در این پایان نامه، دیود شاتکی گرافین-سیلیکون به وسیله ی ورقه کردن مکانیکی دو نوع گرافیت ( hopg و گرافیت طبیعی) بر روی زیر لایه ای از سیلیکون، ساخته شده است. زیرلایه ی سیلیکونی، پیش از قرار گرفتن گرافین، الگوسازی شده است. برای این منظور، سیلیکون تا ضخامت 300 نانومتر اکسید شده و سپس فلزات au/ti بر روی آن لایه نشانی می شوند. در مرحله بعد با استفاده از ماسک مخصوصی، فرآیند زدایش انجام می شود. پس از لایه نشانی گرافین بر روی قطعه، مشخصات dc دیود، بررسی شده و قطعه برای تست آشکارسازی آماده می شود. در فرآیند تست آشکارسازی ir، دیود شاتکی گرافین-سیلیکون تحت تابش های مختلف با طول موج های 700، 1100، 1550، 2000 و 3500 نانومتری، مورد آزمایش قرار گرفته و منحنی مشخصه ی جریان-ولتاژ آن اندازه گیری شده است. پارامترهایی نظیر پاسخدهی و بازدهی کوانتومی برای آشکارساز دیود شاتکی گرافین-سیلیکون، محاسبه و با سایر آشکارسازهای گرافینی مقایسه گردیده است. در مرحله دوم از تست های آشکارسازی، دیود شاتکی گرافین-سیلیکون تحت تابش هایی با فرکانس های (86-100)ghz و 0.102thz تست شده و منحنی مشخصه ی جریان-ولتاژ و نیز ولتاژ-زمان آن اندازه گیری شده است. آزمایشات انجام شده، در دماهای برودتی تا 140 درجه کلوین، تکرار شده و پارامترهای مختلف آشکارساز دیود شاتکی گرافین-سیلیکون در این دماها نیز سنجیده شده است. نتایج آزمایشات در حوزه ی ir و thz نشان می دهد که دیود شاتکی گرافین-سیلیکون نه تنها قابلیت آشکارسازی در این محدوده های فرکانسی را دارد، بلکه برخی مشخصه های آن نظیر پاسخدهی، از سایر آشکارسازهای گرافینی بیشتر است و برخی مشکلاتِ سایر آشکارسازهای گرافینی را با ساختار منحصر به فرد خود رفع می کند. در این پایان نامه، پاسخدهی دیود شاتکی گرافین-سیلیکون به امواج ir و نیز امواج thz، مدل شده اند و دو تئوری جدید بر پایه گرافین ارائه شده است. پاسخدهی این آشکارساز به امواج ir، به کمک تئوری فولِر توضیح داده شده و مدلی جدید که برای سیستم های دو بعدی نظیر گرافین قابل استفاده است، ارائه گردیده است. مکانیزم آشکارسازی دیود شاتکی گرافین-سیلیکون در فرکانس های تراهرتز، بر اساس تشکیل الکترون های داغ در گرافین، توضیح داده می شود و پاسخدهی دیود شاتکی گرافین-سیلیکون به امواج thz به کمک تشکیل توزیعی از حامل های داغ در گرافین مدل شده اند. مدل ارائه شده، قابلیت توضیح پاسخدهی این آشکارساز در دمای اتاق را دارد. دیود شاتکی گرافین-سیلیکون، نسبت به ترانزیستورهای گرافینی، ساختار بسیار ساده تری دارد و می تواند امواج ir و thz را در دمای اتاق آشکار کند. بازده کوانتومی بالا، آشکارسازیِ در دمای اتاق، سادگی فرآیند ساخت به همراه سازگار بودن با سیلیکون، می تواند دیود شاتکی گرافین-سیلیکون را به عنوان یک آشکارساز نوظهور در حوزه ir و thz معرفی کند.

