اتصالهای الکتریکی میان مواد یکبعدی و دوبعدی مترجم: محمود صمدپور دانشجوی دکترای فناوری نانو دانشگاه صنعتی شریف خالصه: مدلهای موجودی که برای اتصالهای الکتریکی در دست است در مقیاس نانو قابل استفاده نیست زیرا تفاوتهای برجسته و مهمی بین نانوساختارها و مواد تودهای وجود دارد این تفاوتها از خواص هندسی و الکتروستاتیکی منحصربهفرد نانوساختارها ناشی میشود. ما در این مقاله مروری اتصاالت الکتریکی را برای نانولولههای کربنی نانوسیمهای نیمهرسانا و گرافن از لحاظ فیزیکی و علم مواد بررسی میکنیم و تحقیقات اصلی و چالشهای توسعهیافته در این زمینه را بهصورت خالصه بررسی میکنیم. برای درک بهتر این مفاهیم مطالعه ویژهای نیز در مورد اتصال نانوسیمهای ژرمانیوم به طال انجام شده است. کارایی باالی الکترونیک مدرن در نتیجه کنترل دقیق جریان حاملهای بار است و با تزریق بار به مواد فعال از طریق اتصال الکتریکی شروع میشود. درک و تشخیص اهمیت تزریق و استخراج بار در ابتدای تاریخ نیمهرساناها منجر به تالش قابل مالحظهای شد با این هدف که خواص اتصالهای الکتریکی مهندسی شود و مفاهیم بنیادی علم درک شود. اخیرا محققان کاربرد نانوموادی با خواص الکترونیکی اپتیکی گرمایی و مکانیکی منحصربهفرد را بهجای مواد معمولی مورد بررسی قرار دادهاند. از بین این مواد نانولولههای کربنی نانوسیمهای نیمهرسانا و گرافن بیشترین توجه را به خود جلب کردهاند بسیاری از ادوات ساخته شده با آنها در شکل ۱ نمایش داده شده است. به هر حال اگر ادوات از نانولولهها نانوسیمها و گرافن ساخته شده باشند نیاز به درک عمیقتری از خواص اتصاالت الکتریکی در مقیاس نانو داریم تا به کمک فناوری نانو از ساخت آزمایشگاهی به سمت تجاری شدن پیش رویم. ما در این مقاله مروری بحث خود را با همتراز شدن سطوح و ترازهای انرژی الکتریکی در سطح تماس میان یک فلز و یک نانوساختار شروع میکنیم. سپس پدیده تزریق بار را عنوان میکنیم در مورد جنبههای مختلف مواد بحث میکنیم و مثالهای خاصی شامل اتصالهای میان نانوسیمهای نیمهرسانا را مورد بررسی قرار میدهیم. ما با بحث در مورد چالشهایی که در خصوص گسترش اتصاالت با کارایی باال با نانوساختارها وجود دارد و همچنین فرصتهایی که با امکانپذیر شدن چنین اتصاالتی به دست 34 سال يازدهم بهمن 91 شماره 11 پياپي 184
حطس با که )قرمزرنگ( نیمهرسانا نانوسیمهای از آرایهای از متشکل خورشیدی سلول a. نانوساختارها براساس ادوات از مثالهایی ۱. شکل و ورودی الکترودهای بین که جریانی کربنی. نانولولههای با میدانی اثر ترانزیستور یک b. هستند. تماس در شفاف رسانای الکترود باالی بیوشیمیایی سنسور یک c. است(. نشده داده نشان )که میشود تنظیم ورودی الکترود بهوسیله مییابد جریان پایین( و باال )بهترتیب خروجی تاثیرگذار فلزی الکترود دو بین رسانایی بر و کرده استفاده است چسبیده خاصی پروتئینهای به که آنتیبادی با شده عاملدار نانوسیم از که آرایهای سهبعدی لیتیوم یونهای با شده ساخته باتری یک d. میرود. بهکار ادوات این در سومی ورودی الکترود اوقات گاهی همچنین است. تسا شده احاطه کاتدی شبکه با که میدهد نشان را )طالییرنگ( نازک جامد الکترولیت یک با شده پوشیده )قهوهایرنگ( نانوسیمهای از همچنین وسیله این میشود. ترموالکتریکی انرژی تولید و بارها جریان به منجر نانوسیم آرایههای طول در گرمایی شیب e. )صورتیرنگ(. نانو. مقیاس در گرافن از الکترومکانیکی سیستم یک f. شود. شدن خنک به منجر دیگر جهتی در بار حاملهای اجباری انتشار با میتواند میشود. آشکار میشود جاری گرافن طریق از که جریانی اندازهگیری با حرکت میکند ارتعاش ورودی نوسانی ولتاژ نتیجه در گرافنی پوسته نور کربنی نانولوله قطعه شوند بازترکیب و برسند یکدیگر به میشوند تزریق مخالف الکترودهای از که حفرههایی و الکترونها که زمانی g. فرومغناطیسی فلز یک اتصال گرافن. براساس ترونیک اسپین h. میشود. استفاده گسیل شدت تنظیم برای ورودی الکترود یک میکند. گسیل میشوند. استخراج اسپین به وابسته بهصورت بارها فرومغناطیسی فلز دوباره اتصال با و میشود گرافن در اسپینی قطبیده بارهای تزریق باعث دادند. پاسخ نانوساختار و فلز میان اتصال طریق از بار تزریق به ادوات همه کرد. خواهیم نتیجهگیری است آمده نانوساختارها درباره که را کلی مفهوم یک ابتدا میان مشترک فصل میکنیم. معرفی است مهم است. مسطح معمولی اتصال در نیمهرسانا و فلز هندسی شکلهای نانو مقیاس در این وجود با است امکانپذیر تماس سطوح برای متعددی دارد. را خود منحصربهفرد خواص کدام هر که شوند: تقسیم کلی دسته دو به میتوانند اتصاالت 2 جانبی اتصاالت و 1 ساختار انتهای از اتصاالت ساختار انتهای از اتصاالت مورد در ۲(. )شکل پایان به یکباره به اتصال محل در نانوساختار میگیرد. شکل فلز با اتمی پیوندهای و میرسد فلزی ذرات از که نانوسیمهایی و نانولولهها در که اتصاالتی در و شدهاند ساخته کاتالیستی کربنی نانولولههای یا نانوسیمها واکنش اثر در انتهای از اتصاالت میگیرند شکل فلزات با اغلب جانبی اتصاالت میشوند. یافت ساختار نانوساختار باالیی سطح روی فلزات که زمانی این در و میشوند تولید میشوند الیهنشانی این در میشود پوشانده فلز با نانوساختار مورد ممکن مطالعه مورد سیستم به بسته حالت یا واندوالسی( )مانند ضعیف پیوندهای است نانوساختار و فلزی اتصال بین قوی پیوندهای شود. ایجاد و نیمهرساناها در ظرفیت و هدایت ترازهای انرژی تراز اگر عالقهمندیم. فلزات در فرمی تراز ظرفیت و هدایت ترازهای میان گاف در فرمی تماس سطح در باشد گرفته قرار نیمهرسانا داشت خواهد وجود φ شاتکی سد یک b ظرفیت از پایینتر فرمی سطح اگر a۳(. )شکل خواهد اهمی اتصال باشد هدایت تراز باالی یا باشد فلزی نانوساختار اگر b۳(. )شکل بود است بار حاملهای تونلزنی احتمال مهم نکته c۳(. )شکل به انرژی گاف در فرمی سطح جهتگیری سادهترین در دارد. بستگی متعددی عوامل رابطه با شاتکی سد که میشود فرض مدل کار تابع φ که میشود داده φb = φ χ ماده الکترونی الکترونخواهی میزان χ و فلز پیوندها خمیدگی و همترازی 1 همترازی بار تزریق در مهم مفهوم یک میان تماس سطح در الکتریکی انرژی سطوح مورد در ۳(. )شکل است نانوساختار و فلز میان همترازی به ما نیمهرسانا نانوساختارهای 35 پياپي 184 11 شماره بهمن 91 يازدهم سال
