنی جریان را بین دو شاخه و به وسیله ی تغییر میدان خارجی موجود در شاخه ی سوم یک مولکول منفرد انجام دهد. برای انتخاب یک مولکول مناسب، اثرات اعمال میدان الکتریکی خارجی در راستای طول مولکول به عنوان ولتاژ سورس – درین و نیز میدان الکتریکی عمود بر جهت انتقال به عنوان ولتاژ گیت بر روی مولکول های میدان اعمالی از طریق گیت داشته باشد. با بررسی پارامتر های مولکول های انتخاب شده و محاسبه ی ویژگی های جریان – ولتاژ، اثرات اضافه کردن گروه های دهنده و پذیرنده به مولکول بنزنی، مورد بررسی قرار می گیرد.
  • بررسی قطعات و ترانزیستورهای تک الکترونی
ترانزیستورهای تونل زنی تک الکترونی افزارهایی هستند که اثر کوانتومی تونل زنی را برای کنترل و اندازه گیری حرکت الکترون ها به کار گرفته اند. مزیت های افزاره های تک الکترونی ( SED) که به عنوان مثال شامل ترانزیستورهای تک الکترونی (SET) وحافظه های تک الکترونی ( SEM) هستند، توان مصرفی کم، سرعت کلید زنی بالا و توانایی افزایش چگالی مجتمع شدن آن ها می باشد. بر خلاف ترانزیستورهای اثر میدان، افزاره های تک الکترونی بر اساس یک پدیدۀ کوانتومی (اثر تونل زنی) کار می کنند. در این افزاره ها الکترون های با انرژی فرمی، حتی اگر در شرایط کلاسیک انرژی آنها خیلی کمتر از انرژی لازم برای غلبه بر سد پتانسیل باشد، می توانند از میان عایق تونل بزنند.
ترانزیستور تک الکترونی
طراحی و شبیه سازی آشکارسازهای فرابنفش بر مبنای ZnO با بهینه سازی بازدهی کوانتومی و جریان تاریکی
از میان نیمه هادی های مورد استفاده، ZnO با داشتن شکاف باند مستقیم و بزرگ دارای مزیت های ویژه ای در زمینه ی الکترونیک نوری و در گستره فرابنفش است. لذا با توجه به اهمیت این موضوع، پروژه حاضر به طراحی و شبیه سازی آشکار سازهای فرابنفش بر مبنای ZnO با بهینه سازی بازدهی کوانتومی و جریان تاریکی پرداخته شده است.
در این پروژه مکانیزم انتقال جریان در آشکارساز های فرابنفش بر مبنای ZnO با ساختار فوق مورد تحلیل و شبیه سازی قرار گرفته شده است. این تحلیل بر مبنای گسیل ترمیونیک و اثر تونل زنی حامل ها استوار می باشد. به این منظور افزایش سد شاتکی و کاهش بیشتر جریان تاریکی با نشست یک لایه عایقی بسیار نازک بین فلز و نیمه هادی صورت می گیرد که می تواند با روش های خاصی مانند نشست بخار شیمیایی به کمک پلاسما انجام شود.
• سمینار ها:
بررسی و تحلیل انتقال کوانتومی در نانو ساختارها
الکترون ها در ابعاد نانو ویژگی های متفاوت از خود نشان می دهند. انتقال بالستیک الکترون، تونل زنی، انسداد کولمبیک و ... مثال هایی از رفتار متفاوت الکترون در قطعات نانو مقیاس می باشند. در این سمینار به بررسی رفتار الکترون، تابع موج مربوط به آن و معادلات حاکم پرداخته شده است. در نهایت برای استفاده از ویژگی کوانتومی حرکت الکترون و کاربرد آن در قطعات نانو الکترونیک، به بررسی روش های کنترل انتقال کوانتومی و تونل زنی الکترون پرداخته شده است.
