منابع پایان نامه با موضوع اربیتال، هادی،، اپتیکی

هنگام خشک کردن باعث ایجاد نیروی مویینگی شده و در نتیجه سبب انقباض شبکه ژل می شود. ژلی که در اثر خشک شدن به دست می آید زروژل نام می گیرد و حفره های کمتری دارد و متراکم است. به عبارت دیگر زروژل به ژلی گفته می شود که تمام مایع داخل حفره های ژل خارج شده است، به گونه ای که ساختار کمی نسبت به ژل تر اولیه متراکم تر و فشرده تر شده است. از اینروزروژل نسبت به ژل خیس اولیه معمولاً حجم کمتری دارد و چروکیدگی نسبت به وضعیت ژل خیس در آن کاملاً مشهود است.
ب)آئروژل
وقتی که ژل تر تحت شرایط خاصی مثلاً قرار دادن درون کوره خشک شود در این صورت میزان انقباض به دلیل حذف فشار موئینگی اندک می شود. و در آن تغییرات شبکه جامد به حداقل می رسد در نتیجه شبکه و حفره ها تغییر حجم نداده و حجم ژل خشک به دست آمده برابر با حجم ژل تر می باشد. این ژل که دارای شبکه متخلخل و پوکی است آئروژل نامیده می شود. آئرول(ژل هوادار) نیز نوعی ژل خشک است. لذا حلال از ژل خارج شده است. در این جا خروج حلال به گونه ای بوده که هیچ فشردگی یا تغییری در ساختار ژل ایجاد نشده است. بر خلاف زروژل، در آئروژل تمامی خلل و فرج و ساختار حفظ شده و متراکم نمی شود[22] .
عمده ترین روش های تهیه ی لایه های نازک به روش سل ژل عبارتند از :
الف)تکنیک پوششی چرخشی
ب)تکنیک غوطه وری
روشی که ما در این پایان نامه از آن برای تهیه ی لایه های نازک استفاده کرده ایم روش اسپین کوتینگ و یا همان روش پوششی چرخشی می باشد. در این روش مقداری از محلول (سل) را بر روی زیر لایه قرار می دهیم و پس از تنظیم مدت زمان زیر لایه شروع به چرخش می کند. این روش شامل سه مرحله می باشد. در مرحله ی اول مقداری از سل برروی سطح زیر لایه ی مورد نظر ریخته می شود. در مرحله ی دوم زیر لایه ای که سل را بر روی آن قرار داده ایم در مدت زمان تعیین شده شروع به چرخش می کند. در این مرحله در نتیجه ی حرکت چرخشی زیر لایه سل اضافی از روی بستر خارج می شود. این مرحله با نازک شدن تدریجی محلول همراه است. در مرحله آخر یعنی مرحله ی خشک کردن به منظور جدا سازی و تبخیر مواد حلال و فرار از لایه، لایه تهیه شده را در کوره قرار می دهند. در این صورت یک لایه با چسبندگی زیاد بر روی زیر لایه تهیه می شود. در این روش ضخامت نهایی لایه بستگی مستقیم به زمان چرخش و سرعت چرخش دارد.
روش سل ژل، روشی ارزان و قابل دسترس برای تولید در حجم صنعتی می باشد. در این روش با ساخت یک محلول سل خوب (شفاف و پایدار ) و تبدیل آن به ژل و در پی آن تراکم به محصول خیس رسیده و با یکی از روش هایی که برای خشک کردن ژل خیس وجود دارد، ژل را خشک کرده و به محصول نهایی که لایه های نازک در ابعاد کنترل شده می باشد می رسیم. نحوه ی خشک کردن بستگی مستقیم به نوع محصول و ویژگی های آن دارد.
انتخاب روش لایه نشانی
انتخاب و برگزیدن یک فرایند لایه نشانی یک نقش اساسی را در تولید لایه های نازک با کیفیت خوب، بازی می کند. و این در حالی است که یک روش انتخابی باید به طور رضایت بخشی شرایط زیر دارا باشد :
1)پوشش کامل لایه.
2)مقرون به صرفه بودن.
3)دمای فرآیند باید پایین باشد.
4)توانائی لایه نشانی در مقیاس مورد نظر را دارا باشد.
5)ساختار فیلم ها و آهنگ رشد لایه ها باید قابل کنترل باشد.
6)روش مورد نظر باید توانایی لایه نشانی ماده ما را داشته باشد.
7)کنترل مناسبی روی سطح بستر و نواقص ایجاد شده روی لایه داشته باشد.
8)مقدار فراوانی ماده ای که باید لایه نشانی شود با روش مورد نظر مناسب باشد.