فلز و نیمهرسانا میان برهمکنش است. نیمهرسانا با سطحی ترازهای ایجاد به منجر است ممکن تولید نیز و نیمهرسانا نواری گاف در انرژیهایی بهصورت نیمهرسانا در که شود موجهایی تابع با همراه d۳(. )شکل میکنند پیدا واهلش نمایی یک فلز بهوسیله شده ایجاد گاف حالتهای این حالت در میشود. ایجاد نیز بار از خالی سطح قرار بار از خالی سطح در فرمی سطح کلی بارهای نیمهرسانا در بنابراین گرفت. نخواهد ایجاد تصویری بارهای فلزات در و موضعی شده ایجاد الکتروستاتیکی پتانسیل میشود. ترازهای که میشود باعث دوقطبی این بهوسیله و شوند خم تماس سطح در هدایت و ظرفیت به گرایش فرمی سطح که میشود باعث این باشد. داشته بار از خالی سطح با شدن همتراز حالتهای موارد اکثر در تودهای مواد اتصال در سد تعیینکننده فلز بهوسیله شده ایجاد گافی تاثیری فلز کار تابع معموال و هستند شاتکی انتهای از اتصاالت در این وجود با ندارد. و نانولولهها برای جانبی اتصالهای و ساختار پیشنهاد تئوری لحاظ از کوچک نانوسیمهای بهوسیله شده ایجاد گافی حالتهای که شده یافته کاهش ابعاد در الکتروستاتیک بهدلیل فلز کمتری خیلی تاثیر انرژی ترازهای خمیدگی بر ساده رابطه میرود انتظار بنابراین باشد. داشته از برخی برای مناسبی توصیف φb = φ χ مسئله این باشد داشته نانو سطح در تماسها بهصورت کربنی نانولولههای به اتصال مورد در این در که است شده داده نشان آزمایشی با را p نوع اتصالهای نوع بهترین پاالدیم مورد رویکرد این همچنین میدهد. تشکیل نانولولهها تابع با فلزاتی با n نوع اتصالهای درک برای مسئله درباره است. شده استفاده کوچک کار در نانوسیمها برای ساختار انتهای از اتصالهای شد. خواهد بحث بعدی بخش خمیدگی فرمی تراز نشدن قفل صورت در نانوساختار و فلز میان بار انتقال با انرژی ترازهای ماده دو بین در را فرمی سطح که میشود تعیین نانوساختار به شده منتقل بار میرساند. تعادل به معادل بهصورت یا میشود تصویر فلز بهوسیله دوقطبیهای میشود ظاهر فلز در تصویری بار پتانسیل اختالف ایجاد باعث شده ایجاد باردار میشوند نانوساختار و فلز میان الکتروستاتیکی میکند. جابهجا را نانوساختار انرژی ترازهای که انتقال با انرژی ترازهای نهایی خمیدگی بنابراین میشود تعیین الکتریکی پتانسیل اختالف و بار ظرفیت گرفتن نظر در مسئله این بررسی راه یک مثال بهعنوان است. نانوساختار و فلز میان نانولوله و فلز میان ظرفیت کوچک ابعاد بهخاطر پتانسیل اختالف بنابراین است بزرگ کربنی انرژی ترازهای خمیدگی و است کوچک کل در سطح میان همترازی با مستقیم بهصورت اساسا میشود. تعیین نانولوله انرژی گاف و فلز فرمی نیمهرسانا نانوسیمهای برای مشابهی شرایط نانوسیم در پتانسیل جابهجایی که میشود دیده عرضی مقطع سطح بهخاطر اما میافتد اتفاق ایجاد نمیتواند تراز مناسب خمیدگی کوچک در فلز یک با گرافن که زمانی همچنین شود. ترازهای خمیدگی و بار انتقال گرفت قرار تماس بنابراین است. فلز کار تابع به وابسته انرژی فلزاتی از استفاده با بهسادگی گرافن در اتصالها نوع به p نوع از میتواند مختلف کارهای تابع با یابد. تغییر n نانوساختار تماس سطح دیگر مهم خاصیت اتصال محل از دور انرژی نوار خمیدگی فلز و در انرژی نوار خمیدگی که حالی در است. است پدیدهای فرمی سطح قفلشدگی نتیجه میافتد اتفاق تماس سطح نزدیکی در که شود خمیدگی به منجر نیز نیمهرسانا آالییدن چند تا نانومتر دهها مرتبه از که مقیاسی در اما تودهای مواد اتصالهای برای است. میکرومتر 3 بار از تهی ناحیه عرض طولی مقیاس این رابطه با که a۳( )شکل میشود نامیده )w( رابطه این در میشود داده w = 2 εφb / ne و آالینده چگالی n دیالکتریک ثابت ε که زمانی تا توصیف این است. الکترون بار e نانوساختارها عرضی مقطع سطح از w مقدار این غیر در است مناسب آنها برای باشد کمتر تغییر را بار توزیع نحوه نانوساختار ابعاد صورت میشود. اندازه به w وابستگی به منجر و میدهد عرضی مقطع کربنی نانولولههای مورد در غلظتهای در فقط که است کوچک چنان است. مناسب تودهای توصیف آالینده باالی معمولی و پایین غلظتهای در درحقیقت میشود: داده زیر رابطه با w آالینده w = Re xp(2 εφ / ρn R) )۱( 0 b A نانوساختارها. به ساختارها انتهای از اتصال از مثال دو.a-d اتصالها. هندسی شکل ۲. شکل نانولولههای ساختار انتهای از اتصال از را الکترونی واضح میکروسکوپی تصویر یک باال سطر نشان )b( شکل در اتمی مقیاس با آن کلی طرح که )a( میدهد. نشان تیتانیوم به کربنی نانوسیمهای )SEM( روبشی الکترون میکروسکوپ تصویر پایین سطر است. شده داده طرح و )c( شدهاند. متصل سیلیساید نیکل به تراز انتهای در که میدهد نشان را سیلیسیمی نانوساختارها. به جانبی اتصالهای از مثالهایی.e,f است. شده داده نشان )d( در آن کلی است شده احاطه مختلفی الکترودهای با کربنی نانولوله یک که میدهد نشان SEM تصویر نشان )e( در که میله چهار تصویر در میدهد. نشان را اتصال هندسی شکل )f( تصویر و )e( استفاده جریان اندازهگیری برای الکترود دو از و ولتاژ اعمال برای الکترود دو از شده داده میکند. کم اندازهگیریها در را اتصال مقاومت اثر که میشود تقسیم آالینده اتمهای تعداد ρ رابطه این در اتمهای تعداد N A است کربن اتمهای تعداد بر نانولولهها شعاع R و سطح واحد در کربن است وابسته شعاع به نهتنها w بنابراین است. در و است حساس آالینده غلظت به بسیار بلکه میشود. زیاد بهسرعت آالینده پایین غلظتهای فواصل تا را انرژی نوار خمیدگی آزمایشها همچنین کردهاند. تایید نانولولهها در دور آن در که میدهد رخ گرافن در مشابهی پدیده گسترش نانومتر صدها تا انرژی نوار خمیدگی دارای که نانوسیمهایی از الگوبرداری مییابد. وابستگی نیز هستند ساختار انتهای از اتصال در که همانطور میدهد. نشان را قطر به w تعیین در w اندازه شد خواهد گفته بعدی بخش مشخص را پیوندگاه نوع که بار تزریق فرایند میکند. بازی مهمی نقش میکند پياپي 184 11 شماره بهمن 91 يازدهم سال 36
