فایل ورد کامل تحلیل تعیین چگالی بارهای سطحی میان‌گاه با بررسی مبانی علمی، روش‌های آزمایشگاهی و کاربردهای صنعتی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل تحلیل تعیین چگالی بارهای سطحی میان‌گاه با بررسی مبانی علمی، روش‌های آزمایشگاهی و کاربردهای صنعتی دارای ۱۶۲ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل تحلیل تعیین چگالی بارهای سطحی میان‌گاه با بررسی مبانی علمی، روش‌های آزمایشگاهی و کاربردهای صنعتی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز فایل ورد کامل تحلیل تعیین چگالی بارهای سطحی میان‌گاه با بررسی مبانی علمی، روش‌های آزمایشگاهی و کاربردهای صنعتی۲ ارائه میگردد

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل تحلیل تعیین چگالی بارهای سطحی میان‌گاه با بررسی مبانی علمی، روش‌های آزمایشگاهی و کاربردهای صنعتی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن فایل ورد کامل تحلیل تعیین چگالی بارهای سطحی میان‌گاه با بررسی مبانی علمی، روش‌های آزمایشگاهی و کاربردهای صنعتی :

فایل ورد کامل تحلیل تعیین چگالی بارهای سطحی میان‌گاه با بررسی مبانی علمی، روش‌های آزمایشگاهی و کاربردهای صنعتی

چکیده

در ساختارهای Si/SiGe/Si که بوسیله روش رونشانی پرتو مولکولی رشد می­یابند به دلیل ناپیوستگی نوار ظرفیت یک چاه کوانتومی در نوار ظرفیت و در لایه SiGe شکل می­گیرد اگر لایه­های مجاور با ناخالصی­های نوع p آلاییده شده باشند حفره­های لایه آلاییده به داخل چاه کوانتومی می­روند و تشکیل گاز حفره­ای دوبعدی در میانگاه نزدیک لایه آلاییده می­دهند اینگونه ساختارها را ساختار دورآلاییده می نامند .به دلیل جدایی فضایی بین حاملهای آزاد دوبعدی و ناخالصی­های یونیده در ساختارهای دورآلاییده برهمکنش کولنی کاهش یافته و درنتیجه پراکندگی ناشی از ناخالصی­های یونیده کاهش و به تبع آن تحرک­پذیری حاملهای آزاد دوبعدی افزایش می­یابد .چگالی سطحی گاز حفره­ای دوبعدی به پارامترهای ساختار مثلاً ضخامت لایه جداگر ، چگالی سطحی بارهای لایه پوششی ، ضخامت لایه پوششی ، و غیره وابسته است. علاوه بر این در ساختارهای دورآلاییده دریچه­دار با تغییر ولتاِژ دریچه چگالی سطحی گاز حفره­ای قابل کنترل می­باشد . این ساختارها در ساخت ترانزیستورهای اثر میدانی مورد استفاده قرار می­گیرند .

در این پایان نامه ابتدا به تشریح ساختار دورآلاییده Si/SiGe/Siمی­پردازیم و سپس مدلی نظری که بتواند ویژگیهای الکتریکی گاز حفره­ای دوبعدی درون چاه کوانتومی ساختارp-Si/SiGe/Si و همچنین میزان انتقال بار آزاد به درون چاه و بستگی آن به پارامترهای ساختار را توجیه کند ارائه می دهیم . در ساختار دورآلاییده معکوس p-Si/SiGe/Si دریچه­دار با دریچه Al/Ti/Si از این مدل نظری استفاده می­کنیم و با برازش نتایج تجربی تغییرات چگالی سطحی گاز حفره­ای بر حسب ولتاژ دریچه توانسته­ایم چگالی سطحی بارهای میانگاه Ti/Si در این ساختارها را در محدوده (m^-۲) ۱۰^۱۵ × 78/1 تا (m^-۲) ۱۰^۱۵ × 63/4 ارزیابی کنیم .

فصل اول

ساختارهای دورآلاییده

مقدمه:

امروزه قطعات جدیدی در دست تهیه­اند که از لایه­های نازک متوالی نیمه­رساناهای مختلف تشکیل می شوند . هر لایه دارای ضخامت مشخصی است که به دقت مورد کنترل قرار می گیرد و از مرتبه ۱۰ نانومتر است . اینها ساختارهای ناهمگون نامیده می شوند . خواص الکترونی لایه­های بسیار نازک را می توان با بررسی ساده­ای که برخی از اصول اساسی فیزیک کوانتومی را نشان می دهد به دست آورد [۳۱] .

