فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: ترابرد الکترونی در نیمه رساناها و نانوساختارها1

مقدمه. 2

1-1) زمان و مقياس‌هاي طولی الکترونی در جامدات... 3

1-2) انواع مقیاسهای طولی الكترون در جامدات... 3

1-3) اندازة يك دستگاه و طيف كوانتيزه الكترون.. 5

1-4) استفاده از محاسبات نيمه كلاسيكي.. 8

1-5)كوانتوم و قوانين كلاسيكي از ترابرد الكترون.. 10

1-6) كوانتوم و قوانين مزوسكوپيك از ترابرد الكترون.. 10

1-7) مدل ترابرد كلاسيكي.. 11

1-8) چگالی حالت الکترون‌هادرنانو ساختارها13

1-9) ترابرد الکترون در نانو ساختارها18

1-10) ترابرد اتلافی کلاسیک.... 18

1- 11) ترابرد اتلافی در ساختارهای کوتاه. 26

1-12) الکترون‌های داغ. 333

1-13) رابطه تئوری حرکت... 36

1-14) تابع گرین تک ذره‌ای.. 36

1-15) ذرات غیر بر هم کنشی.. 39

1-16) تک ترازجفت شده پیوسته. 40

 

فصل دوم: ترابرد الکترونی در دستگاه های کوانتمی.. 42

2-1) ترابرد دستگاههای مزوسكوپي.. 43

2-2) مدل هاميلتوني.. 44

الف

2-3) تونل زني همدوس: مدل‌هاي انسداد كولني.. 47

2-4) انسداد کولنی برای نقطه کوانتومی فلز. 50

2-5) مدل آندرسون براي ناخالصي‌هاي مغناطيسي.. 55

2-6) معادله‌ حركت براي مدل آندرسون.. 58

2-7) ميدان تقريبي متوسط براي مدل آندرسون.. 60

2-8) حل معادلة آندرسون و مقايسه با نتايج تجربي.. 61

 

فصل سوم: محاسبات نظری جریان در نقطه کوانتمی براساس مدل اندرسون. 66

 

فصل چهارم: نتايج.. 77

منابع.. 86

 

چکیده

در تحقیق حاضر اثرات بار و قطبش الکترودها یک دستگاه نقطه کوانتمی دو ترازه در ناحیه جفت شدگی ضعیف با استفاده از نظریه ماتریسی بس – ذره ای تابع گرین بررسی شده است. منحنی تغییرات رسانش و جریان – ولتاژ بر حسب تابع ولتاژ بایاس در حالت جفت شدگی نقطه کوانتمی به الکترودها با جهت قطبش موازی و پاد موازی با میدان مغناطیس اعمالی به دستگاه بدست آمده است. نتیج محاسبات نشان می دهد که شکل نمودارهای فوق الذکر برای نقطه کوانتمی دو ترازه را می توان با استفاده از تغییرات مقادیر قطبش و انرزی تراز ها بدست آورد.

 

 

 

 

 

فصل اول:

ترابرد الکترونی در نیمه رساناها و نانوساختارها

 

ترابرد الكترونی‌ در نيمه رساناها و نانو ساختارها

مقدمه

ازمطالعات قبلی دقیقی که در مورد رشد مواد و نانوساختارهاي ساخته شده داشتيم. در اين حالت از الكترون‌ها، ابتدا به كوانتيزه انرژي در نانو ساختارها توجه كرديم. در حقيقت الكترونيك وابسته به سيگنال‌هاي انرژي است و اين به جريان‌هاي الكتريكي و ولتاژ اندازه گيري شده مي‌پردازد.

كنترل و پردازش سيگنال‌هاي الكتريكي كار مهم دستگاه‌هاي الكتريكي است. به همين خاطر هدف بعدي مطالعة ترابرد حامل‌هاي بار خواهد بود كه مسئوليت جريان الكتريكي در ميان نانوساختارها را دارد.

الگوهاي ترابرد امكان پذير از الكترون‌ها، وابسته به بسياري از پارامترها و عوامل است. بعضي از جنبه‌هاي مهم از اين قوانين مي‌تواند به وسيله مقايسة زمان و مقياس طول از حامل‌ها روشن شود، كه به ابعاد و پديده‌هاي زودگذر و عملكرد فركانس‌ها ارتباط دارد.