اتصال یک برای نواری نمودار a. نیمهرسانا. فلز تماس سطح در نوارها همترازی ۳. شکل شاتکی سد E( f ( فرمی سطح )E c ( هدایت تراز زیر E( v ( ظرفیت تراز باالی که شاتکی اهمی اتصال برای نوارها همترازی b. میدهد. نشان را )w( بار از تهی ناحیه عرض و φ( b ( خصوصیاتی )با تونلی سد یک وجود فلزی نانوساختار و فلز بین اتصال برای.c. n نوع از تعیین را اتصال خواص میتواند میشود( تعیین φ 2 و φ 1 یعنی فلز دو کارهای تابع با که χ الکترونخواهی و φ فلز کار تابع میان اختالف با φ( b ( مورد سادهترین در d. کند. نیمهرسانا فلز پیوندگاه در تماس سطح به نزدیک ناحیه در این وجود با میشود. تعیین میشود نیمهرسانا نواری گاف در الکترونی حالتهای شدن ظاهر موجب فلز با برهمکنش است. شده مشخص سبز خط با که دارد وجود بار از خالی سطح یک حالتها این با همراه خمشدگی نیمهرسانا در و بود نخواهد بار از خالی سطح در فرمی سطح کلی حالت در کند. قفل آنجا در را فرمی سطح تا بیفتد اتفاق میتواند نوارها موضعی این بیانگر که است نانوساختار عرضی مقطع باشد. کوچکتر عرضی مقطع از باید w که است انرژی نوارهای الزم خمیدگی ایجاد بنابراین نانوساختار عرضی مقطع که زمانی و است دشوار افزایش بیشتر آالیش به نیاز مییابد کاهش کاهش با که میشود باعث مسئله این مییابد. ناحیه مقاومت و کاهش تونلزنی نانوسیم قطر یابد. افزایش سریعا اتصال اتصالهای در معموال حفره الکترون بازترکیب در حال این با نیست. غالب سازوکار شاتکی است زیاد چنان شاتکی سد ارتفاع موارد برخی ناچیز گرمایونی گسیل و تونلزنی اثر دو هر که اتصال ایجاد اینها از متداول مثال یک هستند تماس سطح است. ژرمانیوم نانوسیمهای به خیلی قفلشدگی با فلز و ژرمانیوم نانوسیمهای بدون که میشود مشخص فرمی سطح شدید فرمی سطح بهکاررفته فلز نوع داشتن نظر در ظرفیت تراز باالی به نزدیک نواری گاف در را منجر مسئله این n نوع ژرمانیوم در میدهد. قرار میشود الکترونهایی برای شاتکی سد ایجاد به جریان و است 0/59 ev مرتبه از انرژیشان که با بار تزریق میشود. تولید کوچکی گرمایونی بار از تهی ناحیه در حفره الکترون بازترکیب مشابه مورد با مقایسه در اما میشود تعیین نامتعارفی خواص تودهای مواد در بار تزریق نانوسیم سطح در بازترکیب اوال میدهد نشان بیشتر بازدهی به منجر که میافتد اتفاق قطر که میشود نانوسیمهایی برای بار تزریق ولتاژ با w سریع افزایش ثانیا دارند. کوچکتری فاکتور وابستگی به منجر مستقیم بایاس در نآ مقدار از بهشدت که میشود قطر به 6 ایدهآل مورد این درباره است. متفاوت تودهای مواد برای شد. خواهد بحث جزییات با بعدی بخش در در که است آن بار تزریق دیگر مهم جنبه از که است طولی به مربوط جانبی اتصالهای با معموال و میگیرد صورت تزریق اتصال لبه میشود توصیف ( LT ) اتصال 7 انتقالی طول الیهنازک و تودهای مواد با ارتباط در ۴(. )شکل ویژه مقاومت ρ c که است LT = ρc / Rs تماس تحت صفحه مقاومت R s و اتصال ناحیه رابطه از را اتصال مقاومت انتقالی طول است. میکند: تعیین زیر R = ρ R cot anh( L / L ) L )۲( c c s T w محل عرض L w و طول L رابطه این در که کاربرد در نهتنها بار انتقال طول است. اتصال و اندازه بر که محدودیتی بهخاطر بلکه ادوات است. مهم میکند اعمال ادوات چگالی اتصالهای روی بر اخیر تجربی تحقیقات در بار تزریق 2 بخش در که انرژی نوارهای شدن همتراز مفهوم از بنیادی تصویری گرفت قرار بحث مورد قبل الکتریکی اتصاالت در الکترونی انرژی ساختار این از میتواند بار تزریق بنابراین کرد. فراهم درک بار انتقال سازوکار توصیف با چشمانداز سازوکارهای شاتکی سد یک حضور در شود. آن در تونلزنی گرمایونی گسیل انتقال اصلی از تهی ناحیه در حفره الکترون بازترکیب و آن گرمایونی گسیل در ۴(. )شکل است بار گرمایی انرژی که فلز الکترونهای از دسته از باالتر سمت به و میکنند جذب را فونونها جریانی تزریق به منجر میشوند تحریک سد بستگی ولتاژ به نمایی بهصورت که میشوند کوانتوم بهصورت الکترونها تونلزنی در دارد. جریانی موجب که میزنند تونل سد در مکانیکی بهصورت نیز آن که میشود تزریقی بارهای از دما از مستقل اما دارد بستگی ولتاژ به نمایی حفره الکترون بازترکیب مورد در است. از تهی ناحیه در همزمان حفرهها و الکترونها از یا مستقیم بهصورت و میشوند تزریق بار تابش با که میشوند بازترکیب نواقص طریق است. همراه فوتون شده داده نشان کربنی نانولولههای مورد در الکتریکی مشخصات تعیین در شاتکی سد که این که 4 است موثر میدانی اثر ترانزیستورهای )مثل متوسط کار تابع با فلزاتی با ترانزیستورها در فلز فرمی سطح و میشوند ساخته تیتانیوم( چنین برای میگیرد. قرار نانولوله نواری گاف تونلزنی با قطعه( عملکرد )و بار تزریق ادواتی نانولوله فلز میان اتصال در خمیده ترازهای از قابل ترانزیستور 5 ورودی با که میشود معین در که بار تزریق ترکیبی شکلهای است. کنترل دارند وجود هم با گرمایونی گسیل و تونلزنی آن مشابه نانولولهای ادوات در و است امکانپذیر نیز از بسیاری در حال هر به است. شده مشاهده تزریق برای شاتکی سد وجود ادوات کاربردهای کمینه برای دیدگاههایی اغلب و است مخرب بار است. شده مطرح آن تاثیر یا وجود کردن شاتکی سدهای بر کردن غلبه برای دیدگاه یک این تودهای نیمهرسانا فلز پیوندگاههای در اتصال محل نزدیکی در نیمهرسانا که است به و دهد کاهش را w تا شود آالییده شدیدا داده سد طول در تونلزنی اجازه الکترونها نیمهرساناهای فناوری در بارها دیدگاه این شود. انتهای از اتصال برای است. رفته بهکار نوین شدید آالیش اصل در نانوساختارها با ساختار برای الزم خمیدگی زیرا باشد کارساز میتواند مشترک فصل بر عمود جهت در که انرژی نوار طول در میتواند میشود ایجاد نیمهرسانا فلز اتصالهای مورد در شود. برقرار نانوساختار که جهتی زیرا است متفاوت شرایط جانبی در است عمود نیمهرسانا فلز تماس سطح بر 37 پياپي 184 11 شماره بهمن 91 يازدهم سال
