الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۷۱
کد مقاله
ELC171
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۴ – ساخت دیودها و رکتناهای هندسی
نام انگلیسی
GRAPHENE GEOMETRIC DIODES FOR OPTICAL RECTENNAS: Chap-04 – FABRICATION OF GEOMETRIC DIODES AND RECTENNAS
تعداد صفحه به فارسی
۲۵
تعداد صفحه به انگلیسی
۱۸
کلمات کلیدی به فارسی
دیود هندسی گرافنی, رکتنای نوری
کلمات کلیدی به انگلیسی
GRAPHENE GEOMETRIC DIODE, OPTICAL RECTENNA
مرجع به فارسی
دپارتمان مهندسی برق، دانشگاه بریگهام یانگ، دانشگاه کلرادو بولدر
دپارتمان مهندسی برق، کامپیوتر و انرژی، دانشگاه کلرادو، ایالات متحده
مرجع به انگلیسی
Brigham Young University; University of Colorado Boulder; A thesis submitted to the
Faculty of the Graduate School of the
University of Colorado in partial fulfillment
of the requirement for the degree of
Doctor of Philosophy
Department of Electrical, Computer, and Energy Engineering
کشور
ایالات متحده
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری
فصل ۴: ساخت دیودها و رکتناهای هندسی
فصل ۴
ساخت دیودها و رکتناهای هندسی
الف. دیودهای هندسی فلزی
۱- طول مسیر آزاد ـ متوسط بار دیودهای هندسی فلزی
مواد بکار گرفته شده جهت ساخت دیود هندسی می بایست دو ضروریت را داشته باشند. در ابتدا، این مواد می بایست از قابلیت مکفی در خصوص طول بار آزاد ـ متوسط حامل ـ بار (MFPL) برخوردار باشند و دوماً، لازم است تا از قابلیت مقاومت در برابر چگالی جریان بالا در امتداد گردنه تا ۱۰۶ A/cm2 برخوردار باشند. این چگالی جریان بالا از رفتار I(V) شبیه سازی شده در فصل ۳ برآورد می شود.
به طور آشکار، فلز به عنوان انتخاب اولیه ساخت دیودهای هندسی به شمار می آید. MFPL حامل های بار در فلزات در دمای اتاق برابر با ۵۰ نانومتر (Ashcroft و Mermin، ۱۹۷۶)، (Zhu، ۲۰۱۳) تلقی شده، که لزوم هندسه های کوچک گردنه غیرعملی را خاطرنشان می سازد. جدول ۴ـ۱ نشان دهنده MFPL انواع مختلف فلزات با توجه به دمای ۷۷ و ۳۰۰ K می باشد. محاسبه بر مبنای مدل Drude فلزات انجام می شود (Ashcroft و Mermin، ۱۹۷۶). با وجود آنکه در ۷۷ K، مس توده ای دارای بزرگترین MFPL، تقریباً ۳۳۵ نانومتر، می باشد، این فلز را نمی توان به عنوان اولین انتخاب برای ساخت دیودهای هندسی در نظر داشت، چرا که هدف نهایی پروژه ما حاصل آوردن انرژی خورشیدی با توجه به دمای اتاق می باشد. در دمای اتاق، نقره دارای بالاترین میزان MFPL، تقریباً برابر با ۵۰ نانومتر، است. با این وجود، فلزات لایه نازک دارای MFPL کمتری در مقایسه با فلزات توده ای یا حجیم هستند، که علت آن را می توان کرانه ها یا مرزهای دانه ای در فلزات دارای فیلم یا لایه نازک دانست (Durkan، ۲۰۱۳). رسانایی یک فلز فیلم نازک به طور عادی ۲ الی ۴ برابر کمتر از فلز توده ای یا حجیم می باشد.
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۴ – ساخت دیودها و رکتناهای هندسی
۲- دیودهای هندسی فلزی ساخته شده با استفاده از پرتوی یونی متمرکز (FIB)
شکل ۴ـ۱ نشان دهنده یک دیود هندسی می باشد که از نقره با استفاده از روش الگوبرداری پرتوی یونی متمرکز (FIB) و با استفاده از سیستم FEI Nova 600 در مرکز بررسی مشخصه های نانو مواد (NCF) در دانشگاه کلرادو ساخته شده است. ضخامت فیلم یا لایه نقره تقریباً برابر با ۵۰ نانومتر گزارش شده و پهنای گردنه (dneck) 100 نانومتری حاصل آمده است. به منظور حاصل آوردن لبه های برشی یکنواخت، یک لایه پلاتینیوم به ضخامت ۲ نانومتر بر روی نقره جهت جذب انرژی پرتوی یونی اضافه در طی فرآیند برش رسوی داده شد.