پس از بازنگری کلی بر تکنولوژی soi مدل و ترانزیستورهای soi و انواع روش های تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال مورد بررسی قرار می گیرد. در ادامه با طراحی زیرمدارهای مبدل a/d فلاش سه بینی اثر تکنولوژی soi بر این مدل بررسی می شود. مدل های soi بکاررفته از دانشگاه برکلی و پارامترهای آنها از دانشگاه فلوریدا تهیه شده و شبیه سازی مدارات بوسیله نرم افزار pspice5.0 و spice-opus انجام شده است. براساس شبیه سازی های انجام شده مبدل a/d طراحی شده با ماسفت های قسمتی تهی شده soi 3/7 درصد افزایش سرعت نسبت به مدار مشابه bulk-cmos را نشان می دهد. این بهبود سرعت برای مبدل طراحی شده با مسافت های کاملا تهیه شده soi برابر با 35/8 درصد می باشد. در ادامه مدارات جدی با سرعت بسیار بالا بوسیله دیود اثر میدانی (fed) طراحی می شود. fed یک قطعه soi بوده و یک مدل مداری برای آن پیشنهاد می گردد. در این پایان نامه یک خانواده جدی دیجیتال با استفاده از fed معرفی شده است. براساس نتایج شبیه سازی اینورتر fed و کلید fed نسبت به اینورتر و کلید cmos به ترتیب 98 و 54 برابر سریع می باشند. سپس یک مقایسه گر با طبقه خروجی fed طراحی می شود. شبیه سازی این مقایسه گر 2/79 برابر افزایش سرعت 5/67 برابر کاهش توان مصرفی و 2/64 برابر کاهش ابعاد چیپ مدار نسبت به مقایسه گر مشابه cmos را نتیجه می دهد. در انتها با استفاده از مدارات fed یک مبدل آنالوگ به دیجتال فلاش سه بیتی cmos-fed طراحی می شود. براساس نتایج شبیه سازی این مبدل نسبت به نوع مشابه cmos 3/39 برابر سریع تر 5/67 برابر کم مصرف تر و 2/64 برابر کوچکتر می باشد.

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.

سلول خورشیدی مبتنی بر پیوند ناهمگون اکسید مس و اکسید روی azo مورد بررسی واقع گشت. اکسید مس به عنوان لایه ی جاذب این قطعه به روش کند و پاش لایه نشانی گردید. اندازه گیری های الکتریکی و نوری بر لایه های ایجاد شده صورت پذیرفت و ترکیبات مختلف اکسید مس با توجه به فشار جزیی اکسیژن محفظه ی لایه نشانی تفکیک گشت. لایه های به دست آمده مقاومتی در حدود 1 اهم سانتیمتر برای اکسید مس cu2o و 10 میلی اهم سانتیمتر برای اکسید مس cuo را دارا می باشند. نمودار ضریب جذب نمونه های cuo و cu2o ترسیم گردید و نوع جذب ماده ی cuo جذب مستقیم با گاف انرژی 1.7 الکترون ولت را به نمایش گذاشت. لایه اکسید روی به روش کند و پاش لایه نشانی گردیدو پیوند اکسید مس و اکسید روی مورد بررسی واقع شد. قطعات ساخته شده از پیوند اکسید مس cuo با ضخامت 800 نانومتر و اکسید روی azo با ضخامت 200 نانومتر بهترین عملکرد را نشان داده و مقادیر مقاومتی سری و موازی مناسب را نتیجه داد.

خواص ویژه ابرساناها و کاربردهای فراوان ادوات ابررسانایی در زمینه های آشکارسازی و پردازش در فرکانس های بالا دلیلی بر بسیاری از تحقیقات تئوری و عملی انجام گرفته است. همچنان که پیوند p-n پایه ی ساخت ادوات نیمه هادی است، در حوزه ی ابررسانایی نیز پیوند جوزفسون به عنوان خشت زیر بنای الکترونیک ابررسانایی شناخته می شود. اساس عملکرد و مشخصات الکتریکی پیوند جوزفسون و اصولا چنین پیوندهایی وابسته به لایه عایق میان دو الکترود است. در این تحقیق ساخت این لایه عایق میانی که باید ضخامتی کمتر از nm4 داشته باشد بررسی و اجرا گردیده است. فرآیندهای پلاسمایی برای زدایش و اکسیداسیون سطح الکترود پایه برگزیده شد و ساخت حدوداَ 200 نمونه پیوند جوزفسون در راستای تعیین پارامترهای مورد نظر و موثر بر پروسه ها از جمله فشار گازها، توان، زمان و ... انجام گرفت. با ارزیابی نمونه ها و بر طرف شدن چالش های موجود در ساخت نمونه ها، تکرار پذیری نیز با خطایی کمتر از 10% در ساخت نمونه ها حاصل شد. تست دمای 4k نمونه پیوند جوزفسون، چگالی جریانی حدود a/cm2 134 و معادل با مقاومت تونلی دمای اتاق ? 03/0را نتیجه داد و دستیابی به پروسه استاندارد ساخت پیوند جوزفسون با تکنولوژی nb/pb در ایران محقق گردید.