بررسی و تحلیل و تبیین ویژگی ها و کاربردهای افزاره های تک الکترونی
ترانزیستورهای تک الکترونی قابلیت بسیار مفیدی دارند که با استفاده از آن می‌توان دو نوع پایه و مکمل آن را بر روی یک پس زمینه فیزیکی ساخت. استفاده از این ابزارها نیز در طراحی به سادگی صورت می گیرد و شباهت بسیار زیادی به روش های طراحی کنونی دارد. همه این عوامل باعث می شود تا در آینده نزدیک احتمال بسیار زیادیرا برای کاربردی شدن آن ها در نظر بگیریم. علاوه بر این در این سمینار روش های جدیدی نیز برای طراحی ارائه و با استفاده از آن ها مداراتی نیز طراحی شده است. از طرفی منطق چند مقداری را نیز مورد بررسی قرار دادیم و نشان دادیم که خاصیت ترانزیستور SET آن ها را به عنوان ابزار ایده آل برای طراحی مدارات چند مقداری مورد توجه قرار می دهد.
۴-۹ بررسی، تحلیل، تعیین ویژگی ها و کاربرد های آشکارساز های فرابنفش بر مبنای ZnO
در این سمینار انواع اصول، عملکرد ویژگی ها، تئوری و ساختار آشکارسازهای فرابنفش بررسی و تحلیل شده است. از جمله آنها می توان نور رساناها، دیودهای نوری پیوندی، دیود های نوری با سد مدوله شده، آشکارسازهای بهمنی، آشکارسازهای سد شاتکی و ... نام برد. نیمه هادی با شکاف باند مستقیم بدلیل دارا بودن بازدهی کوانتومی بالا بهترین عملکرد را دارند. از نیمه هادی هایی که امروزه در ساخت آشکارسازهای فرابنفش استفاده می‌شود می‌تواتن ترکیبات II-VI به ویژه ZnO را نام برد. در این سمینار پس از معرفی خصوصیات ZnO و آشکارسازهای فرابنفش بر مبنای ZnO که شامل ساخت قطعه، ویژگی ها و عملکرد آنها می باشد، فن آوری های جدید به کار رفته در آشکارسازهای بر مبنای ZnO مانند میکروتیوبها، نانو سیم ها، نقاط کوانتومی، نانوذرات و آشکارسازهای بر مبنای Zn۱-xMgxO بررسی شده است.
بررسی، تحلیل و تدوین ویژگی ها و کاربرد های آشکارسازهای فرابنفش
در این سمینار ابتدا ویژگی ها و ساختارهای انواع مختلف آشکار سازهای فرابنفش(آشکارسازهای نور رسانا، آشکارسازهای بر مبنای پیوند p-n و سد شاتکی فلز- نیمه هادی) بررسی شده است. نیمه هادی های با شکاف باند مستقیم به خاطر بازدهی کوانتومی بالا بهترین عملکرد را برای اشعه تابشی دارند و برای داشتن جریان های تاریکی کمتر از نیمه هادی های با شکاف باند عریض استفاده می شود. از نیمه هادی هایی که در ساخت آشکارسازهای فرابنفش مورد استفاده قرار می گیرد می توان ترکیبات گروه III-V و II-VI و بویژه GaN و ZnO را نام برد. کاربرد آشکارسازهای فرابنفش شامل مخابرات نوری، تشخیص های شیمیایی، تشخیص حفره های ازن، ارتباطات کوتاه برد، اشکار سازی عوامل بیولوژیکی و طیف بینی می باشد.
بررسی مدل های تحلیل قطعات الکترونیک مولکولی و تعیین ویژگی ها و کاربردهای آنها
قطعات در مقیاس مولکول نسبت به تکنولوژی های معمول مورد استفاده برای کوچک سازی قطعات الکترونیکی امتیازاتی از جمله افزایش قابل ملاحظه در سرعت کار و کاهش هزینه ها دارند که تولید آنها را سودمند می سازند. در این میان مدل سازی مولکولی یک راه ساده برای توصیف و پیش بینی نتایج علمی است. با توجه به کاربرد های گسترده ی روش آغازین و روش نطریه تابعی چگالی در مدل سازی ادوات الکترونیک مولکولی، این دو روش که بر پایه حل تقریبی معادله شرودینگر هستند مورد بررسی قرار گرفت. |