حفره الکترون بازترکیب c. شاتکی. سد از تونلزنی b. شاتکی. سد از گرمایونی گسیل a. نانوساختار. فلز اتصاالت در بار تزریق ۴. شکل ناشن چپ سمت شکل در که همانطور e. است(. شده داده نشان خالی و پر دایرههای با بهترتیب حفرهها و )الکترونها بار از تهی ناحیه در طسو شکل شود. بیشتر الکترود به نانولولهها از آرایهای اتصال با میتواند آلی الیهنازک یک به فلزی الکترودهای از الکترون تزریق شده داده خروجی ورودی جریان که میدهد نشان راست سمت تصویر و میدهد نشان را متصل نانولولههای از عبوری الکترونی میکروسکوپ تصویر است. شده بیشتر میشد استفاده طال یا تیتانیوم پوشش بدون الکترودهای از که زمانی به نسبت بر اتصال طول اثر کربنی نانولولههای با پاالدیم داده نشان و شده مطالعه اتصال ناحیه مقاومت از کمتر اتصالهایی برای حداقل که است شده رفتار این دارد. وجود معکوسی رابطه ۳۰۰ nm باشد <<L L T که زمانی سیستمها این برای برای بنابراین میشود پیشبینی )۲( معادله از نانومتر ۳۰۰ پایین حد L T بر سیستمها این گرافن با نیکل اتصال مورد در میشود. تحمیل در شده اندازهگیری میکرومتر ۱ انتقال طول مرتبه از کمتری انتقال طول پاالدیم که حالی کنید )توجه میکند. ایجاد نانومتر ۲۰۰ ۴۳۰ ولتاژ به گرافن پاالدیم اتصال ناحیه مقاومت که اندازهگیریها این اگرچه دارد(. بستگی ورودی میکند حمایت اتصال انتقال طول نظریه از تعمیمیافته شکل آیا که است این کلیدی سوال بهصورت میتواند )معادله ۲ ( تودهای اتصالهای رود بهکار نانویی اتصالهای برای عمومیتر پیشنهاد شده انجام تئوری کارهای مثال برای در بالستیک انتقالهای مورد در که میکنند گرافنی نانونوارهای و فلزی کربنی نانولولههای میشود: تعیین فلز L T با 8 جفتشدگی قدرت کوچک L T به منجر زیاد جفتشدگی قدرت جفتشدگی قدرت که حالی در میشود اثر این میشود. بزرگ LT به منجر کوچک به میشود داده توضیح بار شدید اختالل با اتصال محل لبه در نانوساختار که صورت این میشود بهرهمند قوی جفتشدگی از نانویی و میآید بهوجود الکترون قوی پراکندگی و محل در میتوانند بار حاملهای که جایی در مانعی مانند کنند نفوذ بیشتر اعماق به اتصال ایده این هستند. ضعیف جفتشدگی برای توسعه گرافن با پاالدیم اتصالهای برای اخیرا 9 میانگین آزاد مسیر که میکند پیشنهاد و یافته فلز جفتشدگی طول و فلز در بار حاملهای بهصورت اتصال ناحیه مقاومت تعیین در گرافن این همچنین هستند. هم قید در تنگاتنگی اتصالهای تحلیلی محاسبات از جدا مسئله گرفته بر در را کربنی نانولولههای برای هممحور اتصالهای در گرمادهی آثار توصیف برای و است. رفته بهکار فلز گرافن اینکه درباره بحث با را بخش این ما خواص بهبود برای میتوانند چطور نانوساختارها استفاد الکترودها خود برای تزریقی بارهای شکل در کلی طرح میبریم. پایان به شوند الکترودهای آن در که است شده داده نشان e۴ و شدهاند پوشیده کربنی نانولولههای با متعارف ساخته میدانی اثر ترانزیستور یک کانالهای در حلقه پنج از متشکل آلی نیمههادی با شده الکترودهای با مقایسه در میگیرند. قرار بنزنی در الکتریکی میدان فلزی منحصرا سطحی بهشدت نانومقیاس ابعاد بهخاطر نانولولهها نوک موثر خیلی بار تزریق امکان و میشود تقویت بدون درحقیقت میشود فراهم آلی مواد برای در مثال این در بار تزریق بازده کردن بهینه مرتبه ۳۰۰ مسطح فلزی الکترود با مقایسه بار تزریق برای دیدگاه این اخیرا است. بزرگتر و یافته گسترش n نوع آلی ترانزیستورهای در در بار تزریق الکترود بهعنوان متناسبی طراحی است. رفته بهکار نور گسیلنده آلی دیودهای مواد مورد در بحثهایی 3 و پایدار الکتریکی خواص با اتصاالت درک ترکیب و ساختار دقیق کنترل نیازمند تکرارپذیر اتصاالت است. نیمهرسانا فلز مشترک فصل تودهای ژرمانیوم و سیلیکون برای مناسب فلزی و تحقیقات موضوع مرکب نیمهرسانای ادوات و است بوده گذشته در گستردهای پیشرفتهای بسیاری حال این با دارد. ادامه همچنان این که ادوات برای تکاملیافته فرایندهای و طرحها از پياپي 184 11 شماره بهمن 91 يازدهم سال 38
نیکل از نازکی الیه که زمانی معموال a. سیلیساید. نیکل مختلف فازهای تشکیل ۵. شکل مشاهده سیلیساید نیکل شود نشانده )۱۰۰( بلوری جهت با سیلیکونی قرص روی بر ابتدا میشود زیاد )۱۰۰( سیلیسیوم روی نازک الیه برای پخت دمای که زمانی میشود. زمانی باالتر دماهای در میشود تشکیل بزرگش داخلی نفوذ ضریب بهخاطر d-ni 2 Si فاز تقریبا دماهای در و میشود تشکیل سیلیساید نیکل میشود مصرف d-ni 2 Si همه که پایدار میکند هستهسازی به شروع دیسیلیساید نیکل که سانتیگراد درجه ۷۰۰ باالی نانوسیمهای و نیکلی الکترودهای بین اتصال در سیلیساید نیکل تشکیل b. میماند. سطح روی بر اکسیژن وجود دارد. بستگی نانوسیمها بلوری جهتگیری به سیلیسیوم باشد. تاثیرگذار نهایی سیلیسید فاز بر میتواند نیکل اولیه مقدار همچنین و نانوسیمها در باال تنشی فشار بهدلیل شده ایجاد ویسکرهای q-ni 2 Si - (112) Si نانوسیمهای برای میگیرند. شکل سانتیگراد درجه ۷۰۰ باالی دمای مساحت کم حجم همچون دالیلی به تودهای حجم به سطح باالی نسبت و مقطع سطح اصالح و بررسی دوباره باید