هدف اصلی در این پروژه ساخت افزاره دیود اثر میدانی در آزمایشگاه نانو الکترونیک دانشگاه تهران بوده است. به همین منظور با استفاده از دستگاه های لازم، از جمله کوره های آلایش بور و فسفر، کوره رشد اکسید ، ابزار مربوط به لایه نشانی پلی سیلیسیم و اتصالات و دستگاه اندازه گیری مشخصه ها، به ساخت و مطلوب سازی عملکرد افزاره پرداختیم. سعی بر این بوده است که نمونه های ساخته شده با متغیر های متفاوت در هر افزاره در یک فرآیند ساخت قرار گیرند تا قابل مقایسه باشند. این متغیر ها عبارتند از: ضخامت و کیفیت لایه های مختلف اکسید و پلی سیلیسیم، زمان و میزان آلایش نواحی سورس و درین، فواصل گیت ها و مشخصه های دیود در ولتاژ های مختلف. در نهایت با ساخت موفقیت آمیز دیود اثر میدانی در ابعاد میکرونی برای اولین بار و تکرار پذیری نتایج مورد انتظار که در شبیه سازی ها توسط نرم افزار silvaco-tcad به دست آمده بود، این افزاره به دنیای الکترونیک معرفی شد.

در این پایان نامه ما به بررسی روش های عملی ساخت تماس های اهمی بین فلز و نیمه هادی و کاهش مقاومت تماس بین آنها به منظور کاربرد در افزاره های نیمه هادی به ویژه سلول های خورشیدی پرداخته ایم. در ابتدا به فیزیک حاکم بر مسئله اشاره شد و سعی کردیم تا علت ناکارآمد بودن دقیق تئوری را در بعضی موارد روشن کنیم و بعد از آن به راهکارهای عملی ایجاد تماسهای با کیفیت بالا پرداخته ایم. لایه نازک cr و اکسید ایندیوم آلاییده شده با قلع (ito) را جهت ساخت اتصال فلزی با کیفیت بسیار بالا (هم از نظر مقاومت تماس پایین و هم از نظر پایداری تماس ) مورد بررسی و مطالعه قرار داده ایم. که برای این امر لایه های نازک کروم به روش کندوپاش بر روی زیر لایه ito لایه نشانی کرده ایم. مقاومت تماس، مقاومت تماس ویژه و مقاومت ویژه سطحی را جهت بررسی خواص الکتریکی آن اندازه گیری و اثر تغییر پارامترهای مختلف، از قبیل اثر ضخامت، تغییر توان rf دستگاه لایه نشانی و تغییر شار گاز آرگون در لایه نشانی و گرمادهی بر روی نمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. لایه های نازک کروم در سه ضخامت 150،300 و600 نانومتر بر روی زیرلایه ito ایجاد شدند و کمترین مقاومت تماس ویژه در اتصال لایه نازک کروم 600 نانومتری بر ito به دست آمد. لایه نشانی در توان های rf 100،150،200،250و300 وات نیز صورت گرفته است و مقاومت تماس و مقاومت تماس ویژه در این حالت نیز محاسبه گشته و بهترین نتیجه برای لایه ی نشانده شده در توان 150 وات گرفته شد. در مرحله بعد به بررسی تغییرات شار گاز آرگون 10،30،50 و70 sccm پرداخته و کمترین مقدار مقاومت تماس را برای اتصال ایجاد شده در شار گاز 10 sccm گزارش نمودیم. آنالیز xrd برای بررسی ساختار بلوری و آنالیز میکروسکوپ الکترونی sem برای بررسی ساختار سطحی لایه های نازک کروم مورد استفاده قرار گرفته اند.

هدف این پایان نامه دکتری بررسی عملکرد ترانزیستوری دیود اثر میدانی (fed) است. ساختار این دیود مشابه با یک mosfet می باشد، بطوریکه آلایش سورس و درین آن متفاوت بوده و دارای دو گیت بر روی کانال است. این ترانزیستور قابلیت روشن و خاموش شدن با ولتاژ گیتها را دارد. نتایج حاصل از شبیه سازی این افزاره با استفاده از نرم افزار minimos-nt نشان می دهد که این ترانزیستور با ساختار معمولی آن در ابعاد میکرومتری به آسانی با اعمال ولتاژ مناسب روشن و خاموش می شود. هنگامیکه ابعاد این افزاره به زیر میکرومتر کاهش می یابد، افزاره با اعمال ولتاژ حالت خاموش، جریانی در حدود جریان حالت روشن عبور می دهد. برای اصلاح این رفتار ساختار اصلاح شده fed پیشنهاد شده که نواحی سورس و درین در آن، از هر دو نوع آلایش n وp ساخته شده است. fed اصلاح شده با اعمال ولتاژ مناسب روشن و خاموش شده بطوریکه جریان خاموشی بسیار کمی از آن عبور می کند. ساختار پیشنهادی با یک mosfet با ابعاد مشابه مقایسه شده است. نتایج حاکی از آن است که نسبت ion/ioff در ساختار fed نسبت به mosfet با ابعاد مشابه حدود ده تا صد برابر بیشتر می باشد. از آنجا که هدف اصلی این پایان نامه دکتری ساخت fed معمولی بوده و مراحل ساخت آن تا حدودی با ساختار mosfet مشابه می باشد، مراحل ساخت نیز مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجایی که در فرآیند ساخت دیود اثر میدانی اصلاح شده در ابعاد نانومتری، نیاز به ایجاد نواحی سورس و درین با عمق بسیار کم در مناطق انباره وجود دارد، دیود اثر میدانی با اتصالات جانبی پیشنهاد گردید تا بتواند این نیاز را رفع نماید. در نتیجه همراه با بررسی رفتار دیود اثر میدانی، عملکرد دیودهای اثر میدانی با اتصالات جانبی هم مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهند که دیودهای اثر میدانی دارای عملکرد مناسب تری نسبت به mosfet ها هستند. این قطعات دارای سرعت بالایی بوده و جریان آن ها نیز در مقایسه با mosfet ها به دلیل عدم انسداد و اثر الکترون های داغ، اشباع نمی شود. از اینرو می توان دیودهای اثر میدانی را گزینه مناسبی به جای mosfet در برخی از کاربردهای دیجیتال در نظر گرفت. همچنین از آنجا که این افزاره از جمله ساختارهای جدیدی می باشد که تاکنون بسیاری از مشخصات آن مورد بررسی قرار نگرفته، در این رساله به مدلسازی آن پرداخته شده است. در اینجا سعی شده است که بتوان یک مدل ریاضی برای ساختار معمولی آن ارائه شود.

در این پروژه سعی بر آن بود که خاصیت الکترونیکی و مکانیکی نانو لوله ها مورد بررسی قرار گیرد با توجه به اهمیت خواص مکانیکی نانو لوله ها مانند سفتی، مدل یانگ بالا و نسبت استحکام به چگالی بالا و همچنین کاربردهای فوق العاده این خاصیت در ادوات مختلفی مثل سنسورها، محرک ها و در ادوات الکترونیکی مثل مدارهای مجتمع، ترانزیستورها، ذخیره سازی و حافظه ها، ساخت ماشینهای شبیه سازنده، نیمه هادی ها؛ اساس صنعت الکترونیک کنونی، ابر خازنهای الکتروشیمیایی و . . . ما را برآن داشت که به بررسی این خاصیت مهم بپردازیم.در حال حاضر روشهای مختلفی برای بدست آوردن کمیات مورد نظر وجود دارد مثل تئوری تابع چگالی که یکی از دقیق ترین روشهاست اما استفاده از این روش مستلزم زمان زیاد برای محاسبات و به کار بردن ابزارهای محاسباتی دقیق است. ما در این تحقیق از روش الکترواستاتیکی کلاسیک برای بدست آوردن توزیع بار روی سطح نانو لوله استفاده کرده ایم و با مقایسه نتایج بدست آمده از این روش با روش تئوری تابع چگال به این نتیجه رسیدیم که الکترو استاتیک کلاسیک در ابعاد نانومتری هم می تواند به درستی جوابگو باشد و در ادامه برای محاسبه اثر تنش محوری (استرس)،کشش محوری بر تغییرات بندگپ و بررسی خصوصیات الکتریکی و فیزیکی و مکانیکی مانند تغییرات طولی، عرض وپیچشی نانولوله در اثر تزریق بار یا میدان از روش شبکه الکترونی ساده استفاده شده است.

در این پروژه ماده پیشنهادی اکسید آلومینیوم بوده که پس از معرفی پاره ای از خواص فیزیکی و شیمیایی و همچنین بحثی اجمالی بر کاربردهای متنوعش خواص الکتریکی و نوری آن مفصلا مورد بررسی قرار گرفت.نتیجه بدست آمده به این صورت بود که: اکسید آلومینیوم درای خواص الکتریکی غالبی است که بشدت موجب ارتقا کیفیتی خواص الکتریکی در استفاده همزمان با لایه های نازک دیگر میشود.درواقع هدف اصلی بررسی میزان جذب و بازتاب نور توسط لایه های نازک اکسید آلومینیوم بوده که بهمین منظور از بیضی سنجی استفاده شد.همچنین در ادامه کار از برنامه کامپیوتری جهت رفع مشکل شفافیت زیر لایه استفاده گردید .تا در انتها از خواص ایده ال الکتریکی این ماده بهمراه ایجاد جذب بالای نور و کاهش اتلافات ناشی از عبور و بازتاب با استفاده از تغییر در ضخامت بکار برده شده در صنایع الکترونبک_ مانند سلولهای خورشیدی که با بکارگیری انرژی هیبریدی انرژی الکتریکی تولید میکنند_ استفاده گردد.

بررسی و اندازگیری طول عمر حامل ها در مولتی کریستال سیلیسیم بلور سیلیسیم به دلیل شکاف نواری مناسب و غیر سمی بودن به عنوان یک عنصر تجاری، انتخاب مناسبی برای سلول های فتوولتاییک است. از تجزیه و تحلیل ضریب پُرکنندگی و بازده تبدیل سلول خورشیدی آشکار است که عملکرد سلول خورشیدی با پارامترهای فیزیکی مثل طول عمر حاملهای اقلیت، طول های نفوذ، عمق نفوذ، چگالی های ناخالصی، مقاومت سطحی، مقاومت های سری و شانت، پوشش ضد بازتاب و ساختار پیوندی تعیین می شود. بنابراین به منظور طراحی سلول خورشیدی بهینه، همه این پارامترها روی بازده تبدیل سلول خورشیدی تاثیر می گذارد. در این پایان نامه به اندازگیری و تفسیر طول عمر حامل در مولتی کریستال سیلیسیم پرداخته می شود. تاثیر نفوذ فسفر روی ویفرهای مولتی کریستال سیلیسیم برای کاربرد در سلول های خورشیدی بررسی شده است که لایه n+ ناخالص شده توسط کوره نفوذ شکل گرفته است. اندازگیری طول عمر موثر حامل ها توسط دستگاه ?-pcd صورت می گیرد که افزایش طول عمر موثر را نسبت به حالت قبل از نفوذ نشان می دهد. در این پایان نامه 32 آزمایش با تغییر زمان پیش نشست، دمای پیش نشست، زمان فرورو، شار اکسیژن و شار pocl3 انجام شده است. سپس به بررسی عاملها توسط طراحی فاکتوریل که روشی مهم برای تعیین اثرات متغیر های متعدد روی یک پاسخ است، پرداخته شده است. به کمک طراحی فاکتوریل تعداد آزمایش های انجام شده به منظور مطالعه عوامل چندگانه کاهش می یابد و اثر هر عامل و همچنین اثر متقابل عواملرا نیز نشان داده می شود. روش فاکتوریل، روشی مفید برای طراحی آزمایشات در تنظیم آزمایشگاهی و صنعتی است. با این روش تعداد آزمایشات کاهش یافته که در وقت و هزینه صرفه جویی شده است. روش فاکتوریل یک تجزیه و تحلیل آماری برای تأثیر هر پارامتر است که اساساً روشی سازمان یافته برای هدایت آزمایشات است تا بیشینه اطلاعات را از تعداد آزمایشات محدود شده خارج کند. طراحی آزمایشگاهی فاکتوریل اهمیت زیادی برای کاربردهای تولیدی داشته است.

در این پروژه طراحی، ساخت و اندازه گیری بر روی برخی از احساسگرهای مینیاتوری که در فن آوری لایه های نازک و میکروالکترونیک قابل ساخت می باشند صورت گرفته است. تمامی مراحل ساخت که شامل طراحی اولیه، ساخت نقاب روی شیشه، لایه نشانی موادی چون (s03n4, sio2, ge, cu, al, ni,cr) زدایش و الگودهی این لایه ها و ایجاد اتصالات می باشد باموفقیت انجام شده است. از جمله احساسگرهای ترموکوپلی ساخته شده در این پروژه احساسگرهای شارژ و اشکار سازهای مادون قرمز بوده است. ساخت این حسگرهای ترموکوپلی علاوه بر زیر لایه های شیشه ای بر روی زیر لایه های انعطاف پذیری چون pet گزارش می شود. نمونه های مختلفی ساخته شده و مورد ازمایش قرار گرفته است که نتایج آن گزارش می شود. در این راستا ساخت غشاء نازک شیشه ای و میکروکوپل هایی از جنس نیترید سیلیکان و ایجاد غشای نازک بر بستر pet انجام گرفته است. ریزماشینکاری بسترهایی از جنس پلاستیک pet برای ساخت حفره ها و غشاهای نازک تشریح می شود. dmf به عنوان حلال pet و نقاب چندلایه ای ge/cu برای اینکار بکار برده می شوند. نرخ زدایش حدود 12mn/hدر حضور اشعه ماوراء بنفش با طول موج 360nm شدت 35mw/cm2 در دمای 115 بدست آمده است. حساسیت افزاره های ساخته شده از جنس فلز-فلز و فلز-نیمه هادی مقایسه شده است که این مقایسه حساسیت بیشتر افزاره های فلز-نیمه هادی را آشکار می کند. که در این راستا کریستالی نمودن لایه های نیمه هادی که در حسگرهای مینیاتوری نیمه هادی بکار برده شده است، به خصوص بر روی زیر لایه هایی از جنس pet برای اولین بار گزارش می شود و روش هایی از آنالیز سطحی مورد مطالعه قرار گرفته است.

با پیشرفت صنعت الکترونیک، دانشمندان به فکر کوچک کردن قطعات افتادن تا بتوانند تعداد زیادتری ترانزیستور و دیود و سایر المان های مدار را در یک تراشه با ابعاد ثابت قرار دهند. تلاش های آن ها در طی سالیان اخیر منجر به ساخت پردازنده های پیچیده تر و قدرتمندتری شده است. در این میان سوالی پیش می آید که این کوچک کردن قطعات تا چه اندازه ای می تواند پیش رود. برای بررسی این موضوع اتصال فلز به نیمرسانا را انتخاب می کنیم. این اتصال به دو صورت اتصال اهمی و اتصال فلز نیم رسانا است. آیا در این اتصال اتم های فلز درون نیم رسانا نفوذ می کنند. مقدار نفوذ این اتم ها در نیم رسانا به چه میزان است. برای بررسی این سوالات از شبیه سازی lammps استفاده می کنیم. مجموعه ای از شبیه سازی ها با دما های مختلف در حضور غلظت های مختلفی از اتم آرگون انجام می دهیم. و نتایج را بررسی می کنیم. برای نمونه طی شبیه سازی با دمای 300 درجه کلوین و بدون حضور اتم های آرگون (خلاء)، اتم های مس به حدود 2/5 آنگسترم در سیلیکون نفوذ کرده اند. تا پایان شبیه سازی تراکم این اتم ها در این عمق نفوذ در حال افزایش است.