در این فصل ابتدا به بررسی خواص نیمه­رسانا می پردازیم سپس با نیمه­رساناهای سیلیکان و ژرمانیوم آشنا می شویم و بعد از آن انواع روشهای رشد رونشستی و ساختارهای ناهمگون را مورد بررسی قرار می دهیم و همچنین ساختارهای دورآلاییده را بررسی می کنیم و در آخر نیز به بررسی کاربرد ساختارهای دورآلاییده و ترانزیستورهای اثر میدانی می پردازیم.

۱-۱ نیمه­رسانا:

در مدل الکترون مستقل الکترون­های نوار کاملاً پر هیچ جریانی را حمل نمی­کنند این یک روش اساسی برای تشخیص عایق­ها و فلزات از هم است . در حالت زمینه یک عایق تمام نوارها یا کاملاً پر یا کاملاً خالی هستند اما در حالت زمینه یک فلز حداقل یک نوار به طور جزئی پر است . روش دیگر تشخیص عایق­ها و فلزات بحث گاف انرژی است گاف انرژی یعنی فاصله بین بالاترین نوار پر و پایین­ترین نوار خالی .

یک جامد با یک گاف انرژی در عایق خواهد بود. در نتیجه با گرم کردن عایق همچنانکه دمای آن افزایش می­یابد بعضی از الکترون­ها به طور گرمایی تحریک شده و از گاف انرژی به سمت پایین­ترین نوار غیر اشغال گذار می­کنند . جای خالی الکترون­ها در نوار ظرفیت را حفره می­نامند این حفره­ها ماهیتی مانند بار مثبت دارند در نتیجه در روند رسانش هم الکترون­ها و هم حفره­ها شرکت می­کنند . الکترون­های برانگیخته شده در پایین­ترین قسمت نوار رسانش قرار می­گیرند در صورتیکه حفره­ها در بالاترین قسمت نوار ظرفیت واقع می­شوند .

جامداتی که در عایق بوده اما دارای گاف انرژی به اندازه­ای هستند که برانگیزش گرمایی منجر به مشاهده رسانشی در شود به عنوان نیمه­رسانا شناخته می­شود .

ساده­ترین عناصر نیمه رسانا از گروه چهارم جدول تناوبی هستند که به آنها نیمه­رساناهای تک عنصری می­گویند سیلیکون و ژرمانیوم دو عنصر مهم نیمه­رساناها هستند . علاوه بر عناصر نیمه­رسانا ترکیبات گوناگون نیمه­رسانا هم وجود دارد . GaAsیک نمونه نیمه­رساناهای است که از ترکیب عناصر گروه (Ga) و گروه(As) بدست آمده­اند و در ساختار زینک بلند متبلور می­شوند . همچنین بلور نیمه­رسانا از عناصر گروه و هم بوجود می­آید که می­تواند ساختار زینک­بلند داشته باشد و به عنوان نیمه­رساناهای قطبی شناخته شده­اند [۱].

۱-۲ نیمه­رسانای با گذار مستقیم و غیر مستقیم:

هرگاه کمینه نوار رسانش و بیشینه نوار ظرفیت یک نیمه­رسانا در یک نقطه فضایk قرار بگیرند به چنین نیمه­رسانایی نیمه رسانای با گذار مستقیم می­گویند.

اما اگر کمینه نوار رسانش و بیشینه نوار ظرفیت یک نیمه­رسانا در یک نقطه فضای k قرار نگیرند به چنین نیمه­رسانایی نیمه­رسانای با گذار غیر مستقیم می­گوییم.

الکترون­ها کمینه نوار رسانش و حفره­ها بیشینه نوار ظرفیت را اشغال می­کنند [۱] .

(b) (a)

شکل(۱-۱) : نمودار نیمه-رسانای با گذارهای مستقیم و غیر مستقیم . (a) نیمه­رسانای با گذار مستقیم .(b) نیمه­رسانای با گذار غیر مستقیم [۱] .

۱-۳ جرم موثر :

الکترون­ها در بلور بطور کامل آزاد نیستند بلکه با پتانسیل متناوب شبکه برهمکنش دارند . در نتیجه حرکت موج ذره­ای آنها را نمی توان مشابه الکترون­ها در فضای آزاد دانست . برای اعمال معادلات معمولی الکترودینامیک به حامل­های بار در یک جامد باید از مقادیر تغییر یافته جرم ذره استفاده کنیم در این صورت اثر شبکه منظور شده و می­توان الکترون­ها و حفره­ها را به صورت حامل­های تقریباً آزاد در بیشتر محاسبات در نظر گرفت .

