پس از کشف نانولوله­های کربنی توسط ایجیما و همکارانش بررسی­های بسیار زیادی بر روی این ساختارها در سایر علوم انجام شده است. این ساختارها به دلیل خواص منحصر به فرد مکانیکی و الکتریکی که از خود نشان داده­اند جایگزین مناسبی برای سیلیکون و ترکیبات آن در قطعات الکترونیکی خواهند شد. در اینجا به بررسی خواص الکتریکی نانولوله­های کربنی زیگزاگ و نانولوله های گالیم نیترید که به عنوان یک کانال بین چشمه و دررو قرار داده شده پرداختیم و نحوه­ی توزیع جریان در ترانزیستور­های اثر میدانی را در شرایط دمایی و میدان­های مختلف بررسی کرده ایم. از آنجایی که سرعت خاموش و روشن شدن ترانزیستور برای ما در قطعات الکترونیکی و پردازنده­های کامپوتری از اهمیت ویژه­ای برخوردار است، انتخاب نانولوله­ای که تحرک پذیری بالایی داشته باشد بسیار مهم است. نتایج بررسی­ها نشان می­دهد تحرک پذیری الکترون در نانولوله­­های کربنی و گالیم نیترید متفاوت به ازای میدان­های مختلفی که در طول نانولوله­ها اعمال شود، مقدار بیشینه­ای را خواهد گرفت. بنا بر این در طراحی ترانزیستورها با توجه به مشخصه­های هندسی ترانزیستور و اختلاف پتانسیلی که بین چشمه و دررو آن اعمال می­شود باید نانولوله­ای را انتخاب کرد که تحرک پذیری مناسبی داشته باشد.

فهرست مطالب

چکیده................. ۱

مقدمه......... ۲

فصل اول: مقدمه ای بر کربن و اشکال مختلف آن در طبیعت و کاربردهای آن..........3

۱-۱ مقدمه............. 4

۱-۲ گونه های مختلف کربن در طبیعت........... ..4

۱-۲-۱ کربن بی شکل......... ..4

۱-۲-۲الماس.....................۵

۱-۲-۳گرافیت.................. ..5

۱-۲-۴ فلورن و نانو لوله های کربنی...............5

فصل۲:بررسی ساهتار هندسی و الکتریکی گرافیت و نانو لوله های کربنی و گالیم نیترید....8