نانوساختارها در از استفاده برای بهخصوص مسئله این شوند. باال کارایی با الکترونیکی ادوات در نانوساختارها پایانههای سری مقاومت آنها در که است مهم دیگر پارامترهای که زمانی خروجی ورودی بهعنوان گستردهای بهطور شدهاند بهینه قطعه میکند. عمل محدودکننده عامل جایگزین سیلیساید نیکل گذشته دهه در در دیسیلیساید کبالت و دیسیلیساید تیتانیوم بزرگ بسیار ابعاد با سیلیکنی مجتمع مدارهای به میتوان جایگزینی این دالیل جمله از شد کردن مقیاس بهتر قابلیت کرد: اشاره زیر موارد نانومتر ۱۰۰ از کمتر پهنای با خطوطی در ویژه مقاومت و کمتر حرارتی پخت دمای ۱۸ برابر در سانتیمتر اهم ۱۳ )تقریبا کمتر این دیسیلیساید(. کبالت برای سانتیمتر اهم میتوان نازکتر الیههای با که معناست بدان یافت. دست صفحات برای یکسانی مقاومت به همراه به سیلیساید نیکل کمتر ویژه مقاومت با هموارتر مشترک فصل و کمتر چگالی و است نفوذ آن شکلگیری )سازوکار سیلیکن که شد باعث نیست( محدودشده هستهبندی اتصاالت ایجاد فرایند در سیلیکن مصرف میزان مهم مزیتی مسئله این که یابد کاهش ۱/۳ به روی بر نازک بسیار سیلیکن دادن اتصال برای با سیلیساید نیکل اتصاالت است. عایق الیهای 10 8- از کمتر ویژه مقاومت با صفحهای آرایش هم اخیرا است شده بررسی مربع سانتیمتر اهم اتصال ایجاد برای سیلیساید نیکل واکنشهای است. شده بررسی سیلیکن نانوسیمهای روی بر واکنشهای که است داده نشان بررسیها این در واکنشها با سیلیکن نانوسیمهای و نیکل است متفاوت تودهای سیلیکن پایه بر ادوات بلوری جهتگیریهای بهخصوص ۵(. )شکل بهتر تحمل برای نانوسیم قابلیت و نانوسیمها سیلیساید فاز پایداری به منجر میتواند تنش واکنشهای در معموال پدیده این که گردد عملیات تحت و الیهنازک یا تودهای حالت نمیشود. مشاهده مشابه شرایط در حرارتی بهدلیل میتواند سیلیساید مشخصه فاز این بزرگتر شاتکی سد و بیشتر صفحهای مقاومت میتواند پدیده این بگذارد. تاثیر قطعه کارکرد بر داخلی تنشهای طریق از وسیع نقایص ایجاد با الیه که هنگامی شود. قطعه شدید خرابی باعث پوشش سیلیکن زیرالیه روی بر نیکل از نازکی گیرد صورت حرارتی پخت سپس و شود داده بیشترین با θ ارتورومبیکNi2Si فاز ابتدا در ادامه در میگیرد شکل زیرالیه در نفوذ ضریب دیسیلیساید نیکل نهایت در و سیلیساید نیکل در که مشابه دالیل با اینجا در میگیرد. شکل با است. مرجح فاز سیلیساید نیکل شد ذکر باال سیلیساید نیکل اتصاالت که هنگامی حال این میگیرد شکل سیلیکن جهتدار نانوسیمهای با ۳۰۰ حدود دمای در θ Ni2Si ششگوشی فاز در هرچند میگیرد شکل سانتیگراد درجه درجه ۸۰۰ دمای تا فاز این تودهای حالت بیش وجود بهرغم نمیشود. مشاهده سانتیگراد همصفحه پیوندهای طول در اختالف ۵% از فصل بر عمود جهت یک حداقل راستای در حداقل دمای تا فاز این نانوسیم فلز مشترک حال این با دارد وجود سانتیگراد درجه ۶۰۰ سیلیساید سانتیگراد درجه ۷۰۰ دمای در سمت به رشدیافته 10 ویسکرهای تشکیل باعث اتصال ایجاد باعث میتواند پدیده )این بیرون و گردد( یکدیگر مجاور قطعات بین کوتاه ناشی جفتی اتصاالت زیادی تعداد تشکیل از استفاده با میشود. بزرگ تراکمی تنش از ۱۱۱ بلوری جهتگیری با سیلیکن نانوسیمهای ابتدا در شده( مشاهده رشد جهت )بیشترین و میگیرد شکل دیسیلیساید نیکل همگن الیه و میماند پایدار سانتیگراد درجه ۷۰۰ دمای تا سیلیساید نیکل سانتیگراد درجه ۷۰۰ دمای در انتظار حال این با میگیرد. شکل کم مقاومت با اندکی دماهای در مونوسیلیساید که میرود تبدیل دیسیلیساید نیکل به دوباره باالتر فاز تشکیل برای بالقوه بهصورت بنابراین شود حرارتی پخت در تفجوشی احتمال و مرجح کوچکی خیلی پردازش امکان باالتر دماهای با میماند. باقی ترکیبات و ژرمانیوم برای اتصال ایجاد فناوری هماکنون تناوبی جدول عناصر از III-V گروه نیاز بهدلیل که است فعال تحقیقاتی زمینه یک با نیمهرساناهایی با سیلیکن جایگزینی به مبرم جهت بار حاملهای باالتر تحرک و نفوذ قابلیت کارایی با 11 فلز اکسید نیمهرساناهای در کاربرد دارد. اهمیت باال روی اندکی مطالعات کنون تا حال این با مواد این از شده ساخته نانوسیمهای به اتصاالت جهات از ژرمانیدها نیکل است. گرفته انجام و هستند سیلیسایدها نیکل شبیه بسیاری نانوسیمهای به اتصال بهمنظور حاضر حال در روش دارند. قرار مطالعه دست در ژرمانیوم نانوسیمهای به اهمی اتصاالت ایجاد برای کلی مناسبی باالی غلظت با II-VI و III-V گروه 18 3 با اتصاالت این میشود. میسر 10 < cm واکنشپذیری و کم کار تابع با فلزاتی از استفاده آلومینیوم موارد برخی در یا تیتانیوم مانند باال طال مانند کم مقاومت با فلزی با ترکیب در اتصالی مقاومتهای حال هر به میشود. حاصل نشدهاند. بررسی کامل بهصورت خاص دیگر مهم چالش شد اشاره قبال که همانطور اتصالهای به دستیابی برای مواد زمینه در الکتریکی مشخصات که نانوساختارها با فلزی فعالسازی و ترکیب باشند داشته کنترل قابل ادوات آالیش روشهای است. آالیندهها جامد ماده نفوذ یا یونی کاشت مانند تودهای مقیاس در کاشت عمق کنترل نبود بهدلیل فضایی تفکیک قدرت بودن ناکافی نیز و نانو 39 پياپي 184 11 شماره بهمن 91 يازدهم سال