جرم موثر یک الکترون در ترازی با رابطه معین (E,K) به صورت زیر است :

(۱-۱)

پس انحنای نوار تعیین کننده جرم موثر الکترون است . برای نوار متمرکز حول K=0 رابطه (E;K) در نزدیکی حداقل معمولاً سهموی است :

(۱-۲)

این رابطه نشان می­دهد که جرم موثر در نوار سهموی ثابت است .

انحنای در محل حداقل­های نوار رسانش مثبت ولی در محل حداکثرهای نوار ظرفیت منفی است . بنابراین الکترون­ها در نزدیکی بالای نوار ظرفیت دارای جرم موثر منفی هستند . الکترون-های نوار ظرفیت با بار منفی و جرم منفی در یک میدان الکتریکی در همان جهت حفره­های با بار و جرم مثبت حرکت می­کنند . در جدول زیر جرم­های موثر بعضی از مواد آورده شده است . جرم موثر الکترون با و جرم موثر حفره با نشان داده می شود [۲۸] .

۷ رشد بلور :

از هنگام اختراع ترانزیستور دز سال ۱۹۴۸ پیشرفت قطعات حالت جامد نه تنها به توسعه مفاهیم قطعات الکترونیکی بلکه به بهبود مواد نیز وابسته بوده است . برای مثال واقعیت توانایی کنونی در ساخت مدارهای مجتمع حاصل پیشرفت­های علمی قابل ملاحظه در زمینه رشد سیلیسیوم تک بلور در آغاز و میانه دهه ۱۹۵۰ بوده است . شرایط رشد بلورهای نیمه­رسانا که برای ساخت قطعات الکترونیک استفاده می­شود بسیار دقیق­تر و مشکل­تر از شرایط سایر مواد است . علاوه بر اینکه نیمه­رساناها باید به صورت تک بلورهای بزرگ در دسترس باشند باید خلوص آنها نیز در محدوده بسیار ظریفی کنترل شود . مثلاً تراکم بیشتر ناخالصی­های مورد استفاده در بلورهای Si فعلی از یک قسمت در ده میلیارد کمتر است . چنین درجاتی از خلوص مستلزم دقت بسیار در استفاده و بکارگیری مواد در هر مرحله از فرایند ساخت است .

نیمه رساناهای تک عنصری Ge و Si از تجزیه شیمیایی ترکیب­هایی مانند GeO_۲ و SiCl_۴ و SiHCl_۳ به دست می­آیند . پس از جداسازی و انجام مراحل اولیه خالص سازی ماده نیمه­رسانا را ذوب کرده و به صورت شمش­هایی در می­آورند . Si یاGe بدست آمده بعد از مرحله سردسازی به صورت چند بلوری است .

اتم­ها در مناطق کوچکی از شمش به شکل ساختار طبیعی ماده یعنی شبکه الماسی قرار می­گیرند . در صورت عدم کنترل فرایند سرمایش نواحی بلوری دارای جهت­های کاملاً تصادفی خواهند بود . برای رشد بلور فقط در یک جهت لازم است که کنترل دقیقی در مرز بین ماده مذاب و جامد در هنگام سرد کردن انجام پذیرد .

یک تفاوت عمده بین رشد تک عنصری و رشد نیمه رساناهای مرکب کنترل نسبت­ها یعنی نسبت صحیح عناصر تشکیل دهنده ترکیب در شرایطی که همزمان باید مولفه-های حرارتی را برای دستیابی به یک بلور کامل تعیین نمود می­باشد این مواد معمولاًا دارای یک جزء فرارند و این جزء در دماهای زیاد به آسانی از دست می-رود .

مواد تک بلور که بطور متعارف مورد استفاده قرار می­گیرند به دو دسته تقسیم شده­اند :

۱- زیر لایه یا بلورهای حجمی

۲- لایه­های رونشستی

بلور زیر لایه در مرحله اول ساخته می-شود و سپس لایه-های رونشستی بر روی آن رشد داده می-شود . در ادامه رشد حجمی بلور و رشد رونشستی مواد را بررسی می­کنیم [۳۰و ۲۸] .

