در فصل اول به بررسی مطالب مربوط به شناخت نانولوله های کربنی و مفاهیم اولیه نانو لوله ها پرداخته شده است. در این بخش با انواع نانولوله ها و بردارهای پایه و باندهای الکتریکی نانولوله های کربنی آشنا شده و در ادامه انواع روش های ساخت از جمله روش به کار گرفته شده در این پایان نامه آورده شده در انتها خواص مختلف نانولوله ها و همچنین کاربرد آنها به عنوان انگیزه اصلی پایان نامه بیان شده است. در فصل دوم مکانیزم های گسیل الکترونی بیان شده و مشخصا راجع به گسیل میدانی بحث شده است. این فصل بیشتر به بررسی فعالیت های انجام گرفته شده در زمینه گسیل میدانی نانو لوله های کربنی می پردازد و در بعضی موارد نتایج حاصل از شبیه سازی های پایان نامه نیز آورده شده اند. در طول این فصل مدل فولر نوردهایم آورده شده. فصل سوم به توضیح اجمالی در مورد روش رشد پلاسمای افزایشی و شرح قسمت های مختلف دستگاه پرداخته و در ادامه مراحل رشد نانولوله ها تشریح شده است. در انتها عوامل موثر در رشد نانولوله ها مورد بررسی قرار گرفته اند. فصل چهارم به شرح آزمایشهای انجام شده در این پایان نامه و اندازه گیری و بررسی عوامل موثر در گسیل میدانی از نانولوله های کربنی اختصاص داده شده است. فصل پنجم به امکان سازی ساخت ترانزیستورهای گسیل میدانی و روش های مختلف ساخت آن از جمله روش استفاده شده در دانشگاه تهران پرداخته و در ادامه نتایج حاصل از شبیه سازی ساختار حاوی گیت (ترانزیستور گسیل میدانی) آورده شده اند. فصل ششم به جمع بندی و پیشنهاد برای کارهای آینده می پردازد.

یکی از ویژگی های اساسی مواد هادی مقاومت الکتریکی آن هاست که با داشتن تعداد الکترونهای آزاد لایه ظرفیت می توان مقاومت الکتریکی آن ماده را پیدا نمود. با اندازه گیری مقاومت الکتریکی مواد می توان ویژگیها و مشخصات ماده را تعیین نمود. در این پایان نامه بنا داریم به اندازه گیری مقاومت الکتریکی با استفاده چهار پراب همراستا با فاصله ثابت از هم که در تماس با سطح یک ویفر سیلیکونی هستند اقدام کنیم. در عمل ممکن نیست که یک ماده را به مربع های کوچک تقسیم کنیم تا بخواهیم مقاومت تماسی انتهای سطوح را بدست آوریم. روش عملی و مفید اندازه گیری مقاومت الکتریکی استفاده از پراب 4 نقطه است که در آن 4 پراب با سطح فوقانی یک ورقه نازک یا یک ماده خاص تماس داده می شوند. این چهار پراب، همراستا و یا خطی در نظر گرفته می شوند و با یک فاصله ثابت از هم قرار می گیرند. جریان از انتهای دو پراب عبور داده می شود، و ولتاژ بین مرکز دو پراب دیگراندازه گیری می شود. از جمله ویژگی های که هد پراب باید داشته باشد. فاصله بین پراب ها، شعاع پراب ها، جنس پراب ها، اتصال نوکها با کانکتور و فشاری که بر آن ها اعمال می گردد. فاصله بین نوکهای پراب بر اساس اندازه نمونه انتخاب می گردد. هد باید دارای ظریفترین شعاع و بالاترین فشار اعمالی ممکن باشد. فشار اعمالی به نوک پرابها بوسبله فنرهایی فراهم می شود که کالیبره شده اند تا همواره فشار یکسانی به آن ها وارد کنند. این فشار باید تا حدی باشد که تماس آن همواره حفظ شود و یا اینکه اندکی در ماده فرو برود. هر کدام از نوک پرابها دارای فنری مستقل به خود هستند و این فنر باید به گونه ای باشد تا فشار یکسانی را بر نوک اعمال نماید و این فشار باید حتی در صورتیکه سطح به طور کامل مسطح نیست یا هد پراب به خوبی تنظیم و همراستا نیست، تماس نوک پراب به ماده را تضمین نماید. برای آنکه بهترین دقت در اندازه گیری را داشته باشیم، نوک پراب باید به سختی الماس باشد. اوسمیم عنصری است که از تنگستن سخت تر است. سختی اوسمیم خیلی شبیه به سختی الماس است. و مانایی بالایی از خود نشان می دهد. جهت دریافت اطلاعات ورودی، انجام محاسبات و نمایش نتایج روی صفح? نمایش و کلیه عملیات کنترلی از یک میکروکنترولر استفاده شده است. با استفاده از مبدل آنالوگ به دیجیتال داخلی میکروکنترولر قرائت ولتاژ وجریان، به جای ولت متر و آمپر متر به نحو مطلوبی عملیاتی شده و به این ترتیب دستگاه با هزینه ای پایین طراحی و ساخته شده است. چنانچه به دقت بسیار بالاتری نیاز باشد می توان از یک مبدل آنالوگ به دیجیتال بیست بیتی به جای مبدل داخلی میکروکنترولر بهره گرفت.