۲-۱مقدمه.............................. ..9

۲-۲ساختار الکترونی کربن................... ..۹

۲-۲-۱اربیتال p۲کربن............ .10

۲-۲-۲روش وردشی.............. .10

۲-۳ساختار هندسی گرافیت و نانو لوله های کربنی و گالیم نیترید................. ۱۲

۲-۳-۱ساختار هندسی گرافیت....... ۱۲

۲-۳-۲ساختار هندسی نانو لوله کربنی و گالیم نیترید......... ۱۴

فصل ۳:انواع نانو لوله های کربنی و گالیم نیترید................ ۱۸

۳-۱مقدمه.................... ۱۹

۳-۲انواع نانو لوله ها....... ۱۹

۳-۲-۱نانولوله های تک جداره و چند جداره...... ۱۹

۳-۲-۲تفاوت نانولوله تک جداره و چند جداره......... ۲۰

۳- ۳بررسی خواص نانو لوله ها ...... ۲۰

۳-۳-۱خواص میكانیكی نانولوله ها........ ۲۱

۳-۳-۲خواص فیزیكی........ ۲۱

۳-۴کاربرد نانولوله های کربنی...... ۲۲

۳-۴-۱ترانزیستورها.......... ۲۲

۳-۴-۲حسگرها....... ۲۲

۳-۴-۳نمايشگرهاي گسيل ميداني............. ۲۳

۳-۴-۴حافظه‌هاي نانولوله‌اي........... ۲۴

۳-۴-۵استحكام‌ دهي كامپوزيت‌ها....... ۲۴

۳-۴-۶کاربردهای دیگر............. ۲۴

۳-۴-۷ ذخیره هیدروژن در نانو لوله ها......... ۲۵

۳-۴-۸ داشتنخاصيتابررسانايي............ ۲6

۳-۴-۹استحكامومقاومتكششيبالا.....................۲۶

۳-۵ روش های تولید نانو لوله های کربنی........۲۶

۳-۵-۱ قوس الكتريكي.......... ۲7

۳-۵-۲ رسوب گذاري بخار شيميايي....... ۲9

۳-۵-۳روش PECVD....... ۳۰

۳-۵-۴تبخير ليزري......... ۳1

۳-۵-۵ توليد نانولوله‌هاي كربني با استفاده از عيوب بلوري....... ۳۲

۳-۶روش تولید نانولوله های گالیم نیترید.......... ۳۲

فصل۴:ترانزیستور های نانو لوله ای.....۳4

۴-۱مقدمه..... 35

۴-۲ ترانزیستورهای اثر میدانی نانو لوله ای.........۳5

۴-۳ساختار الکتریکی نانو لوله ها کربنی....... ۳8

۴-۴ هدایت نانو لوله ها....... 40

۴- ۵ ساختار ترانزیستور نانو لوله ای......... 41

۴-۶ نانو لوله ها به عنوان فلزهای تک بعدی ........ ۴1

۴-۶-۱ مولکولهای محدود...... ۴3

۴-۶-۲ترازهای انرژی نانولوله ی کربنی و گالیم نیترید...... ۴4

۴-۷چگالی حالات در نانولوله­ی کربنی و گالیم نیترید...... ۴7

۴-۸ محاسبه جریان و مقاومت نانولوله­ی کربنی...... 50

۴- ۹ بررسی سرعت میانگین الکترون ها ،جریان،مقاومت و تحرک پذیری الکترون....... 50

۴-۹-۱بررسی توزیع سرعت در نانولوله­های زیگزاگ.... 50

۴-۹-۲بررسی جریان­ الکتریکی در نانولوله­های­ زیگزاگ نیمرسانا....... ۵2

۴-۹-۳بررسی مقاومت نانولوله­های زیگزاگ نیمرسانا.......۵2

۴-۹-۴ بررسی تحرک پذیری الکترون در نانولوله­های زیگزاگ نیمرسانا.............۵3

فصل۵: بررسی نتایج بدست آمده از شبیه سازی ترانزیستور نانولوله ای کربنی و گالیم نیترید...۵4

۵-۱مقدمه....... ۵5

۵-۲ ترانزیستور نانولوله کربنی (۰،۴)و (۴،۴)...... ۵5

۵-۲-۱ باند انرژی ترانزیستور نانولوله کربنی (۴،۰) و(۴،۴)........ ۵6

۵-۲-۲بررسی جریان­ الکتریکی در نانولوله­ها کربنی.......۵6

۵-۳ ترانزیستور نانولوله کربنی (۰،۶)و (۶،۶).........57

۵-۳-۱ باند انرژی ترانزیستور نانولوله کربنی (۰،۶)و (۶،۶) .....۵7

۵-۳-۲بررسی جریان­ الکتریکی در نانولوله­ها کربنی(۰،۶)و(۶،۶) با ولتاژ گیت۱ولت......۵8

۵-۴ نانولوله گالیم نیترید...................59

۵-۶ انرژی کل و انرژی جنبشی..............۶1

نتیجه گیری........64

پیشنهادات.......65

منابع و مآخذ................66

چکیده انگلیسی..........70

پس از کشف نانولوله­های کربنی توسط ایجیما و همکارانش بررسی­های بسیار زیادی بر روی این ساختارها در سایر علوم انجام شده است. این ساختارها به دلیل خواص منحصر به فرد مکانیکی و الکتریکی که از خود نشان داده­اند جایگزین مناسبی برای سیلیکون و ترکیبات آن در قطعات الکترونیکی خواهند شد. در اینجا به بررسی خواص الکتریکی نانولوله­های کربنی زیگزاگ و نانولوله های گالیم نیترید که به عنوان یک کانال بین چشمه و دررو قرار داده شده پرداختیم و نحوه­ی توزیع جریان در ترانزیستور­های اثر میدانی را در شرایط دمایی و میدان­های مختلف بررسی کرده ایم. از آنجایی که سرعت خاموش و روشن شدن ترانزیستور برای ما در قطعات الکترونیکی و پردازنده­های کامپوتری از اهمیت ویژه­ای برخوردار است، انتخاب نانولوله­ای که تحرک پذیری بالایی داشته باشد بسیار مهم است. نتایج بررسی­ها نشان می­دهد تحرک پذیری الکترون در نانولوله­­های کربنی و گالیم نیترید متفاوت به ازای میدان­های مختلفی که در طول نانولوله­ها اعمال شود، مقدار بیشینه­ای را خواهد گرفت. بنا بر این در طراحی ترانزیستورها با توجه به مشخصه­های هندسی ترانزیستور و اختلاف پتانسیلی که بین چشمه و دررو آن اعمال می­شود باید نانولوله­ای را انتخاب کرد که تحرک پذیری مناسبی داشته باشد.

فهرست مطالب

چکیده................. ۱

مقدمه......... ۲

فصل اول: مقدمه ای بر کربن و اشکال مختلف آن در طبیعت و کاربردهای آن..........3

۱-۱ مقدمه............. 4

۱-۲ گونه های مختلف کربن در طبیعت........... ..4

۱-۲-۱ کربن بی شکل......... ..4

۱-۲-۲الماس.....................۵

۱-۲-۳گرافیت.................. ..5

۱-۲-۴ فلورن و نانو لوله های کربنی...............5

فصل۲:بررسی ساهتار هندسی و الکتریکی گرافیت و نانو لوله های کربنی و گالیم نیترید....8