۱-۷-۱ رشد حجمی بلور :

بلورهای حجمی نیمه­رساناهای مرکب بوسیله دو روش متعارف تولید می-شود که هر دوی آنها نیز به فن­آوری رشد مذاب لقب گرفته­اند . در روش اول ماده اولیه و بلور شکل دهنده پایه در یک لوله شیشه ­ای کوارتز قرار داده شده و سپس همه آنها در داخل یک کوره گذاشته می­شوند . در روش دوم بلور پایه را به درون ماده مذابی که در داخل یک ظرف تحت فشار قرار دارد فرو برده و سپس همزمان با چرخاندن آن بتدریج به بیرون کشیده می­شود . به این ترتیب شمش تک بلور زیر لایه رشد داده می­شود . در هر دو مورد به منظور مهار عناصر فرارتر و جلوگیری از تلف شدن آنها فرایند رشد در یک محیط پوشیده صورت می­پذیرد .

مقدمه :

قطعات تک قطبی قطعات نیمه رسانایی هستند که در آنها فقط یک نوع حامل بطور غالب در روند رسانش شرکت دارد . پنج قطعه تک قطبی به صورت زیر وجود دارد :

۱- اتصال فلز نیمه- رسانا

۲- ترانزیستور اثر میدان- پیوندگاه

۳- ترانزیستور اثر میدان- فلز- نیمه رسانا

۴- دیود فلز-اکسید-نیمه رسانا

۵- ترانزیستور اثر میدان- فلز- اکسید- نیمه رسانا

ما در این بحث فقط اتصال فلز نیمه رسانا را بررسی می­کنیم [۳۲].

اولین بررسی­های سیستماتیکی بر روی سیستم­های یکسو کننده فلز نیمه­رسانا توسط براون انجام شد . او در ۱۸۴۷ متوجه بستگی مقاومت کل به قطبیت ولتاژ اعمال شده و به جزییات شرایط سطحی شد . از سال ۱۹۰۴ نقطه اتصال یکسو کننده در شکل­های گوناگون کاربردی عملی پیدا کرد . در ۱۹۳۱ ویلسون نظریه انتقال نیمه رساناها را براساس نظریه نواری جامدات فرمولبندی کرد آنگاه این نظریه بر اتصال­های فلز نیمه رسانا هم اعمال شد. در ۱۹۳۸ شاتکی پیشنهاد کرد که سد پتانسیل به تنهایی می­تواند ناشی از بارهای فضایی باردار در نیمه رسانا بدون حضور یک لایه شیمیایی باشد . مدل برخاسته از این نظریه به عنوان سد شاتکی شناخته شده است [۲۵] .

اگر تابع کار یک فلز در خلاء را با تعریف کنیم برای خارج کردن یک الکترون از تراز فرمی به خلاء در بیرون فلز انرژی برابر با تابع کار فلز لازم است . وقتی بارهای منفی به نزدیک سطح فلز آورده شوند بارهای مثبت (تصویری) به داخل فلز القا می شوند وقتی این نیروی تصویری با یک میدان الکتریکی اعمال شده از بیرون ترکیب شود تابع کار موثر تا حدی کاهش می­یابد . این کاهش سد اثر شاتکی نامیده می­شود و این اصطلاح علمی در مبحث سدهای پتانسیل بوجود آمده در اتصالات فلز – نیمه رسانا استفاده می­شود [۲۸] .

حال به بررسی اتصال فلز نیمه­رسانا می-پردازیم:

هنگامیکه یک فلز با یک نیمه­رسانا اتصال برقرار می­کند یک سد در میانگاه فلز نیمه­رسانا تشکیل می­شود که شدیداً از حامل­های بار تهی می­باشد . این لایه سدی را تهی لایه یا لایه تهی می-نامند.

ما در این بخش نمودارهای اساسی نوار انرژی را در نظر می­گیریم. در ابتدا شرط ایده آل و حالت­های سطحی را بررسی می­کنیم و سپس تهی لایه را مورد بررسی قرار می­دهیم .

۲-۱ شرط ایده آل و حالت­های سطحی :

هنگامیکه یک فلز با یک نیمه­رسانا اتصال کاملی را برقرار می­کند ترازهای فرمی دو ماده در تعادل گرمایی بر هم منطبق می­شوند. ما در ابتدا دو حالت حدی را در نظر می­گیریم که در شکل (۲-۱) نشان داده شده­اند .

شکل (۲-۱(a ارتباط انرژی الکتریکی را در اتصال ایده آل یک فلز و یک نیمه­رسانای نوع n در غیاب حالت­های سطحی نشان می­دهد .

از سمت چپ فلز و نیمه­رسانا متصل نیستند و سیستم در تعادل گرمایی نیست . اگر یک سیم بین فلز و نیمه­رسانا وصل شود بطوریکه بار از نیمه رسانا به سمت فلز جریان یابد و تعادل گرمایی برقرار شود و ترازهای فرمی در دو طرف یک خط شوند به نسبت تراز فرمی در فلز تراز فرمی در نیمه­رسانا به مقداری مساوی با اختلاف دو تابع کار پائین­تر می­آید .

تابع کاراختلاف انرژی بین تراز خلاء و تراز فرمی است. تابع کار برای فلزات برابر ( بر حسب ولت ) و برای نیمه­رساناها برابر است که الکترون خواهی اندازه گیری شده از کف تراز رسانش تا تراز خلاء است و اختلاف انرژی بین و تراز فرمی است .

اختلاف پتانسیل پتانسیل اتصالی نامیده می شود .

۳-۱ ساختار دور آلاییده معکوس p-Si/Si_۱-XGe_X/Si :

این ساختارها به روش رونشستی پرتو مولکولی (MBE) در دانشگاه واریک انگلستان بر روی بستر سیلیکانی (۰۰۱) نوع n رشد یافته­اند . در این ساختار­ها بترتیب لایه میانگیر (buffer) به ضخامت nm 200 و لایهSi آلاییده به برون (B-doped) با غلظت /cm^۳ ۱۰^۱۸ ´2 =NA و ضخامت nm 30-20 و لایه جداگر (spacer) به ضخامت اسمی nm 20 – 4 =l_s و لایه آلیاژی

Si_۱-XGe_X با نسبت اسمی Ge در آلیاژ(x=0.2) و ضخامت nm 20 و لایه پوششی Si(cap) به ضخامت L_c در دمای ۶۰۰ درجه سیلسیوس رونشانی شده­اند .[۳۶]

شکل( ۳-۱): سمت راست ترتیب لایه­ها در ساختار دورآلاییده عادی و در سمت چپ ترتیب لایه­ها در ساختار دورآلاییده معکوس تحت مطالعه نشان داده شده است .

۳-۲ ساختار نوار ظرفیت ساختار دور آلاییده معکوسp-Si/SiGe/Si :

در شکل(۳-۲) ساختار نوار ظرفیت و تغییرات آن در لایه­های مختلف و همچنین بارهای الکتریکی موجود در این ساختار به طور طرحوار نشان داده شده است [۱۹,۳۳] . در این نمودار E_۰ اولین زیر نوار انرژی حفره و E_b انرژی بستگی ( یونش ) ناخالصی می­باشد . E_Vناپیوستگی نوار ظرفیت در فصل مشترک Si/SiGe است که خود تابعی از درصد Ge در آلیاژ می­باشد . V_spacer e اختلاف انرژی پتانسیل الکتروستاتیکی در طول لایه جداگر و V_Be اختلاف انرژی پتانسیل الکتروستاتیکی در طول ناحیه تهی شده بخش آلاییده می­باشد . n_c چگالی بار لایه پوششی ، L_c ضخامت لایه پوششی ، L_w ضخامت لایه چاه کوانتومی ، L_s ضخامت لایه جداگر و L_dep ضخامت ناحیه تهی شده می­باشد .

تراز فرمی در meV 30 بالای نوار ظرفیت در لایه Si آلاییده با بور قرار گرفته است و طرف دیگر آن تقریباً وسط گاف نوار در سطح واقع شده است [۷,۱۷] .