الزم روشهای مناسبی برای آالیش یکنواخت نانوسیمها نیستند این در حالی است که در مورد کاشت یونی آسیب شبکهای قابل توجهی نیز حاصل میشود. دیدگاه اخیر که این مشکل را عنوان میکند از ماهیت خودمحدودکننده واکنشهای برخی سطوح سیلیسیومی با اجتماع یکنواخت تکالیههای مولکولی شامل آالینده بر روی سطح نانوسیم بهصورت مفید استفاده کرده است. زمانی که اولین بار نانوسیم حرارت میبیند آالینده در حجم آن نفوذ میکند و تا زمانی که 19 3 غلظت آالینده باالتر از cm 10 باشد نشان داده شده که میتواند تا عمق ۲۰ نانومتر نفوذ کند. غلظت آالینده با چگالی پیشماده آالینده قابل کنترل است: مولکولی که شامل مقدار نسبتا کمی فسفات است مانند 1 -پروپیل فسفنات با غلظتبیشتریفشردهمیشودومنجربه آالیشی میشود که تقریبا از آالیش تریاکتیل فسفین اکسید ۱۰ مرتبه بزرگتر است. تالشهایی برای انجام واکنشهای نانولولههای کربن فلز با گرم کردن نانولولههای کربنی بر روی تیتانیوم تا دمای باال صورت گرفته است تا کاربید تیتانیوم و اتصالهای از انتهای ساختار شکل بگیرند. اما این اتصالها سد شاتکی بزرگی دارند که تقریبا با نصف گاف نواری نانولوله برابر است. به هر حال اخیرا گزارش شده است که گرم کردن نانولولههای کربنی که در خال با الکترودهای پالتینیوم در تماس هستند تا باالی ۹۰۰ درجه کلوین باعث افت شدید مقاومت اتصالی میشود. این محققان از طیفسنجی گسیل نوری اشعه ایکس 12 طیفسنجی رامان 13 و ولتاژسنجی تناوبی الکتروشیمیایی 14 استفاده کردند تا نشان دهند که گرم کردن پالتینیوم در خال بر روی سطح الیههای کربنی گرافیتی نازک یا حوزههای گرافنی نانومقیاس تولید میکند این محققان درباره افزایش همپوشانی الکتریکی میان فلز و نانولوله کربنی که بهصورت موثری ناحیه اتصال را توسعه میدهد بحث کردند. این نتایج راههای جالبی برای مطالعه نانومواد بهمنظور تزریق بار در نانوساختارهای دیگر باز کرد. 4 مطالعهویژهدربارهاتصالطالبهنانوسیمهای ژرمانیوم در این بخش اتصالهای طال با نانوسیمهای ژرمانیوم را برای نمایش جنبههای عملی مفاهیم بحث شده در بخش قبلی بررسی کردهایم. نانوسیمهای ژرمانیوم با الیهنشانی بخار شیمیایی بر روی زیرالیهای که نانوذرات طال روی آن بهعنوان کاتالیست قرار دارد رشد داده میشوند در نتیجه نانوسیمهای ژرمانیوم تکبلوری به دست میآیند که نانوذرات کاتالیستی طال بعد از رشد بر نوک آنها باقی مانده است )شکل a۶ داخل شکل(. از آنجا که نانوسیمها قطری بین ۳۰ تا ۱۵۰ نانومتر دارند سیستم منحصربهفردی برای مطالعه اتصاالت نانویی فراهم میکنند )یک زیرالیه شدیدا آالییده با ژرمانیوم مانند دیگر اتصاالت اهمی بهکار میرود(. بررسی تصویر به روش کاوش اتمی 15 و میکروسکوپ الکترونی عبوری با وضوح باال 16 یک گسیختگی در سطح تماس میان نانوذرات کاتالیستی طال و نانوسیمهای ژرمانیوم نشان میدهد. با استفاده از نوک میکروسکوپ تونلزنی روبشگر تنگستنی که با طال پوشیده شده و در میکروسکوپ الکترونی روبشی دوباره جاسازی شده )شکل a۶ داخل شکل( اتصاالت نقطهای ژرمانیوم طال میتواند بهصورت مستقیم کاوش شود که مشخصه جریان ولتاژ یکسوشدهای را به دست میدهد )شکل a۶(. رفتار الکتریکی دیود با چیزی که در اتصال تودهای ژرمانیوم طال مشاهده شده سازگار است که در آنجا سد شاتکی بزرگی از مرتبه 0.59eV وجود دارد و تقریبا مستقل از نوع فلز تراز فرمی شدیدا قفلشدهای نزدیک به تراز ظرفیت ژرمانیوم دارد. محاسبات ما نشان داد که این قفلشدگی تراز فرمی بهخاطر چگالی باالی حالتهای داخل گاف انرژی القا شده فلزی و قطر نسبتا بزرگ نانوسیمها در شکل هندسی نانوسیمهای آزمایشی وجود دارد. شکل b۶ منحنی جریان ولتاژ را برای چهار نانوسیم دیگر نشان میدهد که بر حسب مقیاس لگاریتمی رسم شدهاند و مشاهدات جالبی را نشان میدهند: در بایاس کوچک چگالی جریان با کاهش قطر زیاد میشود که بیانگر اثر مهم اندازه بر اتصالهای نانویی است. برای درک این نتایج ما مشخصه سازوکار انتقال حامل بار را در پیوندگاههای فلز نیمهرسانا در نظر میگیریم که قبال معرفی شد: گسیل گرمایونی تونلزنی بازترکیب در ناحیه باردار فضایی و بازترکیب در ناحیه خنثی. تونلزنی بهعنوان سازوکار اصلی انتقال بار اثر ناچیزی خواهد بود زیرا همانطور که قبال گفتیم با کاهش قطر w افزایش مییابد این امر منجر به کاهش احتمال تونلزنی میشود و در نتیجه چگالی جریان کاهش مییابد. همچنین گسیل گرمایونی میتواند بهخاطر رسانایی بایاس صفر کاهش یابد. v 0 * 2 dj / dv = = ( ea T / KT kt ) )exp( φ b / kt ) )۳( در این رابطه * A ثابت ریچاردسون برای ژرمانیوم ) -2 k T (50Acm -2 دمای مطلق k ثابت بولتزمن و φ b در اینجا 0/59 ev است 2 0.01Acm که چگالی جریانی تقریبا برابر با بهدست میدهد که در مقایسه با آنچه که بهصورت آزمایشی مشاهده شده است چند مرتبه کوچکتر است. همچنین بازترکیب در ناحیه بدون بار رسانایی بایاس صفر را بهدست میدهد که از نظر بزرگی حداقل ۲ مرتبه کوچکتر است. بنابراین تنها سازوکاری که باقی میماند بازترکیب الکترون حفره در ناحیه تهی از بار است. این سازوکار انتقال بار که بارها در شرایطی با ارتفاع سد شاتکی نسبتا بلند و گاف نواری کوچک مشاهده شده است )همانطور که برای اتصالهای ژرمانیوم طال است( با عبارت زیر مشخصهیابی میشود: J = J0 [ exp( ev / nkt ) 1 ] )۴( که در اینجا J 0 به τکمینه w زمان بازترکیب و N d غلظت آالینده نوع n بهکاررفته J0 = end به بستگی دارد و با رابطه w / τ دست میآید. n نیز فاکتور ایدهآلسازی نامیده میشود که برای بازترکیب الکترون حفره در ناحیه تهی از بار در اتصالهای تودهای برابر با ۲ قرار داده میشود. نکته مهم این است که ما انتظار داریم با کاهش قطر w زیاد شود و این بهصورت کیفی با نتایج شکل c۶ تطابق دارد. برای آزمودن این ایده محاسبات متعددی از جریان بازترکیبی الکترون حفره با استفاده از مدل بازترکیبی شاکلی رید هال 17 انجام شد. نکته کلیدی برای برآورد رسانایی از مدل شاکلی یافتن غلظتهای الکترون و حفره بهصورت تابعی از فاصله در طول نانوسیم است. این میتواند با شبیهسازیهای عددی از الکتروستاتیک نانوسیمها بهدست آید که در شکل d۶ آورده شده است. این محاسبات نشان میدهد که w تقریبا از ۳۰ نانومتر برای نانوسیمی با قطر ۹۰ نانومتر تا حدود ۱۰۰ نانومتر برای نانوسیمی با قطر ۳۰ نانومتر افزایش مییابد )شکل e۶(. بنابراین افزایش رسانایی در پیوندگاه با کاهش قطر میتواند تا حدودی بهوسیله