گسسته شدن ترازهای انرژی در مقیاس نانو بر پایه علم نانو الکترونیک (مهندسی نانو _میکرو الکترونیک)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
نکته : برای تشکیل نو ساختار ها در علوم نانو الکترونیک به مواد اولیه تغییر یافته نیاز است (ترانزسیتورها و دیود ها) و هر ماده ای که اطراف ما وجود دارد یک ساختار انرژی منحصر به فرد برای الکترونها دارد و ساختار انرژی مواد مختلف با یکدیگر متفاوت است.
بر پایه علم نانو الکترونیک در یک اتم، الکترونها تنها میتوانند اوربیتالهای اتمی معینی را همراه با ترازهای انرژی گسسته اشغال کنند. اگر چندین اتم در کنار هم قرار گیرند تا یک مولکول تشکیل شود، به دلیل تاثیر هسته های هر اتم بر الکترونهای تمامی اتمها و اصل طرد پائولی، اوربیتالهای اتمی شان شکافته میشود. هنگامی که تعداد بسیار زیادی از اتمها جهت تشکیل بلور کنار هم قرار میگیرند، تعداد اوربیتالها فوقالعاده زیاد شده و در نتیجه ترازهای انرژیشان به همدیگر نزدیک میشود. به طوری که ترازهای انرژی به صورت پیوسته به نظر میرسد. در این حالت به جای تراز انرژی، باندها یا نوارهای انرژی الکترونی مجاز به وجود میآید. بین این باندها گافهای ممنوعه قرار داشته که الکترونهای مشابه با ترازهای گسسته در اتم نمیتوانند در این گاف قرار گیرد. در مواد ماکروسکوپی و معمولی متشکل از نوارهای انرژی است . در اتمهای مختلف فاصله بین ترازها با یکدیگر متفاوت است و در موارد معمولی پهنای باندهای انرژی و پهنای منطقه ممنوعه (گاف انرژی) با یکدیگر متفاوت است.
تغییر خواص مواد در ساخت نانو چیپ ها و دیود ها (نانو الکترونیک)
بسیاری از خواص مواد تابع ساختار انرژی آن است و با تغییر ساختار انرژی، خواص نیز تغییر میکند، برای مثال برای ساخت نانو چیپ ها و دیود ها معمولاً در مواد نیمه رسانای معمولی، اتمهای ناخالصی وارد میکنند. ورود اتمهای ناخالصی به ساختار باعث تغییر ساختار انرژی و کم شدن گاف انرژی میشود که تغییرات خواص الکتریکی را به همراه دارد.
برای ساخت نانو چیپ ها در نانو الکترونیک میخواهیم یک ماده معمولی با ابعاد مشخص را ریز کرده و به ابعاد نانو برسانیم. هنگامی که یک ماده ریز میشود، در واقع اتمهای آن کاهش مییابد. اتمی که از ماده جدا میشود، تراز انرژی مربوط به آن نیز از ساختار نواری جدا میگردد. زیر یک اندازه مشخص )که این مقدار خیلی کمتر از 011 نانومتر است( تعداد اتمها و ترازهای انرژی به قدری کم میشود که دوباره نوارهای انرژی به تراز انرژی تبدیل میشوند، یعنی ترازها از یکدیگر جدا شده و نوارها حذف میشوند. پس با ریز شدن و رسیدن به ابعاد نانو علاوه بر افزایش بسیار زیاد سطح نسبت به حجم، نوارهای انرژی الکترونی نیز دچار گسستگی میشوند. حال دیگر کمیتی مانند انرژی یک الکترون هر مقداری نمیتواند داشته باشد و باید انرژی آن به اندازه ترازهای انرژی باشد.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )