فصل اول : ساختارهاي دورآلاييده........................... 1

مقدمه .......................................................................................... 2

1-1 نيمه رسانا.................................................................................. 3

1-2 نيمه رسانا با گذار مستقيم و غير مستقيم.............................. 4

1-3 جرم موثر............................................................................... 4

1-4 نيمه رساناي ذاتي............................................................ 6

1-5 نيمه رساناي غير ذاتي و آلايش............................... 7

1-6 نيمه رساناهاي Si و Ge ...................................... 10

1-7 رشد بلور ................................................ 13

1-7-1 رشد حجمي بلور.......................................... 15

1-7-2 رشد رونشستي مواد..................................... 15

1-7-3 رونشستي فاز مايع .......................................... 16

1-7-4 رونشستي فاز بخار....................................... 18

1-7-5 رونشستي پرتو مولکولي ...................................... 19

1-8 ساختارهاي ناهمگون....................................................... 20

 1-9 توزيع حالت‌هاي انرژي الکترون‌ها در چاه کوانتومي........................ 21

1-10 انواع آلايش......................................................................... 23

1-10-1 آلايش کپه­اي................................................................... 24

1-10-2 آلايش مدوله شده (دورآلاييدگي)...................................... 24

1-10-3 گاز الکتروني دوبعدي ................................................. 25

1-10-4 گاز حفره­اي دوبعدي............................................................ 26

1- 11 ویژگی و انواع ساختارهاي دور آلاييده ........................................ 27

1-11-1 انواع ساختارهاي دورآلاييده به­­لحاظ ترتيب رشد لايه­ها ............. 27

1-11-2 انواع ساختار دور آلاييده به لحاظ نوع آلاييدگي ( n يا p )............ 28

1-11-3 انواع ساختار دور آلاييده دريچه­دار.............................. 29

1-12 کاربرد ساختارهاي دور آلاييده................................................ 33

1-12-1 JFET......................................................................................... 33 

1-12-2 MESFET ................................................................. 34

1-12-3 MESFET پيوندگاه ناهمگون .............................................. 35

فصل دوم : اتصال فلز نيمه رسانا (سد شاتکي)...................... 38

مقدمه .................................................................................... 39 

2-1 شرط ايده آل و حالتهاي سطحي ................................. 41

2-2 لايه تهي ................................................................ 44

2-3 اثر شاتکي ................................................ 47

2-4 مشخصه ارتفاع سد.............................. 51

2-4-1 تعريف عمومي و کلي از ارتفاع سد......................... 51

2-4-2 اندازه گيري ارتفاع سد................................ 57

2-4-3 اندازه گيري جريان – ولتاژ................................ 57

2-4-4 اندازه گيري انرژي فعال سازي........................ 60 

2-4-5 اندازه گيري ولتاژ- ظرفيت............................................ 60

2-4-6 تنظيم ارتفاع سد .................................................... 62

2-4-7 کاهش سد ....................................................................... 62

2-4-8 افزايش سد....................................................................... 63

2-5 اتصالات يکسوساز . ................................................................... 64

2-6 سدهاي شاتکي نمونه  .................................................................. 64

فصل سوم : انتقال بار در ساختارهاي دورآلاييده...................... 66

مقدمه.......................................................................................... 67

 3-1 ساختار دور آلاييده معکوس p-Si/Si_1-XGe_X/Si .......................................... 68

3-2 ساختار نوار ظرفيت ساختار دور آلاييده معکوسp-Si/SiGe/Si............. 69

3-3 محاسبه انتقال بار در ساختارهاي دور آلاييده................................ 71 

3-3-1 آلايش مدوله شده ايده­آل................................................... 71

3-3-2 محاسبات خود سازگار چگالي سطحي حاملها ...................... 74

3-3-3 اثر بارهاي سطحي بر چگالي گاز حفره­اي .............................. 74

3-4 روشهاي کنترل چگالي سطحي حاملها ........................ 76

3-4-1 تاثير تابش نور بر چگالي سطحي حاملها ............................. 77

3-4-2 تاثير ضخامت لايه پوششي بر چگالي سطحي حاملها............ 78

3-4-3 دريچه دار کردن ساختار دور آلاييده ............................... 79

3-5 ساختارهاي دورآلاييده معکوس p-Si/SiGe/Si با دريچه بالا ...................... 79

3-6 انتقال بار در ساختارهاي دورآلاييده معکوس با دريچه بالا..................... 82

3-7 تاثير باياسهاي مختلف بر روي چگالي سطحي ­حفره­ها ........................... 83

3-8 ملاحظات تابع موج........................................................................ 86

3-9 وابستگي Z_av به چگالي سطحي حاملها در ساختارهاي بي دريچه................... 87

3-10 وابستگي Z_av به چگالي سطحي حاملها در ساختارهاي دريچه­دار.............. 87

فصل چهارم : نتايج محاسبات  ............................................................ 89