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۴ – ساخت دیودها و رکتناهای هندسی
۳- دیودهای هندسی فلزی ساخته شده با استفاده از تبخیر زاویه خراشی
در این مبحث اقدام به استفاده از روش تبخیر زاویه خراشی نیز شده است، همانگونه که در شکل ۴ـ۲ جهت تولید یک سطح SiO با ساختارهای شیبدار نشان داده شده است. تصویر میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) در شکل های ۴ـ۳ و ۴ـ۴ نشان دهنده وجود ساختارهای مثلثی شکل بر روی این سطح می باشد. شکل و اندازه این ساختارها ناسازگار بوده و کنترل آنها نیز مشکل است.
ب. دیودهای هندسی گرافنی
آماده سازی نمونه های گرافنی
با توجه به معایب فلزات فوق الذکر، در این مبحث اقدام به استفاده از گرافن شده است. MFPL گرافن را می توان با توجه به تحرک حامل ۲۰۰,۰۰۰ cm2/V−s به میزان ۱ میکرومتر در نظر گرفت (Castro، ۲۰۰۹). MFPL دراز گرافن نه تنها سبب آسانی ضروریت مرتبط با الگوسازی نانومقیاس می شود، بلکه یک اثر هندسی بزرگتر را نیز ارائه می دهد. به علاوه، گرافن می تواند چگالی جریان تا ۱۰۸ A/cm2 را تحمل کند (Avouris، ۲۰۱۰). لایه برداری و رسوب بخار شیمیایی (CVD) به عنوان دو روشی به شمار می آیند که به صورت متناوب برای آماده سازی نمونه های گرافنی از آنها استفاده می شود. به منظور حاصل آوردن نمونه های گرافنی دارای کیفیت بالا، فرآیند لایه برداری هم اکنون به عنوان بهترین روش به شمار می آید. مراحل این فرآیند در ارتباط با رویه های مورد نظر ما همانگونه که در شکل ۴ـ۵ نشان داده شده است ذیلاً ارائه خواهد شد.
پوسته گیری نازک از پوسته های گرافنی معدنی خالص بزرگ و قرار دادن این پوسته ها یا ورقه ها در انتهای یک طرف قطعه نوار اسکاچ.
پیوند مجدد این ناحیه با گرافیت به طرف نوار چسب و متعاقباً جداسازی آن. تکرار این مرحله ۴ یا ۵ بار بر روی ناحیه خالی با استفاده از یک تکه نوار مشابه تا آنکه کلیه پوسته ها یا ورقه های گرافنی کوچک به صورت یکنواخت در امتداد کلیه سطوح نواری جای گیرند.
در صورتی که ناحیه گرافیت بر روی نوار هنوز به رنگ تیره می باشد، استفاده از یک تکه نو از نوار و چسباندن آن به بخش مربوطه که در مرحله ۲ مشخص شده است و متعاقباً جدا کردن آن. تکرار این مرحله تا نوار تدریجاً پوشیده از لایه های گرافیتی خاکستری رنگ و درخشان شود.
متعاقباً، چسباندن طرف دارای چسب قطعه انتهایی نوار به ویفر سیلیکونی. فشار دادن نوار چسب مربوطه به صورت محکم بر روی ویفر و مالش آن با یک کارتک پلاستیکی. ویفر سیلیکونی با یک مقاومت صفحه ای ۱-۵ W/sq کاملاً دوپه یا یک لایه SiO2 به ضخامت ۳۰۰ نانومتر به صورت حرارتی بر روی بخش حرارتی ویفر سیلیکونی رشد داده شده تا آنکه بالاترین میزان کنتراست نوری قطعات گرافنی به دست آید. دوپه شدگی لایه سطح SiO2 به طور معنی داری بر روی ولتاژ نقطه خنثی بار (VCNP) گرافین لایه برداری شده تأثیرگذار می باشد. جهت کاهش سطح دوپه یا ناخالصی سطحی، در این فرآیند اقدام به اچ ۳۰۰ نانومتری SiO2 به ۹۰ نانومتری SiO2 با استفاده از محلول BOE شده است.
۵٫ ویفر سیلیکونی را هم اکنون می توان با استفاده از میکروسکوپ نوری مشاهده نمود. رنگ و ضخامت بسیار متغیر می باشد. یک لایه گرافنی دارای رنگی ملایم می باشد، همانگونه که در شکل ۴ـ۵ نشان داده شده است. ضخامت قطعات گرافنی نیز ممکن است زیر یک AFM برای انجام فرآیند تصدیقی متفاوت باشند.