با نیاز روزافزون تکنولوژی به سرعت بیشتر، ادوات با سرعت بیشتر جایگزین ادوات کم سرعت شده¬اند. تکنولوژی bjt (bipolar junction transistor) پاسخگویی مناسب نبوده و ترانزیستورهای دو قطبی نامتناجس hbtها (heterojunction bipolar transistor) توانسته¬اند نقص سرعت و توان bjtها را برطرف نمایند از طرفی هزینه ساخت پایین¬¬تری نسبت به ادوات نوری دارند. hbtها از ترکیب مواد گروه چهارم تشکیل می¬شوند، که در این پایان¬نامه در زمینه sige:c hbt (sillicon-germanium-carbon heterojuncton bipolar transistor) بحث می¬شود. این ترانزیستور امکان مهندسی باند ممنوع برای رسیدن به سرعت و بهره¬ی بالاتری را می¬دهد. با افزودن ژرمانیوم به سیلیسیوم در بیس ترانزیستور تغییراتی در باند ظرفیت و هدایت اتفاق می¬افتد، که سبب تسریع حرکت حامل¬ها شده، سرعت ترانزیستور را بالا می¬برد. چگونگی این تغییرات و مهندسی باند ممنوع در این پایان¬نامه بیان خواهدشد. لایه¬نشانی (deposition) sige در بیس به شکل¬های متفاوتی انجام می¬شود. پروفایل¬های sige موجود عبارتند از جعبه¬ای (box)، ذوزنقه¬ای (trapezoidal) و شیب¬دار (graded). پروفایل sige شیب¬دار، که بصورت افزایش خطی از لبه¬ی بیس- امیتر تا لبه¬ی بیس- کلکتور می¬باشد، به این دلیل که در بیس میدان شبه مجازی ایجاد می¬کند، باعث تسریع حرکت حامل¬ها نسبت به پروفایل جعبه¬ای خواهدشد. از طرفی در پروفایل شیب¬دار به این دلیل که مقدار sige در لبه¬ی بیس- امیتر کم است در نتیجه باند هدایت در لبه¬ی بیس- امیتر نسبت به باند هدایت در پروفایل جعبه¬¬ی که sige در تمام بیس یکسان است، بالاتر قرارگرفته و سبب کاهش بهره می¬شود. که در این صورت بهره در پروفایل جعبه¬ای نسبت به شیب¬دار بیش¬تر است. افزایش دوپینگ برون (boron) در بیس از سمتی باعث کاهش زمان گذر و از سمتی از جریان بیس ایده¬آل فاصله می¬گیریم، که بایستی مبادله مناسبی بین این دو المان انجام شود. پدیده پخش به بیرون (outdiffiosion) برون باعث گسترده¬تر شدن ضخامت بیس شده، که این مسئله مطلوب نیست. برای بهبود این مسئله دوپینگ (dopping) کربن در بیس سبب کاهش پخش به بیرون، برون شده و از گسترده¬تر شدن بیس جلوگیری خواهدکرد، که سبب افزایش بهره و سرعت خواهدشد. در این پایان¬نامه پروفایل¬های مختلف sige در بیس sige hbt توسط نرم¬افزار atlas شبیه-سازی¬شده و با توجه به نتایج پروفایل شیب¬دار 8% برای سیلیسیوم- ژرمانیوم در بیس انتخاب شده¬است. سپس sige:c hbt با پروفایل sige، 8% شیب¬دار در atlas مدل¬سازی شده و نتایج نشان¬می¬دهد، دوپینگ کربن در راستای بهبود ترانزیستور عمل می¬کند. به منظور بررسی مکان دوپینگ کربن در بیس، پروفایل¬های مختلفی از کربن در بیس بررسی شده، این چهار مدل در atlas شبیه¬سازی¬شده و مدلی از دوپینگ کربن که کربن به¬طور مساوی بالای بیس (لبه¬ی اتصال بیس- امیتر) و پایین بیس (لبه¬ی اتصال کلکتور- بیس) انتخاب¬شده¬است، مدل¬ نهایی sige:c hbt ارائه شده با پروفایل sige، 8% شیب¬دار و مدل کربن بیان شده دارای ماکزیمم فرکانس قطع 450ghz و بهره جریان فرکانس پایین 4000 است.