در دنیای نوین امروز استفاده از پردازش تصویر به یکی از لازمه های اتوماسیون شدن خطوط تولید، تبدیل شده است. این الزام در خطوط تولید مدارهای مجتمع، برای جداسازی مدارهای معیوب از سالم، بیش از پیش احساس می شود. از این روی در این پایان نامه تلاش شده است تا با استفاده از ویژگی های پایایی تصویرهای مدارهای مجتمع، در پیش برد این هدف گام برداشته شود. عیب یابی از روی تصویر، نیازمند دریافت تصویر، پیش پردازش، پردازش تصویر و تحلیل تصویر است. در این پایان نامه در تلاش بودیم تا با استفاده از یک تصویر منحصربه فرد و بدون کمک تصویر مرجع و سالم، فرآیند آشکارسازی عیوب در مدارهای مجتمع را پیاده سازی کنیم. در این راه به دلیل ناکارآمد بودن روش های خطی از روش نوینی استفاده شده است. این روش بر پایه شبکه های عصبی pulse coupled ارائه شده، اما برای بهبود عملکرد این نوع شبکه های عصبی، ابتکاری نوین به کار بسته شده است. این ابتکار در برابر تقریباً چگالی های نویز متفاوت، مقاوم بوده و به همین علت در آشکارسازی عیوب در مدارهای مجتمع می تواند بکار گرفته شود.

ساختار پایه ای به صورت پردازنده فازی آنالوگ دو-ورودی یک - خروجی با قابلیت پیکربندی دوباره بوسیله پالس های دامنه محدود آنالوگ و تولید کننده قواعد با استفاده از مدارات ساده با ترانزیستورهای mos ارائه شده است. یک روش ساده غیر فازی سازی با استفاده از مفهوم غیر فازیس سازی ماکزیمم پیشنهاد شده است شبیه سازی های hspice روی زیر مدارهای ساختار ارائه شده انجام شدهاست. برای کنترل سطح یک تانکر آب نیز شبیه سازی های matlab صورت گرفته است شبیه سازی ها نشان می دهند که ساختار معرفی شده سطح کنترلی خیلی نزدیک با کنترلرهای متعارف فازی تولید می کنند.

سنسورها و روش های هوشمند نمودن آنها امروزه به یکی از زمینه های گسترده تحقیقاتی تبدیل شده است. در این پایان نامه تعریف علمی سنسورهای هوشمند تصحیح و اندازه گیری خطاها مدارات واسط سنسور هوشمند، مجتمع سازی یک تابع کالیبره کننده در مفهوم یک سنسور هوشمند، منابع خطا در مسیر سیگنال سنسور هوشمند، روش های کالیبره کردن و خطی کردن انتقال سنسور هوشمند، کالیبره کردن با استفاده از پردازش سیگنال آنالوگ، کالیبره کننده و نهایتا مورد استفاده قرار دادن شبکه های عصبی جهت کالیبره کردن سنسور هوشمند بررسی و ارائه خواهد شد. همچنین روش گام به گام طراحی یک شبکه عصبی پرسپترون سه لایه دارای ورودی با بعد 4، ولایه پنهان با 9 عصب سیگموئید و یک خروجی خطی به تفصیل ارائه می شود.