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۴ – ساخت دیودها و رکتناهای هندسی
دیودهای هندسی گرافنی ساخته شده با استفاده از FIB
در شروع این پروژه، دیودهای هندسی با استفاده از روش FIB مدل سازی شدند. شکل ۴ـ۷ نشان دهنده دیودهای هندسی گرافنی ساخته شده می باشد. این ابزاره ها دارای لبه های صاف و dneck حداقلی برابر با تقریباً ۷۵ نانومتر می باشند. با این وجود، به استثنای چندین دستگاه، تقریباً کلیه دستگاه های گرافنی پس از فرآیند الگوبرداری رسانایی خود را از دست داده اند. چنین تأثیری را می توان به واسطه صدمات وارده در ارتباط با انجام فرآیند پرتوی یون گالیوم در نظر داشت (Prével، ۲۰۱۱). یک راهکار محتمل جهت کاربرد سیستم FIB با پرتوی یونی هلیوم مدنظر می باشد (Lemme، ۲۰۰۹)، اما در عین حال سیستم های پرتوی یون هلیومی اندکی در ایالات متحده وجود دارند. بنابراین، در این مبحث تکنیک الگوبرداری لیتوگرافی پرتوی ـ e جهت ساخت دیودهای هندسی گرافنی مورد استفاده قرار گرفته است.
دیودهای هندسی گرافنی ساخته شده با استفاده از لیتوگرافی پرتوی ـ e
به منظور ساخت مطمئن دیودهای هندسی گرافنی، در این مبحث از فرآیند فوتولیتوگرافی و لیتوگرافی پرتوی ـ e استفاده شده است. قبل از الگوبرداری قطعات گرافنی، چهار تماس فلزی بر روی ورقه های گرافنی با استفاده از لیتوگرافی نوری و فرآیند لیفت آف الگوسازی شد. تماس های فلزی (۱۵ nm Cr/40 nm Au) به صورت حرارتی تبخیر شده و از فوتورزیست NR9-1000PY برداشت شدند. با توجه به مختصات قطعات گرافنی لایه برداری شده، در این مبحث از سیستم نگارنده پرتوی ـeJEOL 9300 متعلق به سازمان فناوری و علوم Technology Facility (CNF) جهت الگوسازی شکل هندسی نامتقارن در یک حالت مقاوم maN با تون منفی استفاده شد. فلوی جریان الگوبرداری دیود هندسی گرافنی در شکل ۴ـ۸ نشان داده شده است. پس از ایجاد ویژگی رزیست، اچ پلاسمای O2 با توان W50 و فشار ۳۰ mTorr برای مدت ۱۳ ثانیه جهت اچ ناحیه گرافن محافظت نشده بکار گرفته شد.
رکتناهای ساخته شده
فرآیند ساخت رکتنا مشابه با ساخت ابزاره های تنها ـ دیودی می باشد. دو نوع از رکتناها ساخته شده اند. یکی از آنها سیستم تزویج یا کوپلینگ متشکل از دیودهای هندسی گرافنی و آنتن های پاپیونی فلزی می باشد. این آنتن به گونه ای طراحی شده است که قابلیت کار در ۲۸ تراهرتز را داشته باشد. یک تصویر AMF سیستم رکتنای ساخته شده در شکل ۴ـ۱۶ نشان داده شده است. آنتن پاپیونی طلایی متشکل از دو بازوی مثلثی به درازای ۳/۲ میکرومتر با گپ و شکاف ۵/۰ میکرومتری در مرکز می باشد (González و Boreman، ۲۰۰۵). دیود هندسی گرافنی با استفاده از لیتوگرافی پرتوی ـ e الگوسازی شده است و در ناحیه گپ آنتن جای داده شده است. به گونه ای که این سیستم از نقطه نظر الکتریکی قابلیت اتصال به بازوهای آنتن را داشته باشد. بر این مبنا در مطالعه جاری از یک پیکربندی تغذیه از لبه (Weiss، ۲۰۰۴) جهت حاصل آوردن ولتاژ DC و جریان از لبه های آنتن به سمت پدهای تماسی پروب استفاده شده است. آنتن های فلزی و آنتن های سربی تماسی با استفاده از روش لیتوگرافی نوری معمولی با یک همسوساز تماسی Suss MicroTec MJB4 الگوسازی می شوند.
دیودهای هندسی گرافنی برای رکتناهای نوری: فصل ۴ – ساخت دیودها و رکتناهای هندسی
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