وجود حالت­های دهنده در سطح لایه پوششی حفره­های موجود در چاه کوانتومی را به دام می­اندازد و باعث کاهش چگالی سطحی حفره­ها در چاه کوانتومی و خمش نوارها می­شود . این خمیدگی نوارها انتقال بار بیشتر را متوقف می­کند . این بارهای مثبت n_c عمدتاً ناشی از بارهای سطح لایه پوششی است و باعث خمش اضافی تراز در طول لایه­های پوششی ، آلیاژ و جداکننده می­شود . هر تغییری در طرف لایه­­ی پوششی باعث تغییر در چگالی سطحی حامل­های گاز حفره­ای دو بعدی کانال ( چاه کوانتومی ) می شود درنتیجه در غیاب بارهای لایه پوششی لبه نوار ظرفیت در لایه پوششی تخت خواهد بود و بنابراین چگالی حامل­های کانال به بالاترین مقدار خود می­رسد . این فرآیند در ساختار دورآلاییده عادی رخ نمی­دهد و علت آن این است که لایه آلاییده در مجاورت سطح آزاد باعث استتار گاز حفره­ای ازبارهای سطحی می­شود . در ساختار دورآلاییده عادی یک دوقطبی لایه­ای از بارهای مثبت سطحی و ناخالصی­های یونیده منفی در نزدیکی سطح آزاد لایه آلاییده تشکیل می­شود [۳۶]

۳-۴-۳ دریچه­دار کردن ساختار دور آلاییده :

همانطور که دیدیم می­توانیم با تابش نور بر ساختار دورآلاییده و یا افزایش ضخامت لایه پوششی بارهای لایه پوششی را کاهش و چگالی حفره­ای را افزایش دهیم اما این روش­ها غیر قابل بازگشت هستند . ما به دنبال روشی هستیم که بتوانیم چگالی حفره­ها را کنترل کنیم یعنی روشی که قابل بازگشت باشد . برای رسیدن به چنین هدفی از روش دریچه­دار کردن ساختار استفاده می­شود . در ساختارهای دور آلاییده دریچه­دار می­توان بدون تغییر پارامترهای هندسی ساختار و یا تابش نور چگالی سطحی حفره­ها را کنترل کرد . درنتیجه دریچه­دار کردن این ساختارها این امکان را به وجود می­آورد که بتوانیم چگالی حفره­ای را به طور منظم و قابل کنترل در یک ساختار تغییر دهیم.

۳-۵ ساختارهای دورآلاییده معکوس p-Si/SiGe/Si با دریچه بالا :

ویژگی­های الکتریکی در دمای پایین گاز حفره­ای دوبعدی در ساختارهای دور آلاییده معکوس Si/SiGe/Si در چگالی­های متفاوت با استفاده از یک دریچه فلز نیمه­رسانا که روی این ساختارها رونشانی می­شود بررسی می­گردند . گاز حفره­ای دوبعدی در فصل مشترک معکوس چاه کوانتومی Si/SiGe/Si از یک لایه آلاییده با بور که در زیر آلیاژ رشد داده می­شود تامین می­شود . با افزایش چگالی سطحی گاز حفره­ای دوبعدی تابع موج حفره­ای این ساختارها گسترده شده و از فصل مشترک معکوس دور می-شود . دریچه­دار کردن این ساختارها ما را قادر به تغییر چگالی سطحی حفره به طور سازمان یافته در یک قطعه منفرد می­سازد [۲۱].

چنین ساختارهایی با استفاده از روش رونشستی پرتو مولکولی به روش زیر رونشانی می­شوند :

در ابتدا بر روی زمینه Si (100) با آلاییدگی پایین nm 200 Si میانگیر و پس از آن nm 30 Si آلاییده با برون سپس nm 20-10 Si جداگر و پس از آن nm 20-17 آلیاژ Si_۰.۸Ge_۰.۲ و در نهایت یک لایه پوششی Si با ضخامت nm 400-150 رشد داده می­شود [۲۱]. پس از مرحله رشد ابتدا با رونشانی قرص­های نازک آلومینیمی به ضخامت um 1 در سطح ساختار و پخت تا دمای c 500 (به مدت یک ساعت) اتم­های آلومینیم تا عمق nm 400 نفوذ و اتصال الکتریکی با گاز حفره­ای را برقرار می­کنند . سپس عملیات دریچه­سازی با رونشانی لایه­های Ti و Al و تعریف کانال مربوط به طریق زدایش شیمیایی صورت می­گیرد . از آنجا که ترابرد الکتریکی و مغناطیسی گاز حفره­ای به چگالی سطحی آن بستگی دارد با اعمال ولتاژ به دریچه نسبت به کانال و تغییر آن، این خواص تغییر می­کنند و از این ساختارها می توان به آسانی در مطالعه نظام­مند پدیده­های فیزیکی مورد نظر استفاده کرد . شکل (۳-۵) سطح مقطع و نمای نوار ظرفیت چنین ساختاری را نشان می­دهد . و همچنین شکل (۳-۶) نشان می­دهد که چگونه رسانایی گاز حفره­ای دوبعدی با ولتاژ اعمال شده به دریچه (V_g) تغییر می­کند در اینجا چشمه و چاهک اتصالات دو انتهای کانال هستند [۳۴] .

