وبلاگ

۲-۴-۲-۲- کاربردهای الکترونیکی
با توجه به توسعه رو به رشد صنعت میکروالکترونیک، ایجاد قطعات و تراشه­های ریز جایگاه با اهمیتی دارد. از این رو علاقه به تولیدات نانویی مانند نانوخازن یا اتصالات رسانای نانوسیمی و یا موضوع مورد توجه در این پایان نامه یعنی نانومقاومت می ­تواند چشمگیر باشد.
بعنوان مثال بررسی رفتار دیودی نانوسیم­های مرکب Cu-Se ساخته شده درون حفره­های آلومینای آندیک متخلخل توسط بعضی محققان انجام گرفته است .
در ترانزیستورهای اثر میدان^[۱۸] و با اتصالات قطبی نیز از نانوسیم­ها استفاده می­ شود.
همچنین نانوسیم­های فلزی چند قطعه­ای می­توانند اتصالاتی به صورت سه تایی فلز– فیلم آلی- فلز یا فلز- نانوذره- فلز را در یک تک نانوسیم ایجاد کنند، که برای مطالعه­ ویژگی­های ترابرد الکترون در نانوذرات یا در ساختارهای با تعداد کم الکترون استفاده می­شوند .

۲-۴-۲-۳- کاربرد الکتروشیمیایی
در مطالعات آزمایشگاهی نانوسیم­ها امکان استفاده در محیط­های شیمیایی را نیز دارا می­باشند. یک نانوسیم فلزی را می­توان بعنوان یک الکترود ریز در نظر گرفت که در فضاهای بسیار کوچک ملکولی مانند تک سلول زنده می ­تواند بکار رود . برای این کار باید امکانات جداسازی تک نانوسیم بدون شکستن آن و همچنین ایجاد اتصالات الکترونیکی حساس با سر سیم­ها رافراهم ساخت.
۲-۴-۲-۴- کاربردهای مغناطیسی
برای بررسی خواص مغناطیسی محیط­های مختلف در ابعاد زیرمیکرونی، می­توان از نانوسیم­های مغناطیسی به عنوان میکروسنسور استفاده کرد. نانوساختارهای فلزی شامل لایه­ های تناوبی از فلزات فرومغناطیس و غیرمغناطیس اغلب یک مقاومت مغناطیسی بزرگ به نامGMR ایجاد می­ کنند، درحالیکه ضخامت لایه حدود چند ده نانومتر است. چنین ساختارهایی برای آشکار سازی میدان مغناطیسی استفاده می­شوند و کاربردهایی در هدهای خواننده و درایوهای دیسک سخت دارند .
آرایه­های نانوسیمی بدلیل داشتن آرایش هندسی خاص خود و همچنین امکان کنترل شرایط جهت تغییر ساختار بلوری، امکان استفاده در حافظه­های عمودی را پیدا کرده ­اند. اگر از این ساختار با حفظ قالب موجود در حین تشکیل آرایه­ی نانوسیمی استفاده شود، بدلیل ایجاد فاصله مابین سیم­ها بعضی برهم­کنش­های مغناطواستاتیک نیز کاهش یافته و این آرایه­ها مناسب ساخت حافظه­های گسسته خواهند بود .
۲-۴-۲-۵- کابردهای حسگری
نانوسیم­ها می­توانند حسگرهای خوبی باشند، که ابعاد کوچک آن­ها این خاصیت را افزایش می­دهد. مثلا حسگرهای نوری برپایه­ی نانوسیم می­توانند فوتون­های بسیار اندک را هم تشخیص دهند.
از جمله حسگرهای گازی می­توان به نانوسیم­های SnO₂ اشاره کرد.
در کاربردهای حسگری نانوسیمی، ایجاد اتصالات الکتریکی و مجتمع­سازی الکترونیکی آنها جهت دریافت سیگنال از دقدقه­های این رشته می­باشد.
حسگری شیمیایی با نانوسیم­ها و نانولوله­ها معمولاً با رصد تغییر رسانندگی آن­ها با در معرض هدف شیمیایی قرار دادن آن­ها انجام می­گیرد .
افزایش حسگری سیستم­های یک بعدی در محیط­های شیمیایی معمولاً به نسبت سطح به حجم بالای آن­ها مربوط می­گردد.
بعنوان مثالی دیگر، از آرایش ترانزیستورهای اثر میدان (FET) متشکل از نانوسیم­های ZnO نیز برای حسگری شیمیایی استفاده می­گردد. این پیکربندی نه تنها رصد تغییر رسانندگی را تسهیل می­بخشد، بلکه همچنین از میدان الکتریکی عرضی جهت تنظیم رفتار حسگری شیمیایی استفاده می­ کند. زیرا یک میدان خارجی می ­تواند فعالیت جذب شیمیایی نانوسیم را از طریق تغییر پتانسیل­های شیمیایی تنظیم کند .
فصل سوم
خواص الکتریکی مواد کپه­ای و محدود شده
۳-۱- مقدمه
می­دانیم که طبق جدول تناوبی، عناصر جامد به سه دسته­ی رسانا، نیمه­رسانا و نارسانا تقسیم می­شوند. امروزه اکثر ادوات حالت جامد موجود در بازار از مواد نیمه­هادی ساخته می­شوند.
در این فصل خواص الکتریکی مواد، خصوصاً نیم­رساناها در حالت کپه­ای و سپس در حالتی که این مواد تبدیل به نانوساختارها بویژه نانوسیم­ها می­گردند، مورد بررسی قرار خواهد گرفت و اثر محدود شدن اندازه­ ذرات بر روی خواص فیزیکی خصوصاً الکتریکی را بررسی خواهیم کرد.
۳-۲- ساختار فضایی جامدات و شبکه ­های بلوری
آرایش فضایی اتم­ها در درون هر ماده در تعیین خواص دقیق آن نقش عمده­ای را ایفا می­ کند. جامدات از لحاظ آرایش اتمی درونشان به سه دسته­ی بزرگ تقسیم می­شوند؛ یعنی بی­شکل، چند بلوری و تک بلوری. یک ماده­ بی­شکل ماده­ایست که در آن هیچ­گونه نظم بلند بردی در موقعیت اتم­ها یافت نمی­ شود. در یک آرایش تک بلوری، اتم­ها در حالت سه بعدی منظم شده ­اند. با داشتن هر بخشی از ماده­ تک بلوری، می­توان آرایش اتمی در هر قسمت دیگری از ماده را به آسانی بازسازی کرد. جامدات چند بلوری شامل یک حالت میانی هستند که در آن ماده­ جامد متشکل از بخش­های کوچک­تر بلورین است که از یکدیگر جدا شده ­اند و یا نسبت به هم نامنظم­اند. در بررسی ادوات حالت جامدی که امروزه تولید می­شوند هر سه ساختار مورد استفاده­ قرار می­گیرند، اما نیمه­هادی­های تک بلوری­ کاربرد بیشتری دارند.
۳-۳- مواد نیمه­هادی
اغلب نیمه­هادی­هایی که معمولاً مورد استفاده قرار می­گیرند در جدول (۳-۱) فهرست شده ­اند. گروه مواد نیمه­هادی شامل نیمه­هادی­های تک عنصری از قبیل Si، نیمه­هادی­های مرکب از قبیل GaAs، و آلیاژها مانند GaAs_XP_1-X می­باشد، که X کسری میان صفر و یک است. در میان بسیاری از نیمه­هادی­های شناخته شده، Si مهمترین آن­ها بوده و در حال حاضر بازار تجاری را تحت سلطه دارد.
جدول (۳-۱) نیمه­هادی­هایی که امروزه مورد استفاده قرار می­گیرند.