فصل 2
نیمه هادی ها و بررسی خواص اپتیکی
مقدمه
همان طور که می دانیم نیمه هادی ها عناصری هستند که مابین هادی و عایق قرار دارند و گاف انرژی Eg نسبتاً کوچکی دارند. نیمه هادی ها معمولاً به شکل خالص مورد استفاده قرار نمی گیرند و معمولاً ناخالصی هایی به آنها اضافه می شود. در این فصل ما به تعریف نیمه هادی ها و تاثیر ناخالصی در تولید الکترونها و حفره ها می پردازیم همچنین برخی از خواص اپتیکی آنها نظیر جذب را بررسی کرده و مدل تابع دی التریک را مطرح می کنیم و برخی از ویژگی های نیمه هادی ZnO را بررسی می کنیم.
2-1 نیمه هادی ها
نیمه هادی ها عناصری هستند که از لحاظ هدایت، مابین هادی و عایق قرار دارند، و مدار آخر نیمه هادی ها، دارای 4 الکترون می باشد.
بر اثر انرژی گرمایی محیط اطراف نیمه هادی، پیوند اشتراکی شکسته شده و الکترون آزاد می گردد.
الکترون فوق و دیگر الکترونهایی که بر اثر انرژی گرمایی به وجود می آید در نیمه هادی وجود دارد و این الکترونها به هیچ اتمی وابسته نیست.
در مقابل حرکت الکترونها، حرکت دیگری به نام جریان در حفره ها که دارای بار مثبت می باشند، وجود دارد. این حفره ها، بر اثر از دست دادن الکترونها در پیوند به وجود می آید.
بر اثر شکسته شدن پیوند ها به وجود آمدن الکترونهای آزاد و حفره ها، در نیمه هادی دو جریان به وجود می آید. جریان اول حرکت الکترون که بر اثر جذب الکترونها به سمت حفره ها به سمت الکترونها به وجود خواهد آمد و جریان دوم حرکت حفره هاست که بر اثر جذب حفره ها به سمت الکترونها به وجود می آید. در یک بلور نیمه هادی، تعداد الکترونها و حفره ها با هم برابرند ولی حرکت الکترونها و حفره ها عکس یکدیگر می باشند[24] .
2-2 نیمه هادی های نوع N و P
از آنجایی که تعداد الکترونها و حفره های موجود در بلور نیمه هادی در دمای محیط کم است و جریان انتقال کم می باشد، لذا به عناصر نیمه هادی ناخالصی اضافه می کنند.
هرگاه به عناصر نیمه هادی یک عنصر 5 ظرفیتی تزریق1 شود، چهار الکترون مدار آخر با چهار اتم مجاورنیمه هادی تشکیل پیوند اشتراکی داده و الکترون پنجم آن به صورت آزاد باقی می ماند.
نیمه هادی هایی که ناخالصی آن از اتم های پنج ظرفیتی باشد، نیمه هادی نوع N نام دارد. در نیمه هادی نوع N، چون تعداد الکترونها خیلی بیشتر از تعداد حفره هاست لذا عمل هدایت جریان را انجام می دهند به حامل هدایت فوق حامل اکثریت و به حفره ها حامل اقلیت می گویند.
1. Dopping
شکل (2-1) باند های انرژی برای نیمه هادی نوع n
هرگاه به عناصر نیمه هادی، یک ماده 3 ظرفیتی تزریق شود، سه الکترون مدار آخر با سه الکترون سه اتم هادی مجاور، تشکیل پیوند اشتراکی می دهند. پیوند چهارم دارای کمبود الکترون است و در واقع یک حفره تشکیل یافته است.
هر اتم سه ظرفیتی، باعث ایجاد یک حفره می شود، بدون آنکه الکترون آزاد ایجاد شده باشد.
در این نیمه هادی ناخالص شده، الکترونها فقط در اثر شکسته شدن پیوند ها به وجود می آیند. نیمه هادی هایی که نا خالصی آنها از اتم های سه ظرفیتی باشد، نوع P می نامند. حفره ها در این نیمه هادی به عنوان حامل های اکثریت و الکترونها به عنوان حامل های اقلیت وجود دارند.
شکل (2-2) باندهای انرژی برای نیمه هادی نوع P
2-3 گاف انرژی
در فیزیک حالت جامد نوار ممنوعه1 به مناطقی گفته می شود که هیچ حالت الکترونیکی نمی تواند وجود داشته باشد، واژه های معادل آن گاف نواری، گاف انرژی و نوار بدون انرژی است. در نارسا ناها و نیمه رساناها نوار ممنوعه اختلاف انرژی میان حد پایین نوار رسانش و حد بالای نوار ظرفیت است. این انرژی در واقع انرژی لازم برای آزاد کردن یک الکترون است که در خارجی ترین لایه الکترونی قرار دارد.
شکل (2-3) نمایش باندهای انرژی
2-4 نظریه نوار ها
در یک اتم تنها، الکترونها در سطوح انرژی مجزا و کوانتیده قرار دارند. این سطوح انرژی یا اربیتال ها از انرژی پایین تر شروع به پر شدن می کنند. وقتی اتم ها در کنار یکدیگر قرار می گیرند. . حالت های مجاز انرژی به حالت های نزدیک به هم تقسیم می شوند و شکل اربیتال ها تغییر می کند. اربیتال های یک مولکول با اربیتال های اتم های تشکیل دهنده اش متفاوت است. در جامدات (که اکثراً به شکل بلور هستند) این حالت های تقسیم شده به صورت پیوسته در می آیند و نوار های پهنی از انرژی تشکیل می دهند.