مقدمه........................................................................................ 90

4-1 محاسبات نظري ساختارهاي دورآلاييده بي دريچه Si/SiGe/Si .............. 91

4-1-1 محاسبات نظري n_s برحسب L_s ....................................... 91

4-1-2 محاسبات نظري n_s برحسب N_A  .................................................. 96

4-1-3 محاسبات نظري n_s برحسب n_c ....................................... 99

4-1-4 محاسبات نظري کليه انرژيهاي دخيل برحسب L_s ................. 100

4-2 محاسبات نظري ساختارهاي دورآلاييده دريچه­دار Si/SiGe/Si ............ 100

4-2-1 محاسبات نظري n_s برحسب v_g ......................................... 100

4-2-2 بررسي نمونه ها با n_sur متغير و تابعي خطي از v_g با شيب مثبت .............. 107

4-2-3 بررسي نمونه ها با n_sur متغير و  تابعي خطي از v_g با شيب منفي.......................... 114

فصل پنجم : نتايج............................................................................. 124

5-1مقايسه سد شاتکي با ساختار دورآلاييده دريچه دار p-Si/SiGe/Si ......... 125

5-2 بررسي نمودارهاي مربوط به چهار نمونه ......................................... 125

پيوست ...................................................................................................... 129

چکيده انگليسي (Abstract) ........................................................... 139

منابع................................................................................................ 141

چکيده

در ساختارهاي Si/SiGe/Si که بوسيله روش رونشاني پرتو مولکولي رشد مي­يابند به دليل ناپيوستگي نوار ظرفيت يک چاه کوانتومي در نوار ظرفيت و در لايه SiGe شکل مي­گيرد اگر لايه­هاي مجاور با ناخالصي­هاي نوع p آلاييده شده باشند حفره­های لايه آلاييده به داخل چاه کوانتومي مي­روند و تشکيل گاز حفره­اي دوبعدي در ميانگاه نزديک لايه آلاييده مي­دهند اينگونه ساختارها را ساختار دورآلاييده مي نامند .به دليل جدايي فضايي بين حاملهاي آزاد دوبعدي و ناخالصي­هاي يونيده در ساختارهاي دورآلاييده برهمکنش کولني کاهش يافته و درنتيجه پراکندگي ناشي از ناخالصي­هاي يونيده کاهش و به تبع آن تحرک­پذيري حاملهاي آزاد دوبعدي افزايش مي­يابد .چگالي سطحي گاز حفره­اي دوبعدي به پارامترهاي ساختار مثلاً ضخامت لايه جداگر ، چگالي سطحي بارهاي لايه پوششي ، ضخامت لايه پوششي ، و غيره وابسته است. علاوه بر اين در ساختارهاي دورآلاييده دريچه­دار با تغيير ولتاِژ دريچه چگالي سطحي گاز حفره­اي قابل کنترل مي­باشد . اين ساختارها در ساخت ترانزيستورهاي اثر ميداني مورد استفاده قرار مي­گيرند .

در اين پايان نامه ابتدا به تشريح ساختار دورآلاييده  Si/SiGe/Siمي­پردازيم و سپس مدلي نظري که بتواند ويژگيهاي الکتريکي گاز حفره­اي دوبعدي درون چاه کوانتومي ساختارp-Si/SiGe/Si  و همچنین ميزان انتقال بار آزاد به درون چاه و بستگي آن به پارامترهاي ساختار را توجيه کند ارائه می دهیم  .  در ساختار دورآلاييده معکوس p-Si/SiGe/Si دريچه­دار با دريچه Al/Ti/Si از اين مدل نظري استفاده مي­کنيم و با برازش نتایج تجربی تغییرات چگالی سطحی گاز حفره­ای بر حسب ولتاژ دریچه توانسته­ایم 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  .

مقدمه:

امروزه قطعات جديدي در دست تهيه­اند که از لايه­هاي نازک متوالي نيمه­رساناهاي مختلف تشکيل مي شوند . هر لايه داراي ضخامت مشخصي است که به دقت مورد کنترل قرار مي گيرد و از مرتبه 10 نانومتر است . اينها ساختارهاي ناهمگون ناميده مي شوند . خواص الکتروني لايه­هاي بسيار نازک را مي توان با بررسي ساده­اي که برخي از اصول اساسي فيزيک کوانتومي را نشان مي دهد به دست آورد [31] .

در اين فصل ابتدا به بررسي خواص نيمه­رسانا مي پردازيم سپس با نيمه­رساناهاي سيليکان و ژرمانيوم آشنا مي شويم و بعد از آن انواع روشهاي رشد رونشستي و ساختارهاي ناهمگون را مورد بررسي قرار  مي دهيم و همچنين ساختارهاي دورآلاييده را بررسي مي کنيم و در آخر نيز به بررسي کاربرد ساختارهاي دورآلاييده و ترانزيستورهاي اثر ميداني مي پردازيم.