۲-۱مقدمه.............................. ..9

۲-۲ساختار الکترونی کربن................... ..۹

۲-۲-۱اربیتال p۲کربن............ .10

۲-۲-۲روش وردشی.............. .10

۲-۳ساختار هندسی گرافیت و نانو لوله های کربنی و گالیم نیترید................. ۱۲

۲-۳-۱ساختار هندسی گرافیت....... ۱۲

۲-۳-۲ساختار هندسی نانو لوله کربنی و گالیم نیترید......... ۱۴

فصل ۳:انواع نانو لوله های کربنی و گالیم نیترید................ ۱۸

۳-۱مقدمه.................... ۱۹

۳-۲انواع نانو لوله ها....... ۱۹

۳-۲-۱نانولوله های تک جداره و چند جداره...... ۱۹

۳-۲-۲تفاوت نانولوله تک جداره و چند جداره......... ۲۰

۳- ۳بررسی خواص نانو لوله ها ...... ۲۰

۳-۳-۱خواص میكانیكی نانولوله ها........ ۲۱

۳-۳-۲خواص فیزیكی........ ۲۱

۳-۴کاربرد نانولوله های کربنی...... ۲۲

۳-۴-۱ترانزیستورها.......... ۲۲

۳-۴-۲حسگرها....... ۲۲

۳-۴-۳نمايشگرهاي گسيل ميداني............. ۲۳

۳-۴-۴حافظه‌هاي نانولوله‌اي........... ۲۴

۳-۴-۵استحكام‌ دهي كامپوزيت‌ها....... ۲۴

۳-۴-۶کاربردهای دیگر............. ۲۴

۳-۴-۷ ذخیره هیدروژن در نانو لوله ها......... ۲۵

۳-۴-۸ داشتنخاصيتابررسانايي............ ۲6

۳-۴-۹استحكامومقاومتكششيبالا.....................۲۶

۳-۵ روش های تولید نانو لوله های کربنی........۲۶

۳-۵-۱ قوس الكتريكي.......... ۲7

۳-۵-۲ رسوب گذاري بخار شيميايي....... ۲9

۳-۵-۳روش PECVD....... ۳۰

۳-۵-۴تبخير ليزري......... ۳1

۳-۵-۵ توليد نانولوله‌هاي كربني با استفاده از عيوب بلوري....... ۳۲

۳-۶روش تولید نانولوله های گالیم نیترید.......... ۳۲

فصل۴:ترانزیستور های نانو لوله ای.....۳4

۴-۱مقدمه..... 35

۴-۲ ترانزیستورهای اثر میدانی نانو لوله ای.........۳5

۴-۳ساختار الکتریکی نانو لوله ها کربنی....... ۳8

۴-۴ هدایت نانو لوله ها....... 40

۴- ۵ ساختار ترانزیستور نانو لوله ای......... 41

۴-۶ نانو لوله ها به عنوان فلزهای تک بعدی ........ ۴1

۴-۶-۱ مولکولهای محدود...... ۴3

۴-۶-۲ترازهای انرژی نانولوله ی کربنی و گالیم نیترید...... ۴4

۴-۷چگالی حالات در نانولوله­ی کربنی و گالیم نیترید...... ۴7

۴-۸ محاسبه جریان و مقاومت نانولوله­ی کربنی...... 50

۴- ۹ بررسی سرعت میانگین الکترون ها ،جریان،مقاومت و تحرک پذیری الکترون....... 50

۴-۹-۱بررسی توزیع سرعت در نانولوله­های زیگزاگ.... 50

۴-۹-۲بررسی جریان­ الکتریکی در نانولوله­های­ زیگزاگ نیمرسانا....... ۵2

۴-۹-۳بررسی مقاومت نانولوله­های زیگزاگ نیمرسانا.......۵2

۴-۹-۴ بررسی تحرک پذیری الکترون در نانولوله­های زیگزاگ نیمرسانا.............۵3

فصل۵: بررسی نتایج بدست آمده از شبیه سازی ترانزیستور نانولوله ای کربنی و گالیم نیترید...۵4

۵-۱مقدمه....... ۵5

۵-۲ ترانزیستور نانولوله کربنی (۰،۴)و (۴،۴)...... ۵5

۵-۲-۱ باند انرژی ترانزیستور نانولوله کربنی (۴،۰) و(۴،۴)........ ۵6

۵-۲-۲بررسی جریان­ الکتریکی در نانولوله­ها کربنی.......۵6

۵-۳ ترانزیستور نانولوله کربنی (۰،۶)و (۶،۶).........57

۵-۳-۱ باند انرژی ترانزیستور نانولوله کربنی (۰،۶)و (۶،۶) .....۵7

۵-۳-۲بررسی جریان­ الکتریکی در نانولوله­ها کربنی(۰،۶)و(۶،۶) با ولتاژ گیت۱ولت......۵8

۵-۴ نانولوله گالیم نیترید...................59

۵-۶ انرژی کل و انرژی جنبشی..............۶1

نتیجه گیری........64

پیشنهادات.......65

منابع و مآخذ................66

چکیده انگلیسی..........70