افزایش در w محاسبه شود درحقیقت خطوط نقطهچین در شکل c۶ رسانایی بایاس صفر محاسبه شده از معادله )۴( را با استفاده از زمان بازترکیب تودهای نشان میدهد. این مدل میتواند در برخی موارد افزایش را توضیح دهد اما برای محاسبه افزایشهای خیلی بیشتر رسانایی در بایاس صفر که بهصورت آزمایشی مشاهده شده است وابستگی زمان بازترکیب τ به قطر نانوسیمها باید در نظر گرفته شود. حقیقتا بهخوبی میدانیم که سطوح پوشش داده نشده در نیمهرساناها مکانهای مناسبی برای بازترکیب هستند. در نانوسیمها زمانی که قطر کوچکترمیشود نسبت سطح به حجم زیاد میشود و در نتیجه منجر به وابستگی زمان بازترکیب به قطر در نانوسیمها میشود. با این وابستگی زمان بازترکیب با قطر بهترین برازش بر دادههای تجربی میتواند بهدست آید 5 1 )خطوط پر در شکل c۶( و سرعت cms 2 10 را برای بازترکیب بهدست میدهد این مقدار با مقداری که اخیرا به کمک طیفسنجی کاوش پمپی فوق سریع بر روی نانوسیمهایی که در اتاقکهای مشابه رشد کردهاند به دست آمده است تطابق دارد. نکته جالب این مثالها این 40 سال يازدهم بهمن 91 شماره 11 پياپي 184
طال نانوذرات با )سبزرنگ( ژرمانیوم از روبشی الکترونی میکروسکوپ تصاویر a. ژرمانیوم. نانوسیمهای با طال نانوذرات اتصالهای ۶. شکل.b میدهند. بهدست را ولتاژ جریان منحنی و گرفتهاند قرار تماس در )خاکستریرنگ( رسانا سوزن یک با که )قهوهایرنگ( آن قله در داخل )که n ایدهآلسازی عامل و کوچک بایاس رسانایی c. متفاوت. قطرهای با نانوسیمهایی برای شده اندازهگیری ولتاژ جریان مشخصات قطر از مستقل و قطر به وابسته بازترکیب زمان از استفاده با بهترتیب نقطهچین و پر خطوط قطر. از تابعی بهصورت شده( داده نشان شکل خمیدگی e. میدهد. نشان را الکتریکی میدان خطوط میشود استفاده بسیاری شبیهسازیهای برای که سیستم طرح d. شدهاند. محاسبه است. منفی انرژی دارای ظرفیت تراز و مثبت انرژی دارای هدایت تراز است. شده محاسبه نانوسیم طول در متفاوت قطر سه برای که نوارها بازترکیب با بار تزریق بار از تهی ناحیه در عوض در و چپ( )سمت میشود نانوسیم هدایت تراز به بار تزریق از مانع بزرگ شاتکی سد f. میشود. انجام حفره الکترون باندها همترازی چطور میدهند نشان که است کاهش ابعاد در الکتروستاتیک اتصالها در بار تزریق تا میآیند هم کنار سطح اثر و یافته )شکل کنند خود تابع را نانویی اتصالهای در.)f۶ است. نانوساختارها با ابررسانا اتصالهای از دسته آن در برای محاسباتی مدلهای و تئوری بینش که نانوساختارها خواص بر ابررسانا فلزات تاثیر درک برای دارد. وجود شرایطی چنین است نیاز محاسباتی بینشهای این به بخشیدن اعتبار و ساختاری الکتریکی خواص که است الزم اندازهگیری آزمایشی بهصورت اتصالها شیمیایی باید فلز جانبی اتصالهای در مثال برای شود. یکنواخت پوشش یک نانوساختار سطح روی بر مشخصهیابی کند. ایجاد ناخالصیها حضور بدون تماس سطح بهدلیل اتصالی سطوح چنین از و ساختارها انتهای اتصالهای برای کوچک فلز در جانبی پیوندهای برای نانومواد که آنجا مشکل این رفع برای است. چالشزا میگیرند جا در پیشرفتهایی اخیرا فلزی اتصاالت مشاهده و تونلزنی الکترونی میکروسکوپ از استفاده زمینه نانولولههای ساختار از تصویربرداری جهت روبشی کارهای است شده انجام فلز یک در گرفته جا کسب و سهبعدی وضوح بهبود برای بیشتری نانوساختارها الکتریکی ساختار درباره اطالعات یک دیدیم قبلی بخش در که همانطور است. نیاز نیمهرسانا در آالینده کنترل اتصالها مهم جنبه توسعه روشهایی تودهای اتصالهای برای است. برای و یونی( کاشت مثال )برای است یافته است. شده تصحیح اتصالها خواص دقیق کنترل درک حد این تا نانوساختارها در آالیندهها خواص آالیندهها از اخیرا تنها مثال برای است. نشده تصویربرداری روش از استفاده با نانوسیمها در داده نشان و شده گرفته تصاویری 19 اتمی کاوش غیریکنواخت آنها فضایی توزیع که است شده غیریکنواخت توزیع نقش درک بنابراین است. توزیع این منشا و اتصالها خواص بر آالینده برای بینشهایی گسترش درک مانند درست است. ضروری آن کنترل اتصاالت خواص از اساسی درک حال هر به از نانومقیاس ادوات آوردن برای بهتنهایی نخواهد کافی واقعی دنیای فناوری به آزمایشگاه اتصالهای که است نیاز امر این تحقق برای بود. شود. تشکیل اعتماد قابل و تکرار قابل سریع با ادواتی ساخت روی بر بسیاری بحثهای اگرچه بسیاری است شده متمرکز منفرد نانوساختارهای الیههای یا آرایهها به نیاز کاشت فناوریهای از در که چالشی داشت. خواهند نانوساختاری نازک مرسوم الیهنشانی که است این دارد وجود اینجا در الیهنشانی به منجر فقط آرایه روی بر فلزها که شد خواهد آرایهها یا نانوالیهها فوقانی قسمت از پرشی بهصورت تزریقی جریان میشود سبب کند. عبور الیه همه که باشد این است ممکن بهتر دیدگاه یک از برخی یابد. اتصال فلز با مستقیما نانوساختارها منفرد نانوساختارهای زمینه در که دیدگاههایی فرصتها و چالشها 5 یکبعدی نانومواد خواص کامل کنترل برای خواص از بهتری اساسی درک دوبعدی و درک برای جدیدی دیدگاههای با همراه آنها )شکل است نیاز مورد باال کارایی با اتصالهای جدیدی آزمایشی و تئوری بینش به امر این ۷(. برای موجود الگوهای اغلب مثال برای دارد. نیاز نانوساختار اتصالهای الکتریکی خواص توضیح نانوماده الکترونی ساختار که میکنند فرض فلز حدی تا یا نمیکند تغییری فلز حضور با فلز که آنجا از این وجود با میشود. مختل که میکند فراهم جدید پوششی محیط نوعی الکتریکی خواص بر توجهی قابل تاثیر میتواند با پاسخی الکترون الکترون برهمکنش بگذارد دارد بستگی سیستم دیالکتریکی باال حساسیت پالسمونهای حضور که شده داده نشان اخیرا و قابل بهصورت یکبعدی مواد در 18 آکوستیکی میکند. بهنجار دوباره را نواری گاف توجهی چنین اجرای و گسترش برای اساسی تحقیقات نیاز اتصالها زمینه در ذرهای بس روشهای 41 پياپي 184 11 شماره بهمن 91 يازدهم سال