۳-۳-۱- الگوی نوار انرژی نیمه­هادی­ها
اگر N اتم منزوی به مجاورت یکدیگر آورده شوند، انتظار اصلاحاتی در حالات انرژی الکترون­های ظرفیت نسبت به حالات الکترونی اتم­های منزوی کاملاً معقول است. در تغییر حالت از N اتم منزوی به حالت بلوری، دقیقاً انرژی نیمی از حالات مجاز کاهش و انرژی نیمی دیگر افزایش می­یابد.گذشته از این، اختلال باعث گسترش انرژی­های مجاز می­ شود و دو ناحیه یا نوار از حالات مجاز انرژی تشکیل می­دهد، که با یک شکاف انرژی میانی از هم جدا می­شوند. نوار حالات مجاز بالایی، نوار هدایت و نوار حالات مجاز پایینی، نوار ظرفیت و شکاف انرژی میانی، شکاف یا نوار ممنوع نامیده می­ شود. البته الکترون­ها در هنگام پر کردن حالات مجاز انرژی ابتدا به سمت پایین­ترین انرژی­های ممکن کشیده می­شوند. با توجه به این ­که حالات انرژی هر کدام انحصاراً با یک الکترون تنها اشغال می­شوند (اصل طرد پاولی) و بخاطر اینکه بعنوان مثال اگر اتمی نیم­رسانا مانند Si چهار الکترون ظرفیت داشته باشد، ۴N حالت نوار ظرفیت فقط می­توانند آن­چه را که قبلاً ۴N الکترون ظرفیت نامیده می­شدند در خود جای دهند، در می­یابیم که نوار ظرفیت تقریباً به طور کامل بوسیله­ی الکترون­ها پر شده است و نوار هدایت عاری از الکترون می­باشد. در حقیقت در دماهای نزدیک به K0⁰= T نوار ظرفیت کاملاً پر و نوار هدایت کاملاً خالی است.
همچنین برخلاف الکترون­های ظرفیت در حالت اتم منزوی، الکترون­های نوار ظرفیت در حالت بلور به هیچ اتم خاصی پیوند نخورده یا مربوط نمی­شوند و تنها با اتم­های همسایه به اشتراک گذارده می­شوند. اختلاف پایین­ترین انرژی ممکن در نوار هدایت ،E_C و بالاترین انرژی ممکن در نوار ظرفیت،E_V برابر E_G=E_C-E_V اندازه­ نوار گاف انرژی می­باشد. بدین ترتیب الکترون­ها در داخل بلور در سطوح نواری جای می­گیرند که ممکن است در باند ظرفیت و یا هدایت باشند، که با توجه به شرایط فیزیکی حاکم، تعداد آن­ها در این باندها تغییر می­ کند.