تعیین چگالی بارهای سطحی میان – گاه

به دلیل جدایی فضایی بین حاملهای آزاد دوبعدی و ناخالصیxadهای یونیده در ساختارهای دورآلاییده برهمکنش کولنی کاهش یافته و درنتیجه پراکندگی ناشی از ناخالصیxadهای یونیده کاهش و به تبع آن تحرکxadپذیری حاملهای آزاد دوبعدی افزایش میxadیابد .چگالی سطحی گاز حفرهxadای 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 دریچهxadدار با تغییر ولتاِژ دریچه چگالی سطحی گاز حفرهxadای قابل کنترل میxadباشد . این ساختارها در ساخت ترانزیستورهای اثر میدانی مورد استفاده قرار میxadگیرند .در این پایان نامه ابتدا به تشریح ساختار دورآلاییده Si/SiGe/Siمیxadپردازیم و سپس مدلی نظری که بتواند ویژگیهای الکتریکی گاز حفرهxadای 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 دریچهxadدار با دریچه Al/Ti/Si از این مدل نظری استفاده میxadکنیم و با برازش نتایج تجربی تغییرات چگالی سطحی گاز حفرهxadای بر حسب ولتاژ دریچه توانستهxadایم چگالی سطحی بارهای میانگاه Ti/Si در این ساختارها را در محدوده (m^-2) 10¹⁵ × 78/1 تا (m^-2) 10¹⁵ × 63/4 ارزیابی کنیم

فصل اول

ساختارهای دورآلایید

مقدمه:

امروزه قطعات جدیدی در دست تهیهxadاند که از لایهxadهای نازک متوالی نیمهxadرساناهای مختلف تشکیل می شوند . هر لایه دارای ضخامت مشخصی است که به دقت مورد کنترل قرار می گیرد و از مرتبه 10 نانومتر است . اینها ساختارهای ناهمگون نامیده می شوند . خواص الکترونی لایهxadهای بسیار نازک را می توان با بررسی سادهxadای که برخی از اصول اساسی فیزیک کوانتومی را نشان می دهد به دست آورد [31] .

در این فصل ابتدا به بررسی خواص نیمهxadرسانا می پردازیم سپس با نیمهxadرساناهای 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.

1-1نیمهxadرسانا:

در مدل الکترون مستقل الکترونxadهای نوار کاملاً پر هیچ جریانی را حمل نمیxadکنند این یک روش اساسی برای تشخیص عایقxadها 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 عایقxadها و فلزات بحث گاف انرژی است گاف انرژی یعنی فاصله بین بالاترین نوار پر و پایینxadترین نوار خالی .

یک جامد با یک گاف انرژی در عایق خواهد بود. در نتیجه با گرم کردن عایق همچنانکه دمای آن افزایش میxadیابد بعضی از الکترونxadها به طور گرمایی تحریک شده و از گاف انرژی به سمت پایینxadترین نوار غیر اشغال گذار میxadکنند . جای خالی الکترونxadها در نوار ظرفیت را حفره میxadنامند این حفرهxadها ماهیتی مانند بار مثبت دارند در نتیجه در روند رسانش هم الکترونxadها و هم حفرهxadها شرکت میxadکنند . الکترونxadهای برانگیخته شده در پایینxadترین قسمت نوار رسانش قرار میxadگیرند در صورتیکه حفرهxadها در بالاترین قسمت نوار ظرفیت واقع میxadشوند .

جامداتی که در عایق بوده اما دارای گاف انرژی به اندازهxadای هستند که برانگیزش گرمایی منجر به مشاهده رسانشی در شود به عنوان نیمهxadرسانا شناخته میxadشود .

سادهxadترین عناصر نیمه رسانا از گروه چهارم جدول تناوبی هستند که به آنها نیمهxadرساناهای تک عنصری میxadگویند سیلیکون و ژرمانیوم دو عنصر مهم نیمهxadرساناها هستند . علاوه بر عناصر نیمهxadرسانا ترکیبات گوناگون نیمهxadرسانا هم وجود دارد . GaAsیک نمونه نیمهxadرساناهای است که از ترکیب عناصر گروه (Ga) و گرو(As) بدست آمدهxadاند و در ساختار زینک بلند متبلور میxadشوند . همچنین بلور نیمهxadرسانا از عناصر گروه و هم بوجود میxadآید که میxadتواند ساختار زینکxadبلند داشته باشد و به عنوان نیمهxadرساناهای قطبی شناخته شدهxadاند [1].

1-2 نیمهxadرسانای با گذار مستقیم و غیر مستقیم:

هرگاه کمینه نوار رسانش و بیشینه نوار ظرفیت یک نیمهxadرسانا در یک نقطه فضایk قرار بگیرند به چنین نیمهxadرسانایی نیمه رسانای با گذار مستقیم میxadگویند.

اما اگر کمینه نوار رسانش و بیشینه نوار ظرفیت یک نیمهxadرسانا در یک نقطه فضای k قرار نگیرند به چنین نیمهxadرسانایی نیمهxadرسانای با گذار غیر مستقیم میxadگوییم.