توسعه یافته است ممکن است مسیری در این جهت فراهم کند. برای مثال کارهای اخیر نشان داده که جوشکاری فراصوتی 21 که در آن پروب مرتعش در فرکانسهای فراصوتی برای پیوند مواد به هم استفاده میشود میتواند برای اتصال نانولولهها با فلزات استفاده شود. انرژی ارتعاشی برای القای واکنش میان نانولوله و فلز بهخصوص برای ذوب کردن آنها در هم کافی است. همچنین یک سازوکار دمای باالی وابسته برای اتصال به نانولولههای کربنی منفرد اجرا میشود که در آن تیتانیوم با نانولوله واکنش میدهد تا کاربید تیتانیوم تشکیل شود یک پرسش بحث برانگیز این است که آیا این روشها میتواند برای آرایهها یا الیههای نازک به کار رود کارهای اخیر نشان داده که اصالح سطح با پالسمای اکسیژن قبل از الیهنشانی فلز پسماندههای مقاومتهای نوری را از بین میبرد و نواقصی بهوجود میآورد که بهصورت قابل مالحظهای مقاومت اتصال را کاهش میدهد و سطح تماس را نسبت به تابع کار فلز غیرحساس میکند. 22 حوزه مهم دیگر در فناوری اتصالهای شفاف است که برای کاربرد در سلولهای خورشیدی حیاتی است. اگرچه تا کنون مطالعاتی با این هدف انجام شده که نانوموادی را بهعنوان جایگزین برای مواد اتصالی شفاف موجود پیدا کند سوال دیگر این است که چطور اتصال شفافی بسازیم تا ناحیهای از سلولهای خورشیدی را که با نانومواد ساخته شده است فعال کنیم یک مثال ویژه در این مورد آرایهای از نانوسیمهای عمودی است که نیاز به اتصال شفاف باالیی دارد تحقیقات و کارهای گستردهای نیاز است تا خواص ساختاری چنین اتصاالتی و جهتگیری ترازهای آنها درک شود و به همین ترتیب روشهای ساخت برای تحقق یافتن اتصاالت با کارایی باال باید گسترش یابد. کارهایی که قبال در این زمینه انجام شده نشان داده است که مواد اتصالی شفاف متداول مانند اکسید قلع آالییده با ایندیوم میتواند برای دستیابی به سلولهای خورشیدی ساخته شده با آرایهای از نانوسیمها که بازده تبدیل انرژی قابل قبولی دارد استفاده شود. بنابراین در بهکارگیری اتصالهای فلزی با نانو چالشها و فرصتهایی وجود دارد. نیاز است که سازوکارهای تزریق و استخراج بار که ناشی از ابعاد و مقیاس کاهش یافته است کامال در مورد نانومواد درک شوند تا بتوانیم به گذار از تحقیقات به کاربردهای واقعی ادامه دهیم. این مشخصات منحصربهفرد شامل الکتروستاتیک )که بر ارتفاع سد و عرض ناحیه تهی از بار تاثیرگذار است( آثار سطحی )که بر نرخ بازترکیب بارها موثر است( شکل هندسی و همترازی و ساخت و مواد مورد نیاز است. همچنین در عین حال این رفتار منحصربهفرد این امکان را فراهم میکند که روشهای جدید ساخت و طراحی ادوات و مبحث استفاده از نانومواد را بیشتر بررسی کنیم. شکل ۷. چالشها و فرصتها برای تحقیقات و توسعه. a. برای درک خواص الکتریکی و ساختاری اتصاالت نانویی به مدلسازی اتمی نیاز است. ساختار اتصال آلومینیوم به سیلیسیوم نشان داده شده است. b. روشهای آزمایشی برای مشخصهیابی خواص ساختاری و الکتریکی سطوح تماس زیرین میتواند در فهم رفتار اتصال فلز به نانوساختارها کمککننده باشد. تصاویر به دستآمده از روبشگرهای الکترونی نشان میدهد که پوشش نازکی از تیتانیوم نانولولههای کربنی را در طولشان )شکل سمت چپ( و در سطح مقطعشان )شکل سمت راست( بهصورت یکنواخت میپوشاند و شکل نانولوله را حفظ میکند. c. برای درک توزیع آالینده در نانوساختارها نیاز به دانش و آزمایش است. شکلی که تصاویر آالینده پاالدیم )نقاط خاکستری( را در نانوسیمهای ژرمانیوم )نقاط آبی( نشان میدهد با استفاده از توموگرافی کاوش اتمی بهدست آمده است. تصویر آالینده و غلظت اندازهگیری شده آن که در شکل اصلی نشان داده شده بیان کننده این است که توزیع آالینده در جهت شعاعی غیریکنواخت است. نقاط سهگوش نسبت به نقاط مربع نسبت باالتری از پیشمادههای ژرمانیوم به پاالدیم را دارند. d. روشهای جدیدتری نیاز است تا اتصال به آرایهای از نانوساختارها انجام پذیرد. یک آرایه نانولوله کربنی در هر دو انتهایش در اتصال با فلزات پیوند از انتهای ساختار دارد. روش جایگزین اتصال جانبی به الیه باالی نانولولهها یا نفوذ فلزات خواهد بود. e. روش جدید برای ایجاد اتصال گداخت فراصوتی است که نانولولههای کربنی را به الکترودها پیوند و مقاومت اتصال را کاهش میدهد. f. برای فراهم کردن ادوات فتوولتائیک به اتصاالت شفاف با نانوساختارها نیاز داریم و اکسیدهای رسانای شفاف 20 مانند اکسید قلع آالییده شده با ایندیم درست مثل گرافن یا نانولولههای کربنی میتوانند استفاده شوند. یک سلول خورشیدی نشان داده شده است که شامل آرایهای از نانوساختارهای ستونیشکل گالیم آرسناید با هستههای آالییده شده از نوع p و پوستههای آالییده شده از نوع n است که با رزین )بنزوسیکلو بوتن( احاطه شده و با یک اکسید رسانای شفاف در تماس قرار گرفته است. منبع: Francois Leonard, A. Alec Talin,NATURE NANOTECHNOLOGY, VOL 6, DECEMBER 2011 پینوشتها: 1. End-bonded contacts 2. Side contacts 3. Depletion width 4. Field-effect transistor 5. gate 6. Ideality factor 7. Transfer length 8. Coupling strength 9. Mean-free path 10. whisker 11. Complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) 12. X-ray photoemission spectroscopy 13. Raman spectroscopy 14. Electrochemical cyclic voltammetry 15. Atom-probe tomography measurements 16. high-resolution transmission electron microscopy 17. Shockley-Read-Hall (SRH) 18. Acoustic plasmons 19. Atom probe tomograghy 20. transparent conducting oxides (TCO) 21. ultrasonic welding 22. Transparent contacts 42 سال يازدهم بهمن 91 شماره 11 پياپي 184