2-4-1 نوار های الکترونیکی
وقتی اتم ها یک مولکول تشکیل می دهند، اربیتال های جدید پیوندی و ضد پیوندی شکل می گیرند که سطح انرژی آنها با اربیتال های اتمی متفاوت است. تشکیل اربیتال های جدید باعث به وجود آمدن چندگانگی در سطوح انرژی می شود، با شکل گیری جامد و
1. Band gap
نزدیکی زیاد از حد اربیتال ها. اربیتال های پیوندی نوار ظرفیت و اربیتال های ضد پیوندی نوار رسانش را به وجود می آورند. اربیتال ها یا سطوح انرژی مجزا در جامد تبدیل به یک نوار پیوسته می شوند که شامل N سطح انرژی است. N از مرتبه 〖10〗^23 است یا جامدات حالت های الکترونیکی مکان خاصی ندارند و به علت تفاوت بلور نسبت به حرکت انتقالی ناوردا هستند.
خصوصیات اپتیکی مواد به چگونگی پر شدن این نوار ها توسط الکترونها بستگی دارد.
بر حسب پر شدن این باندها سه گروه اصلی داریم :
فلزات، نارساناها و نیمه رساناها
در فلزات نوار ظرفیت تکمیل است و قسمتی از نوار رسانش نیز توسط الکترونها پر شده است. اما قسمت خالی نوار رسانش این اجازه را به الکترونها می دهد که با بدست آوردن کمی انرژی بتوانند آزادانه حرکت کنند. در نارسانا ها باند ظرفیت تکمیل است و هیچ الکترونی در باند رسانش وجود ندارد. چون اختلاف انرژی بین بالاترین حد نوار ظرفیت و پایین ترین حد نوار رسانش زیاد است (نوار ممنوعه)، الکترونها نمی توانند به باند رسانش بروند و آزادانه حرکت کنند. در نیمه رسانا ها باند ظرفیت پر است(در دمای صفر کلوین)، اما به علت کم بودن پهنای نوار ممنوعه، الکترونها با بدست آوردن کمی انرژی (مثلاً از طریق حررات )می توانند به باند رسانش بروند و آزادانه حرکت کنند، نیمه رسانا ها با بالا رفتن دما به رسانا تبدیل می شوند.
2-4-2 جابه جایی بین نواری
وقتی یک بلور فوتونی جذب می کند، الکترون ها با جذب آن به انرژی های بالاتر می رود. اگر انرژی فوتون بیشتر از پهنای نوار ممنوعه باشد الکترون می تواند از نوار ظرفیت به نوار رسانش برود. بازگشت الکترون به انرژی قبلی باعث تابیده شدن یک فوتون می شود[25].
2-5 مواد از نظر گسیل فوتونی
2-5-1 گاف انرژی مستقیم و غیر مستقیم :
مطابق خواص بر همکنش الکترون و حفره در شبکه بلوری یا ترکیب زوج الکترون حفره در ساختار های نیمه هادی نحوه تغییرات تراز الکترونی درباندظرفیت و باند هدایت به دو صورت انجام می گیرد :
در گاف انرژی مستقیم بردار تکانه برای الکترون در مبدأ و مقصد یکسان بوده و بنابراین تغییر تراز حتماً با جذب یا گسیل فوتون همراه خواهد بود.
در گاف انرژی غیر مستقیم، الکترون از باند هدایت به باند ظرفیت منتقل می شود. منتهی ضمن انتقال دچار تغییر در اندازه حرکت یا تکانه می شود. و انرژی به جای انتشار فوتون عموماً به صورت گرما به شبکه داده می شود. در این نیمه رسانا مینیمم باند هدایت در مقابل ماکزیمم باند ظرفیت قرار نگرفته است.
در یک نیمه هادی با گاف مستقیم، حداکثر باند ظرفیت و حداقل باند رسانش در مرکز K=0 رخ می دهد. که در شکل (2-4) نشان داده شده است. برای گذار الکترون ها به سمت پایین و یا بالا، لازم نیست اندازه حرکت یا درگیر شدن یک فوتون تغییر کند.
در نتیجه، در نیمه هادی با گاف مستقیم به وسیله جذب یک فوتون الکترون به باند رسانش می رود. اندک زمانی ساکن می ماند و نهایتاً با یک حفره باند ظرفیت باز ادغام می شود تا نوری با انرژی برابر با گاف منتشر شود. این فرآیند در نیمه هادی های غیر مستقیم کاملاً متفاوت است.
دیاگرام باند نمایش داده شده نشان می دهد کمینه باند

مطلب مشابه :  مقاله رایگان دربارهافغانستان، استفاده و رضامندی، توسعه سیاسی، خانواده ها

دیدگاهتان را بنویسید