Ultimate magazine theme for WordPress.

نظریه برای نیمه هادی ها ساخته شده از نانوکریستال ها

0

نظریه برای نیمه هادی ها ساخته شده از نانوکریستال ها

 

نظریه برای نیمه هادی ها ساخته شده از نانوکریستال ها
را تیره کنید بلورهای بسیار بسته بندی شده در یک نیمه هادی نانوکریستال: مدل توسعه یافته توسط محققان ETH تک تک اتم ها را توصیف می کند. اعتبار: ETH زوریخ / ارتباطات طبیعت

نظریه برای نیمه هادی ها ساخته شده از نانوکریستال ها محققان در ETH اولین توضیح نظری را در مورد چگونگی جریان برق در نیمه رساناهای ساخته شده از نانوکریستال ارائه داده اند. در آینده ، این می تواند منجر به تولید سنسورها ، لیزرها یا LED های جدید برای صفحه تلویزیون شود.

دانشکده ها : چند سال پیش ، ما با صفحه نمایش های تلویزیونی با فناوری QLED آشنا شدیم که رنگ های درخشان تولید می کند. “Q” در اینجا مخفف “نقطه کوانتومی” است. نقاط کوانتومی بلورهایی از ماده نیمه هادی هستند که اندازه آنها فقط چند نانومتر است و از دو هزار اتم تشکیل شده است. این نانوکریستال ها بسیار ریز هستند به طوری که الکترون های موجود در آنها فقط می توانند خاصیت خاصی به خود بگیرند – سطح انرژی مکانیکی کوانتومی را تعریف کرد. در نتیجه ، وقتی نقاط کوانتومی با نور پس زمینه تلویزیون روشن می شوند ، با پرش های کوانتومی بین آن سطح ، نوری با رنگ خاص منتشر می شود.

در تلویزیون های QLED نسل بعدی ، امید این است که به جای نیاز به نور پس زمینه ، از برق استفاده کنیم تا نقاط کوانتومی به تنهایی درخشان شوند. با این حال ، تاکنون ، درک نظری از نحوه حرکت جریان الکتریکی یک فیلم نازک از نانوبلورها وجود ندارد. تیمی از محققان گروه فناوری اطلاعات و مهندسی برق ETH زوریخ به رهبری ونسا وود اکنون این شکاف را برطرف کرده اند ، زیرا آنها در مجله علمی ارتباطات طبیعی گزارش می دهند.

تشک فنری در مقابل میز

بیش از نود سال است که تئوری نحوه حرکت جریان الکتریکی در نیمه هادی هایی که نانو اندازه نیستند شناخته شده است و ابزارهای نرم افزاری برای مدل سازی رفتار آنها وجود دارد. صنعت می تواند با افزودن عمدی اتم های ناخالصی (دوپینگ) ، که باعث تغییر تعداد حامل های بار آزاد (الکترون ها) می شود ، خصوصیات الکترونیکی نیمه هادی ها را کنترل کند. در مقابل ، نیمه هادی های متشکل از بسیاری از نقاط کوچک کوانتومی نانوکریستال با این روش ها قابل درمان نیستند.

در نانوبلورها ، افزودن اتم های ناخالصی لزوماً به حمل کننده های بار آزاد منجر نمی شود. بعلاوه ، هزینه های رایگان همان رفتار را ندارند. وود این مسئله را نشان می دهد: “حامل های شارژ در نیمه هادی های معمولی مانند گلوله های بولینگ که روی یک میز صاف غلت می خورند حرکت می کنند ، در حالی که در یک ماده نانو کریستال مانند یک توپ بولینگ روی یک تشک نرم عمل می کنند و در آن فرو می روند و آن را تغییر شکل می دهند.”