در برخی ساختارهای پیوند جوزفسون بلند پاسخ های مدل فعلی پیوند با نتایج عملی، تفاوت داشته است و به همین دلیل برای رسیدن به نتایج عملی نزدیکتر، برای پیوند جوزفسون بلند، مدل جدیدی مطرح و شبیه سازی شد. در این پایان نامه ابتدا به مدل سازی پیوند جوزفسون بلند جدید، پرداخته می شود، سپس برای ساختن مدل، نرم افزار pspice انتخاب شده و مدل پیوند جوزفسون پایه به صورت شماتیک و لیست گره، ساخته می شود. دلیل انتخاب این نرم افزار داشتن انواع تحلیلهای پیشرفته ی موجود در نرم افزارهای تجاری و قدرتمند صنعت نیمه هادی مانند transient(time domain)، monte carlo ، worst casse ، avgx و همچنین داشتن ارتباط کاربری مناسب است. شبیه سازی مدل جدید و قدیمی پیوند بلند جوزفسون انجام می شود و نتایج مدل قدیمی با نتایج حاصل از نرم افزار matlab که در آن نیز از مدل قدیمی پیوند جوزفسون بلند استفاده شده است، مقایسه میگردد و نتایج مشابهی در این دو نرم افزار برای مدل قدیمی پیوند جوزفسون بلند مشاهده میگردد. در ادامه به معرفی پیوند جوزفسون گسسته و پیوسته بلند و تفاوت آن دو در مدل سازی می پردازیم. سپس با شبیه سازی دونوع مدل جدید و قدیمی پیوند جوزفسون گسسته و پیوسته بلند، مشاهده می شود که پاسخ های دو مدل در حضور جریان بایاس سرتاسری و کناری مشابه شده اما در حالت کلی دارای اختلافاتی می باشد. سپس دو مدل در حضور جریان کنترل، به ازای آستانه جریان های المان جوزفسونی و اندوکتانس های بین پیوندهای جوزفسون پایه متفاوت شبیه سازی و تفاوت در تعداد سالیتانهای آنها مشاهده می شود. در ادامه به شبیه سازی ساختاری خاص که تمایز دو مدل را بهتر نشان می دهد پرداخته و نمودارهای فاز- مکان و جریان- ولتاژ آن بررسی و تفاوت دو نوع مدل پیوند جوزفسون بلند، مشخص می شود.

دستگاه¬های لایه¬نشانی به روش کندوپاش dc مغناطیسی واکنشی برای لایه¬نشانی اکسید مس و روش تبخیر حرارتی برای لایه¬نشانی فلزات طلا، منگنز و آلومینیوم به عنوان اتصالات اهمی پیاده-سازی و راه¬اندازی شدند. فازهای اکسید مس با توجه به فشار جزئی گاز اکسیژن در محفظه لایه¬نشانی تفکیک و اندازه¬گیری¬های الکتریکی و نوری برای این لایه¬ها صورت پذیرفت. تطبیق اندازه-گیری¬های مقاومت ویژه، غلظت و تحرک حفره¬ها و میزان جذب برای فازهای اکسید مس با گزارشات مرتبط مورد بررسی قرار گرفت. اکسیدهای مس به دلیل جای خالی عنصر مس در ساختار کریستالی، نیمه¬هادی نوع p بوده و اکسید فاز cuo دارای گاف انرژی مستقیم با مقدار حدود 8/1 الکترون¬ولت می¬باشد. سلول فتوولتاییک این فاز با توجه به مشخصات نوری بهتر نسبت به فاز¬های دیگر بر پایه پیوند ناهمگون سیلیکون نوع n ساخته شد. شرایط بهبود ساختار پیوند و مشخصات الکتریکی و نوری ساختارهای بهبود داده شده، مورد بررسی قرار گرفت. برای بهترین پیوندها ولتاژ آستانه حدود 9/0 ولت، مقاومت سری حدود 1 تا 5/1 کیلو¬اهم، مقاومت موازی حدود 50 تا 70 کیلواهم، نسبت جریان خاموش و روشن در محدوده 2 ± ولت حدود 30 بدست آمده و مقدار ولتاژ مدار¬باز حدود 70 تا 100 میلی¬ولت و جریان اتصال¬کوتاه حدود 1 تا 3 میکروآمپر بر سانتیمتر مربع در تابش نور با توان 10 میلی¬وات اندازه¬گیری شد.