فایل ورد کامل تحلیل تعیین چگالی بارهای سطحی میان‌گاه با بررسی مبانی علمی، روش‌های آزمایشگاهی و کاربردهای صنعتی
فهرست مطالب

فصل اول : ساختارهای دورآلاییده…………………………………………………………… ۱

مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………. ۲

۱-۱ نیمه رسانا…………………………………………………………………………………………………………………. ۳

۱-۲ نیمه رسانا با گذار مستقیم و غیر مستقیم…………………………………………………………….. ۴

۱-۳ جرم موثر………………………………………………………………………………………………………………….. ۴

۱-۴ نیمه رسانای ذاتی…………………………………………………………………………………………………….. ۶

۱-۵ نیمه رسانای غیر ذاتی و آلایش……………………………………………………………………………… ۷

۱-۶ نیمه رساناهای Si و Ge ……………………………………………………………………………………….. 10

۱-۷ رشد بلور ……………………………………………………………………………………………………………………. ۱۳

۱-۷-۱ رشد حجمی بلور…………………………………………………………………………………………………… ۱۵

۱-۷-۲ رشد رونشستی مواد……………………………………………………………………………………………… ۱۵

۱-۷-۳ رونشستی فاز مایع ………………………………………………………………………………………………. ۱۶

۱-۷-۴ رونشستی فاز بخار………………………………………………………………………………………………… ۱۸

۱-۷-۵ رونشستی پرتو مولکولی ………………………………………………………………………………………. ۱۹

۱-۸ ساختارهای ناهمگون…………………………………………………………………………………………………. ۲۰

۱-۹ توزیع حالت‌های انرژی الکترون‌ها در چاه کوانتومی……………………………………………. ۲۱

۱-۱۰ انواع آلایش……………………………………………………………………………………………………………… ۲۳

۱-۱۰-۱ آلایش کپه­ای……………………………………………………………………………………………………… ۲۴

۱-۱۰-۲ آلایش مدوله شده (دورآلاییدگی)……………………………………………………………………. ۲۴

۱-۱۰-۳ گاز الکترونی دوبعدی ……………………………………………………………………………………….. ۲۵

۱-۱۰-۴ گاز حفره­ای دوبعدی………………………………………………………………………………………….. ۲۶

۱- ۱۱ ویژگی و انواع ساختارهای دور آلاییده ………………………………………………………………. ۲۷

۱-۱۱-۱ انواع ساختارهای دورآلاییده به­­لحاظ ترتیب رشد لایه­ها ………………………………. ۲۷

۱-۱۱-۲ انواع ساختار دور آلاییده به لحاظ نوع آلاییدگی ( n یا p )…………………………. 28

۱-۱۱-۳ انواع ساختار دور آلاییده دریچه­دار…………………………………………………………………… ۲۹

۱-۱۲ کاربرد ساختارهای دور آلاییده……………………………………………………………………………… ۳۳

۱-۱۲-۱ JFET……………………………………………………………………………………………………………….. 33

۱-۱۲-۲ MESFET …………………………………………………………………………………………………….. 34

۱-۱۲-۳ MESFET پیوندگاه ناهمگون ……………………………………………………………………… ۳۵

فصل دوم : اتصال فلز نیمه رسانا (سد شاتکی)…………………………………………………………. ۳۸

مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۳۹

۲-۱ شرط ایده آل و حالتهای سطحی ………………………………………………………………………….. ۴۱

۲-۲ لایه تهی ………………………………………………………………………………………………………………….. ۴۴

۲-۳ اثر شاتکی ………………………………………………………………………………………………………………… ۴۷

۲-۴ مشخصه ارتفاع سد…………………………………………………………………………………………………… ۵۱

۲-۴-۱ تعریف عمومی و کلی از ارتفاع سد………………………………………………………………….. ۵۱

۲-۴-۲ اندازه گیری ارتفاع سد………………………………………………………………………………………. ۵۷

۲-۴-۳ اندازه گیری جریان – ولتاژ……………………………………………………………………………….. ۵۷

۲-۴-۴ اندازه گیری انرژی فعال سازی………………………………………………………………………….. ۶۰

۲-۴-۵ اندازه گیری ولتاژ- ظرفیت……………………………………………………………………………….. ۶۰