در این پایان نامه با استفاده از بلورهای فوتونی به طراحی و شبیه سازی یک بیوسنسور نوری پرداخته¬ایم، که این بیوسنسور به سبب استفاده از ساختار سه لایه inp/ ingaasp/inp قابلیت مجتمع سازی با منبع نور و آشکار ساز در یک تراشه را دارا می¬باشد. این شبکه بر اساس ساختار حفره¬ای مثلثی بوده و در طول موج ?m55/1 طراحی شده است. در این پایان نامه، سعی در طراحی بیوسنسور بلور فوتونی براساس تداخل سنج ماخ زندر داریم. به همین منظور در فصول اولیه به معرفی بلورهای فوتونی و عوامل موثر در آنها پرداخته و سپس مروری اجمالی بر اساس کار در این بیوسنسورها صورت گرفته است. برای طراحی ابتدا یک ساختار ساده با دو میکرو حفره بررسی شده و به حساسیتی درحدود 10nm/riu ¬(با پر شدن تنها دو میکروحفره) رسیده¬ایم. در ادامه یک طرح ساده براساس ماخ زندر را در نظر گرفتیم که به سبب افت بسیار شدید در بازده انتقال، به هنگام ورود آنالیت، برای تشخیص آنالیت مناسب نبود، اما در پایان برای رسیدن به بیوسنسور بلور فوتونیmzi_ با بازده انتقال مناسب وحساسیت بالا، دو اتصال y در ورودی و خروجی سنسور به کمک تغییرات اعمالی، بهینه شده و نیز تلفات انتقال در خم¬های ورودی و خروجی از بازوها را با تغییر مکانی در چهار حفره کاهش داده¬ایم.بدین ترتیب، بیوسنسوری با بازده انتقال 91% و حساسیت 40nm/riu برای آشکارسازی آنالیت با ضریب شکست 57/1 (پروتئین) طراحی شده است.

پیوند جوزفسون از سه لایه تشکیل شده است. لایه ی پایه ی پیوند جوزفسون، در اغلب ساختارها، لایه ی نازک نایوبیوم می باشد، که دو لایه ی دیگر بر روی آن قرار می گیرد. بنابراین، کیفیت این لایه، به طرز قابل توجه ای تعیین کننده ی کیفیت نهایی پیوند می باشد. یکی از روش های پرکاربرد برای لایه نشانی نایوبیوم، روش کندوپاش مگنترون dc می باشد. در فرآیند لایه نشانی، متغیرهای بسیاری بر کیفیت لایه ی حاصل تاثیرگذار است. از جمله ی مهم ترین این متغیرها، فشار خلاء پایه ی محفظه ی لایه نشانی، پیش از ورود گاز کندوپاش کننده، می باشد. در همه ی پژوهش هایی که پیش از این انجام شده، لایه نشانی نایوبیوم در فشار خلاء پایه ی بازه ی 10-8 تور، و یا حداکثر تا فشار 5×10-7 تور انجام گرفته است، و همیشه تصور بر این بوده است که چنانچه فشار از این مقدار بالاتر رود، کیفیت لایه ی نایوبیوم چنان افت می کند، که دیگر ابررسانا نخواهد بود. در این پایان نامه، نایوبیوم در فشارهای بیش تر از 10-6 تور و بدون سیستم خنک سازی لایه، لایه نشانی شده است. به این ترتیب، مشخص گردیده است که چنانچه سایر متغیرهای لایه نشانی در مقادیر خاصی تنظیم شود، آنگاه می توان با وجود بالا بودن فشار خلاء پایه ی لایه نشانی، و بالا بودن دمای لایه در حین لایه نشانی، به یک لایه ی ابررسانا،دست یافت. به این ترتیب، یکی از موانع بزرگ ساخت ادوات ابررسانا، که فرآهم کردن خلاء بازه ی 10-8 تور می باشد، برطرف گردیده، و تسهیل بسیاری در روند لایه نشانی و ساخت این ادوات صورت گرفته است. برای تکمیل نتایج این پژوهش ضروری است پیوند جوزفسونِ لایه های ابررسانای لایه نشانی شده در این پایان نامه ساخته شود، و عملکرد پیوندها مورد بررسی قرار گیرد.