دیود گان یکی از مهمترین ادوات نیمه هادی مایکروویو محسوب می شود که برای تولید و تقویت توان در محدوده پایین و متوسط، و فرکانس ighz تا بیش از 100ghz بکار گرفته می شود ویژگی های مثبت باعث استفاده گسترده از آن در نواحی مدارهای مایکروویو برای کاربردهای گوناگون شده است. این دیودها از نیمه هادی معدودی مانند inp, gaas و gan با ساختار باند انرژی ویژه قابل ساختند و روش های مختلف رونشانی برای ساخت آن ها استفاده شده است. در این پروژه از روش رشد رونشانی پرتومولکولی یا mbe برای ساخت دیود گان از جنس نیمه هادی gaas استفاده شده است. پس از طراحی ساختار دیود و محاسبه پارامترهای لازم برای رشد، لایه های مورد نیاز توسط دستگاه mbe رشد داده شده و کیفیت لایه ها توسط روش مشخصه نگاری ecv مورد بررسی قرار گرفت. همچنین برای انجام ازمایشات dc و بررسی کیفیت اتصال فلز، از روش فلز نشانی فلزات طلا و ژرمانیوم بر روی ویفر gaas استفاده شد و آزمایشات لازم برای دستیابی به مشخصه dc مورد نظر بر روی آن انجام گرفت.

هدف از این پایان نامه طراحی و رشد سلول خورشیدی با ساختار pn با نیمه هادی گالیم آرسناید، به روش رونشستی پرتو مولکولی (mbe) می باشد. اساس تولید انرژی الکتریکی در سلول های خورشیدی، پدیده فتوولتائیک است که طی آن در یک دیود pn براثر تابش نور، جریان الکتریکی تولید می شود. دلیل استفاده از دیود pn این است که برای تبدیل نور به انرژی الکتریکی لازم است الکترون ها و حفره های تولید شده توسط نور، از یکدیگر جدا شوند و هر دسته به یکی از اتصال های خارجی هدایت شود. برای تحقق این امر به یک میدان الکتریکی داخلی نیاز است که در نیمه هادی تولید شود و این نیز با استفاده از پیوند دیودی امکان پذیر است . در این پایان نامه سعی بر این است که اصول اساسی سلولهای خورشیدی دیودی مرور شود و به این منظور به بررسی اثر تابش نور بر نیمه هادی و پیوند دیودی و همچنین روابط و پارامترهای مهم در سلول های خورشیدی دیودی پرداخته شود.

رشد لایه های رونشستی gaas برای اولین بار در ایران با رونشستی پرتو مولکولی mbe انجام شد. این لایه ها عموما" با نرخ یک میکرون در ساعت و با ناخالصی سیلیسیم بر زیرلایه های gaas(001) رشد داده شده است . کیفیت بلوری لایه ها همزمان با انجام رشد توسط سیستم پراش بازتابی الکترون پر انرژی (rheed) تحت مراقبت قرار می گرفت . توسط توزیع نگار خازن - ولتاژ الکتروشیمیایی (ecvp) توزیع چگالی ناخالصی در عمق و نیز ضخامت لایه ها کنترل شد و با آزمایش اثر هال در دمای اتاق و دمای جوش نیتروژن مایع، قابلیت تحرک و میزان ناخالصی لایه ها و ضریب جبران سازی حاملها بدست آمد که با مقادیر گزارش شده قابل مقایسه بود. با تغییر دادن چگالی ناخالصی، رفتار سیلیسیم در gaas مشاهده و شرایط رشد تکرارپذیر و مناسب تدوین شد. وابستگی میزان شرکت ناخالصی(سیلیسیم) به فشار آرسنیک نیز مورد مطالعه قرار گرفت . با ثابت نگاه داشتن شار سیلیسیم و افزایش شار آرسنیک نسبت به شار گالیم، چگالی حاملهای الکتریکی افزایش یافت . همچنین اثر افزودن ایندیوم به صورت یک ناخالصی بر قابلیت تحرک و مقاومت مخصوص لایه ها بررسی شد. با افزودن ایندیوم از مرتبه 100ppm قابلیت تحرک حاملهای بار همزمان با چگالی آنها افزایش یافت که نشان دهنده کاهش نواقص بلوری و کاهش جبران سازی حاملها بود. به این ترتیب ، شرایط مناسب برای رشد خوب و تکرارپذیر لایه های رونشستی gaas نوع n روی زیرلایه های gaas(001) به دست آمد.

دیودگان از یک توده نیمه هادی با ساختار نواری ویژه ساخته می شود. اساس عملکرد دیودگان بر پایه تشکیل یک ناحیه رسانایی منفی در منطقه فعال آن می باشد. ساختار نوارهای باند انرژی نیمه هادی مورد نظر بگونه ای باید باشد که الکترونها تحت تاثیر یک میدان الکتریکی قوی، از یک حالت تحرک زیاد به یک حالت تحرک کم انتقال یابند که تحت این مکانیزم ، نیمه هادی در حالت رسانایی منفی قرار می گیرد، لذا در این حالت دیود با فرکانس حوزه گذرا شروع به نوسان می کند، این فرکانس بستگی به طول دیود و ولتاژ بایاس آن دارد . در صورتیکه یک مدار رزونانس خارجی به دیود گان وصل شود ، این دیود می تواند در مودهای مختلف نوسان و در فرکانس مدار رزونانس شروع به کار نماید.

