ترکیبات ( III-V ) ادوات نانو اپتیکـی و نانو الکترونیـک نوری بر پایه دکترای نانو _ میکرو الکترونیک (دکترای آموزشی_ پژوهشی)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته: شایـد ادوات نانو اپتیکـی و نانو الکترونیـک نوری بیشترین بهـره را از این ترکیبـات ( III-V ) نیمـه هادی ببرنـد. علـت اصلـی هـم امکـان مهندسـی گـاف انـرژی در این ترکیبـات بر خـلاف سیلیکـون اسـت.
ترکیبات ( III-V ) عامل اصلی در نانو ادواتی مانند نانو دیود نورافشان تعیین این طیف، گاف انرژی در نیمه هادی مورد استفاده است. برای تغییر گاف انرژی چاره ای جز استفاده از ترکیبات نیمه هادی به جای عناصر نیمه هادی وجود ندارد. چند دهه پیش LEDهایی با همچنان 2 طیف نور قرمز و سبز ساخته شده بود ولی امکان ساخت نانو LED آبی با درخشش بالا به صورت یک معمای حل نشدنی باقی مانده بود.ساخت LED با طیف نور آبی به وسیله GaN امکان تولید نور سفید با LED فراهم شد. بخشی از لامپهای نانو LED پربازده ترین لامپها هستند که روز به روز مصارف گسترده تری مییابند. آشکارسازهای نوری از اجزای کلیدی این مدارها هستند. بستر اصلی مطرح برای ساخت این مدارها، بلور فوتونی است.ترکیبات ( III-V ) ادوات نانو اپتیکـی و نانو الکترونیـک نوری از بیشترین کاربرد های نانو_ میکرو الکترونیک باشد. هم اکنون امکان اتصال بین هسته های پردازشگرهای سیلیکونی و حافظه جانبی توسط کانالهای ارتباطی نوری مجتمع از جنس نیمه هادی های مرکب، با نرخ انتقال داده بسیار بالا در سایر فناوریهای ارتباط و اتصال میان پردازشگرها رو به نانو الکترونیک نوری مجتمع جذب کرده است.
ترکیبات ( III-V ) ادوات نانو اپتیکـی
III-V ترکیبات غیر از بعضی عناصر گروه 4 جدول تناوبی یعنی Si و Ge که نیمه هادی هستند، ترکیباتی از عناصر گروه 3 با 5 ،گروه 2 با 6 و همینطور آلیاژهای گروه 4 با 4 نیز خصوصیت نیمه هادی دارند. حتی بعضی ترکیبات از سه عنصر این گروهها مانند AlGaAs و InGaN نیز دارای خصوصیت نیمه هادی هستند در آغاز شناخت این ترکیبات و تحقیقات بر روی آنها تصور میشد که آنها به زودی جایگزین سیلیکون خواهند شد، چراکه امکان مهندسی و به دست آوردن بعضی خصوصیات، که در سیلیکون وجود نداشت، برای آنها میسر بود. اما به سبب نبود عایق مناسب برای به کارگیری در گیت ترانزیستورها و نیز گرانی عناصر و فرایند لایه نشانی نیمه هادی های مرکب V-III ،سیلیکون و نهایتاً آلیاژ سیلیکون ـ ژرمانیوم همچنان به عنوان نیمه هادی اصلی مورد استفاده باقی مانده است.
لازم به ذکر است اکسید سیلیکون، که به سهولت قابل لایه نشانی با خلوص بالا است، عایق بسیار مناسبی برای این منظور است. امروزه در مدارهای مجتمع با طول کانال زیر 50nm از اکسیدهای جایگزین با ضریب دی_الکتریک بالاتر مانند اکسید زیرکونیوم ZrO2 و اکسید هافنیوم میگیرند بهره HfO2 در آلیاژهای سه تـایی از زوج مواد مرکب عناصر میتوان با تغییر نسبـت دو عنـصر موجـود خصوصیات متفـاوتی بـرای نیمه هـادی به دسـت آورد. به عنوان مثـال، در xAs-AlxGa1 و xN-InxGa1 تغییـر x به تغییـر گاف انـرژی و بسیـاری از خصوصیـات این مواد مرکـب نیمـه هـادی منجر انـرژی نوار ساختـار میشـود.ترکیبات ( III-V ) ادوات نانو اپتیکـی (xAs-AlxGa1) را در (حالت 45.0<x) به همراه تغییرات فاصله لبه نوار ظرفیت با لبه نوار هدایت با تغییرx در سه راستای مختلف انتشار موج پیدا میکند.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)