مدل سازی تقاضا

نظریه برای نیمه هادی ها ساخته شده از نانوکریستال ها
در یک نیمه هادی نانو کریستال ، جریان الکتریکی توسط الکترونهایی که از نانوبلور به نانوبلور منتقل می شوند ، منتقل می شود. با هر پرش ، بار الکترون نانوکریستال را تغییر شکل می دهد (بالا سمت چپ) ، و یک قطب (بالا سمت راست) تشکیل می شود. اعتبار: ETH زوریخ

برای مدل سازی نظری این بدان معنی است که نمی توان اتمهای شبکه بلوری نیمه هادی نانوکریستال را به عنوان نقاط ثابت نگاه کرد ، همان کاری که معمولاً با نیمه هادی های معمولی انجام می شود. نوری یزدانی ، که در گروه تحقیقاتی وود به عنوان دکترا کار می کرد ، توضیح می دهد: “در عوض ، ما مجبور شدیم به طور ریاضی هر یک از چند صد هزار اتم موجود در بسیاری از نانوکریستال های ماده و نحوه تعامل هر اتم با حامل های بار را توصیف کنیم.” دانش آموز و اولین نویسنده تحقیق اخیراً منتشر شده است.

با استفاده از مرکز ابر رایانه ای سوئیس CSCS در لوگانو ، یزدانی یک کد پیچیده را اجرا کرد که در آن تمام جزئیات مسئله – حرکت الکترون ها و اتم ها و همچنین فعل و انفعالات بین آنها – در نظر گرفته شد. یزدانی می گوید: “به ویژه ، ما می خواستیم بفهمیم حامل های بار چگونه بین نانو بلورهای واحد حرکت می کنند و چرا” به دام افتاده “می شوند و نمی توانند ادامه پیدا کنند.”

نتایج این شبیه سازی های رایانه ای بسیار آشکار کننده بود. معلوم شد که عامل تعیین کننده چگونگی هدایت جریان الکتریکی توسط یک ماده متشکل از نانوکریستال ها ، کوچکترین تغییر شکل بلورها است ، فقط چند هزارم نانومتر ، که منجر به تغییر عظیم انرژی الکترواستاتیک می شود. وقتی بار باعث تغییر شکل ماده اطراف آن می شود ، این قطب شناخته می شود و شبیه سازی های یزدانی نشان می دهد که جریان از طریق قطب های مختلف از یک نانوکریستال به دیگری جریان می یابد.

یک مدل همه موارد را توضیح می دهد

این مدل توضیح می دهد که چگونه خصوصیات الکترونیکی نیمه هادی های مبتنی بر نانو با تغییر اندازه نانوکریستال ها و نحوه بسته بندی آنها در فیلم تغییر می کند. این تیم برای آزمایش پیش بینی شبیه سازی های خود ، فیلم های نازکی از نانوبلورها را در آزمایشگاه تولید کرده و پاسخ الکتریکی را برای ولتاژها و دماهای مختلف اعمال شده اندازه گیری کردند. در این آزمایشات ، آنها با استفاده از یک پالس لیزر کوتاه ، الکترونهای آزاد را در یک انتهای ماده ایجاد کردند و سپس وقتی به انتهای دیگر رسیدند ، مشاهده کردند. نتیجه: برای هر یک از چند صد آزمون مختلف ، شبیه سازی رایانه ای خصوصیات الکتریکی را کاملاً پیش بینی کرد.

“وود می گوید:” ما پس از هشت سال کار فشرده ، اکنون مدلی را ایجاد کرده ایم که سرانجام می تواند نه تنها آزمایشات ما ، بلکه آزمایشات بسیاری از گروههای تحقیقاتی دیگر را نیز طی سالهای گذشته به صورت کمی توضیح دهد. “چنین مدلی در آینده محققان و مهندسان را قادر می سازد تا خصوصیات نانوبلور نیمه هادی حتی قبل از تولید. ” این باید امکان بهینه سازی چنین موادی را برای کاربردهای خاص فراهم کند. وود می افزاید: “تاکنون ، این کار باید با آزمون و خطا انجام می شد. “

با استفاده از نتایج محققان ETH ، در آینده می توان نیمه هادی های مفید از مواد نانوکریستال برای کاربردهای مختلف در سنسورها ، لیزرها یا LED ها – همچنین برای صفحه های تلویزیون تولید کرد. از آنجا که می توان ترکیب ، اندازه و چیدمان نانوکریستال ها را در حین تولید کنترل کرد ، این مواد نوید تنوع بسیار بیشتری از خصوصیات الکتریکی را نسبت به نیمه هادی های سنتی می دهند.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.