در این پایان نامه گزارشی از ساخت و تست یک دیود شاتکی تولید شده با نیمه هادی ‏‎gaas‎‏ توسط دستگاه رونشستی پرتر ملکولی ‏‎(mbe)‎‏ ارائه می گردد.جهت ساخت این دیود، بعد از رشد اپیتاکسی ‏‎gaas‎‏ روی زیر لایه تک بلور با جهت (100) فلز آلومینیوم را در خلا بسیار بالا روی لایه مذکور نشانده، تا پیوند شاتکی تشکیل گردد. برای انجام تست ابتدا پروفایل ناخالصی، قابلیت تحرک ومقاومت مخصوص لایه ‏‎n‎‏ رشد داده شده را بدست آودره و پس از نشاندن لایه آلومینیوم مشخصه ‏‎c/v, i/v‎‏ دیود را ترسیم و با برازش منحنی های بدست آمده با روابط تئوری ضریب نزدیکی به آیده آل، جریان نشتی، خازن پیوند و مقاومت سری دیود را یافته و فرکانس قطع را محاسبه می کنیم.در نهایت می توان نشان داد که مقادیر بدست آمده با نتایج دیگران تطابق داشته و دیود رشد داده شده مشخصه های الکتریکی خوبی را در مقایسه با روشهای دیگر از خود نشان می دهد.

هدف از این پایان نامه طراحی و ساخت یک حسگر مغناطیسی اثر هال با استفاده از نیمه هادی گلایوم آرسناید با روش رشد رونشستی پرتوهای مولکولی mbe می باشد. اثر هال یک خاصیت فیزیکی مواد می باشد که در مواد حامل جریان الکتریکی هنگامی که تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار می گیرند به وجود می آید. در این خاصیت یک ولتاژ الکتریکی در دو سر ماده تولید می شود که این ولتاژ متناسب با حاصلضرب چگالی الکتریکی و میدان مغناطیسی می باشد و در صورتیکه جریان الکتریکی عبوریاز ماده ثابت باشد این ولتاژ متناسب با میدان مغناطیسی خواهد شد. مقدار این ولتاژ در موادی که دارای قابلیت تحرک حامل بالایی هستند بیشتر می باشد به این دلیل ما از نیمه هادی گالیوم آرسناید برای ساخت این حسگر استفاده کرده ایم همچنین این نیمه هادی در محدوده دمایی 50 - تا 150 درجه سانتی گراد دارای پایداری حرارتی خوبی می باشد و از نقطه نظر تکنولوژیکی نیز نسبت به دیگر نیمه هادی های همچون ‏‎inas‎‏ و ‏‎insb‎‏ که دارای قابلیت تحرک حامل بالایی می باشند در صدر قرار دارند. برای رشد لایه گالیوم آرسناید از روش رونشستی پرتوهای مولکولی mbe استفاده شده است . در این روش تحت خلا بسیار بالای ‏‎10-7 torr‎‏ پرتوهای مولکولی عناصر گالیوم آرسناید و ناخالصی نوع ‏‎n‎‏ سیلیسیوم بر روی سطح زیر لایه داغ کریستالی گالیوم آرسناید با جهت کریستالی (001) نشانده شده است. دو نوع لایه گالیوم آرسناید با غلظت الکترونهای ‏‎n‎‏ و قابلیت تحرک الکترون متفاوت رشد داده شده است. در لایه اول به نام ‏‎l22‎‏ غلظت الکترونها 17 10 * 67/5 در سانتی متر مکعب و قابلیت تحرک الکترونهای ‏‎3274 cm2 /v.s‎‏ میباشد و در لایه دوم ‏‎l32‎‏ غلظت الکترونها 16 10 *2 در سانتی متر مکعب و قابلیت تحرک الکترونهای ‏‎5624 cm2/ v.s‎‏ میباشد. در لایه دوم مقداری ایندوم اضافه شده است که باعث بهبود قابلیت تحرک الکترونها شده است. این دو لایه به دو روش، مشخصه نگاری شده است و پارامترهای ‏‎n,t,u,p‎‏ آنها اندازه گیری شده است روشهای مشخصه نگاری شامل دو روش اندازه گیری اثر هال و روش الکتروشیمیایی‏‎ecv‎‏ می باشد. لایه گالیوم آرسناید روشد داده شده به فرم چهار پر ‏‎clover leaf‎‏ شکل داده شده و برای ساخت حسگر مورد استفاده قرار گرفته است. برای ایجاد کنتاکت های الکتریکی بر روی لایه گالیوم آرسناید از قلع استفاده شد و این فلز را تحت گاز ‏‎hcl‎‏ به روش ‏‎sintering‎‏ وارد لایه گالیوم آرسناید نمودیم و در نهایت حساسیت جریانی ‏‎si‎‏ حسگرها مورد اندازه گیری قرار گرفت که دو مقدار ‏‎7/3a/vt‎‏ و ‏‎312a/vt‎‏ به ترتیب برای دو حسگر بدست آورده شده است. از کاربردهای عمده این حسگرها می توان به آشکار سازهای میدان مغناطیسی و ترانزدیوسر ضبط و پخش اطلاعات و اندازه گیری میدان مغناطیسی و اندازه گیری جریان و توان الکتریکی می توان اشاره کرد.