۲-۴-۶ تنظیم ارتفاع سد ……………………………………………………………………………………………… ۶۲

۲-۴-۷ کاهش سد …………………………………………………………………………………………………………. ۶۲

۲-۴-۸ افزایش سد…………………………………………………………………………………………………………. ۶۳

۲-۵ اتصالات یکسوساز . …………………………………………………………………………………………………. ۶۴

۲-۶ سدهای شاتکی نمونه ……………………………………………………………………………………………. ۶۴

فصل سوم : انتقال بار در ساختارهای دورآلاییده……………………………………….. ۶۶

مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………… ۶۷

۳-۱ ساختار دور آلاییده معکوس p-Si/Si_۱-XGe_X/Si ……………………………………………. 68

۳-۲ ساختار نوار ظرفیت ساختار دور آلاییده معکوسp-Si/SiGe/Si…………………….. 69

۳-۳ محاسبه انتقال بار در ساختارهای دور آلاییده…………………………………………………………. ۷۱

۳-۳-۱ آلایش مدوله شده ایده­آل……………………………………………………………………………………. ۷۱

۳-۳-۲ محاسبات خود سازگار چگالی سطحی حاملها …………………………………………………… ۷۴

۳-۳-۳ اثر بارهای سطحی بر چگالی گاز حفره­ای …………………………………………………………. ۷۴

۳-۴ روشهای کنترل چگالی سطحی حاملها …………………………………………………………………… ۷۶

۳-۴-۱ تاثیر تابش نور بر چگالی سطحی حاملها …………………………………………………………… ۷۷

۳-۴-۲ تاثیر ضخامت لایه پوششی بر چگالی سطحی حاملها………………………………………… ۷۸

۳-۴-۳ دریچه دار کردن ساختار دور آلاییده …………………………………………………………………. ۷۹

۳-۵ ساختارهای دورآلاییده معکوس p-Si/SiGe/Si با دریچه بالا ………………………….. ۷۹

۳-۶ انتقال بار در ساختارهای دورآلاییده معکوس با دریچه بالا…………………………………….. ۸۲

۳-۷ تاثیر بایاسهای مختلف بر روی چگالی سطحی ­حفره­ها …………………………………………. ۸۳

۳-۸ ملاحظات تابع موج……………………………………………………………………………………………………. ۸۶

۳-۹ وابستگی Z_av به چگالی سطحی حاملها در ساختارهای بی دریچه……………………….. ۸۷

۳-۱۰ وابستگی Z_av به چگالی سطحی حاملها در ساختارهای دریچه­دار……………………… ۸۷

فصل چهارم : نتایج محاسبات …………………………………………………………………………………….. ۸۹

مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………… ۹۰

۴-۱ محاسبات نظری ساختارهای دورآلاییده بی دریچه Si/SiGe/Si ……………………… 91

۴-۱-۱ محاسبات نظری n_s برحسب L_s ………………………………………………………………………… ۹۱

۴-۱-۲ محاسبات نظری n_s برحسب N_A …………………………………………………………………….. ۹۶

۴-۱-۳ محاسبات نظری n_s برحسب n_c ………………………………………………………………………… ۹۹

۴-۱-۴ محاسبات نظری کلیه انرژیهای دخیل برحسب L_s ………………………………………….. ۱۰۰

۴-۲ محاسبات نظری ساختارهای دورآلاییده دریچه­دار Si/SiGe/Si ……………………….. 100

۴-۲-۱ محاسبات نظری n_s برحسب v_g ………………………………………………………………………… ۱۰۰

۴-۲-۲ بررسی نمونه ها با n_sur متغیر و تابعی خطی از v_g با شیب مثبت ……………….. ۱۰۷

۴-۲-۳ بررسی نمونه ها با n_sur متغیر و تابعی خطی از v_g با شیب منفی………………… ۱۱۴

فصل پنجم : نتایج……………………………………………………………………………………………………………. ۱۲۴

۵-۱مقایسه سد شاتکی با ساختار دورآلاییده دریچه دار p-Si/SiGe/Si …………………. 125

۵-۲ بررسی نمودارهای مربوط به چهار نمونه ………………………………………………………………… ۱۲۵

پیوست ………………………………………………………………………………………………………………………………… ۱۲۹

چکیده انگلیسی (Abstract) ………………………………………………………………………………………… 139

منابع…………………………………………………………………………………………………………………………………….. ۱۴۱