اين چنين تحليل‌هايي در بخش‌هاي 1-2، 1-3 و 1-4 ارائه مي‌شود، در اين فصل ابتدا دربارة نقش الكترون‌هاي ساكن در تأثيرات ترابرد بحث مي‌كنيم و سپس رفتار الكترون‌ها را در ميدان‌هاي الكتريكي قوي اصطلاحاً الكترون‌هاي داغ بررسي مي‌كنيم؛ تحليل‌هاي كوتاه قطعات و سپس نابود شدن ترابرد و تأثير سرعت بالاي پرتاب را توصيف مي‌كنيم و در نهايت حركت پرتابه‌اي نيمه كلاسيكي از الكترون‌ها و نظريات جديد در مورد ترابرد كوانتومي در قطعاتي با مقياس نانو را در بخش 1-5 بررسي مي‌كنيم.

1-1) زمان و مقياس‌هاي طولی الکترونی در جامدات

اين بخش را با تحليل‌هايي از قوانين ترابردي امكان پذير از الكترون‌ها در نانو ساختارها شروع مي‌كنيم، زيرا كه تعداد زيادي از قوانين ترابردي وجود دارد. ابتدا طبقه بنديمان را در روابطي از زمان‌هاي خاص و طول‌هاي بنيادي جداناپذير از حركت الكترون‌ها معرفي مي‌كنيم.

 

1-2) انواع مقیاسهای طولی الكترون در جامدات

از آنچه كه از قبل ثبت كرديم، طول بنيادي در جامدهاي بلورين ثابت شبكه است. اگرچه مقياس‌هايي كه مربوط هستند به حامل‌هاي بار، معمولاً بسيار بزرگتر از مي‌باشند. در حقيقت اين اختلاف مربوط به يك بي‌توجهي به ساختار بلوري خوب و پرداختن به يك الكترون تقريباً شبيه به يك ذرة آزاد مي‌باشد مانند نسبت دادن جرم موثر به الكترون كه اين ممكن است با جرم واقعي الكترون متفاوت باشد.

 

نقاط1تا 4 به ترتيب با Insb (آنتيموان اينديم)، GaAs آرسنيك گاليم، GaN نيتريد گاليم، SiC كربن سيليسيم مطابقت دارد.

اولين طول بنيادي مهم طول موج دو بروي[1] از الكترون در يك جامد است. براي يك ذرة آزاد اين طول طبق رابطه(1-1) معرفی شده به صورت براي يك الكترون در يك نانو ساختار نيمه رسانا جرم موثر m^*، طول موج دو بروي معمولاً بزرگتر از طول موج يك الكترون آزاد است.

و (1-1) كه E انرژي الكترون و m_o جرم الكترون در خلأ در رابطه (1-1) مي‌باشد و اندازة به صورت تابعي از نشان داده شده است. نقاط1 تا 4 روي منحني طول موج‌هاي نشان داده شده به ترتيب براي الكترون‌هاي InSb، GaAs، GaN و SiC مي‌باشند. جرم‌هاي موثر را براي موارد ياد شده به ترتيب مساوي با 014/0، 067/0، 172/0 و 41/0 استفاده كرديم و فرض كرديم كه انرژي الكترون است و دماي محيط اطراف مي‌باشد و K_B­­ ثابت بولتزمان است.

ما مي‌بينيم كه طول موج دو بروي از يك الكترون در نيمه رساناهاي معمولي با m^* در حدود
m_o (1-01/0) از درجه 73 تا 730 آنگستروم[2] است كه آن واقعاً بسيار بزرگتر از ثابت شبكه مواد ارائه شده در نمودار قبل مي‌باشد و هر قدر كه دما به سمت دمای ، كاهش يابد طول موج دو بروي طبق يك دستور به همان اندازه افزايش مي‌يابد. بنابراين طول موج با اندازه‌هاي ساختار نيمه رسانا و دستگاه‌هاي ساخته شده توسط تكنولوژي مدرن نانوساختارها قابل مقايسه مي‌شود.

1-3) ابعاد دستگاه و طيف كوانتيزه الكترون

بياييد اندازة هندسي از يك نمونه نيمه رسانا را با L_z × L_y× L_x معرفي كنيم كه همانطور كه نشان داده شده به طور مختصر در شكل 1-2 بدون لطمة كلي ما فرض مي‌كنيم L_x> L_y> L_z باشد.

 

 

[1]. Doubroi

[2]. Angstrom