همانطور که می دانید فلوئورین تین اکساید (fto) یک نیمه رسانا نوع n است.این نیم رسانا برتریهایی نسبت به ماده ی دیگر مورد استفاده در سلولهای خورشیدی در سالهای اخیر یعنیito دارد، ازجمله ی این برتری ها می توان به مقاومت بیشتردر برابر خوردگی ودرصد عبور نور مرئی بیشتر، مقاومت الکتریکی پایین تر و میزان جذب آب کمتر اشاره کرد. به همین دلایل کاربرد fto در سلول خورشیدی مناسب تر از ito به نظر می رسد. به همین دلیل در این پایان نامه بررسی های مختلف را بر روی زیر لایه ای با جنس fto انجام داده ایم. به این منظور دو نمونه شیشه ای با روکش fto در نظر گرفتیم. سپس بر روی نمونه ها به روش کندوپاش rf با توان ها و زمان های متفاوت zno را لایه نشانی کردیم و سپس نمونه ها را تحت آنالیز های uv - vis / ir و sem و xrd و afm قرار دادیم و نتایج آنالیز را تحلیل کردیم. در مرحله بعد بر روی هر نمونه 4 ناحیه جداگانه در نظر گرفته و به روش لیزر پالسی znoهای لایه نشانی شده را تبدیل به نانو ذره کردیم، به این ترتیب که پس از محاسبه انرژی مناسب هر پالس لیزر برای تولید نانوذرات ،4 مقدارانرژی نزدیک به اندازه محاسبه شده در نظر گرفته وبه طور جداگانه هر کدام از آنها را به یک ناحیه فرستادیم. به این ترتیب 4 ناحیه در هر نمونه ایجاد شد که در آن ها توان لایه نشانی و مدت زمان لایه نشانی یکسان بود ولی انرژی پالس لیزر متفاوت بود0 سپس برای بررسی ابعاد نانو ذرات تولید شده وخواص آنها، آنالیز afm را بر روی نمونه ها انجام دادیم ، در این راستا بهترین انرژی برای تولید نانو ذرات ریزتر و مطلوب تر را برای هر نمونه بدست آوردیم و در مقایسه آنالیز نمونه ها قبل و بعد از اعمال لیزر پالسی در موارد خاصیت عبور نورمرئی، انعکاس نور، زبری سطوح و مقابله با خوردگی در سطوح مختلف و خاصیت جذب آب از سطح هر نمونه به نتایجی رسیدیم و در این راستا تاثیر این موارد را در میزان بازده و عملکرد سلول خورشیدی مورد بررسی قرار دادیم.

کاربردهای سلول های خورشیدی اکنون بخش مهم ولاینفک زندگی روزمره ما را تشکیل می دهند و در بسیاری از صنایع و تکنولوژی روز جهانی، به بهره برداری رسیده اند. سلول های خورشیدی بر پایه سه نسل اول، دوم و سوم تولید شده اند. نسل اول شامل ساختارهای سیلیکانی ساده با پیوند p-n است. نسل دوم شامل سلول های لایه نازک می باشد که بر اساس لایه نشانی بر روی شیشه و یا مواد دیگر به دست می آید. در سال های اخیر، تکنولوژی های جدیدی تحت عنوان نسل سوم ، برای دستیابی به بازده بیش تر در ساختارهای خورشیدی ارائه شده است. فناوری نانو، راه حل های جدیدی را در بهبود کیفیت تولید سلول های خورشیدی نسل سوم ارائه کرده است. مزایای استفاده از نانوساختارها برای جمع آوری بیش تر انرژی خورشیدی به صورت الکتریکی و نوری هستند. همان طور که نور از ساختار سه بعدی سلول خورشیدی عبور می کند، پراکندگی و طول مسیر موثر را برای جذب نور افزایش می دهد. هدف کلی در ارائه ساختارهای جدید بر روی سطوح ضد بازتاب و تغییر ساختارهای سطح، کاهش میزان بازتاب نور خورشید از سطح سلول و افزایش جذب نور(دام یا تله نوری) در آن می باشد. در این پایان نامه انواع سلول های خورشیدی و میزان بازدهی آن ها و عوامل موثر در نوع ساختار سلول ها مورد مطالعه قرار گرفته و ساختار های جدید سه بعدی هرمی، هرمی با فاصله و هرم بر روی استوانه ارائه شده است. هم چنین، تأثیر نانوساختارها بر افزایش جذب نور و کاهش بازتاب از سطح براساس زوایای مختلف تابش شده بررسی و به مقایسه ساختار پیشنهادی با نانوسیم های سیلیکانی بر اساس جذب پرداخته شده است. شاخص بازتاب کلی بر حسب طول موج نور تابشی سلول به کمک شاخص های بهینه بازتاب مورد تحلیل قرار می گیرد و شبیه سازی های ارائه شده به کمک نرم افزار matlab انجام شده است.

با توجه به کمبود انرژی و افزایش جمعیت جهان و نیاز روزافزون به تأمین انرژی نیاز روز افزون به منابع انرژی تجدید پذیر شدت گرفته است . با توجه به موقعیت جغرافیایی و آب و هوایی ایران زمینه مستعدی برای بکارگیری سلول های خورشیدی دارد از اینرو توجه به طراحی و بهینه کردن سلول های خورشیدی از قدم های اولیه در انجام این مهم می باشد. در این پایان نامه بهینه فاصله میان کنتاکت های فلزی سطح رویی سلول های خورشیدی بهینه سازی شد و بازدهی آنها در اندازه های مختلف مورد اندازه گیری قرار گرفت.

چکیده ندارد.