[
J_n= I_n/A= – nqv_n=nqμ_n E (3-3)

به همین ترتیب چگالی جریان حفره، Jp ، تعریف می‌شود. چگالی جریان نهایی، ناشی از میدان الکتریکی، که از جمع چگالی جریان الکترون‌ها و حفره‌ها حاصل می‌شود، جریان سوق ۲۹ نام دارد:

J=J_n+J_p=( nqμ_n+pqμ_p )E= σ E (3-4)
σ رسانایی نامیده می‌شود. باید توجه داشت که اگرچه الکترون‌ها و حفره‌ها در خلاف جهت یکدیگر حرکت می‌کنند، اما با توجه به اینکه علامت آنها نیز مخالف هم است جهت جریان ناشی از آنها یکسان است. هنگامی که یک تغییر فضایی در تراکم الکترون‌ها در نیمه رسانا بوجود می‌آید، الکترون‌ها از ناحیه با تراکم بالا به سمت تراکم کمتر جریان پیدا می‌کنند. این جریان، جریان پخش۳۰ نام دارد. با فرض یک بعدی بودن، الکترون‌ها از راست به چپ جریان پیدا می‌کنند و آهنگ چگالی جریان الکترونی بر مساحت واحد به صورت زیر داده می‌شود [۲۷ :[

F=- D_n dn/dx (3-5)

〖 D〗_n ضریب پخش الکترونی است و با رابطه انشتین داده می‌شود (〖 D〗_n=(kTμ_n)/q ) و dn/(dx )گرادیان تراکم الکترون‌ها در یک بعد است. بنابراین چگالی جریان پخش الکترون از رابطه زیر بدست می‌آید [۲۷ :[

J_n=q D_n d_n/d_x (3-6)

و جریان پخش حفره‌ها به صورت〖 J〗_p=q D_p dp/dx می‌‌باشد [۲۷ و ۳۰.[

۳-۳- اکسید روی

مطالعه بر روی ساختار و خواص کریستالی اکسید روی از سال ۱۹۳۰ بتدریج آغاز شد و در بازه زمانی ۱۹۷۰ تا ۱۹۸۰ با مطالعه بر روی خواص کپه‌ای اکسید روی، روش‌های رشد، ساختار نواری، برانگیزش، قطبش‌پذیری و آنالیز طیفی این ترکیب به اوج خود رسید و هم اکنون نیز این پژوهش‌ها با مطالعه بر روی ترکیبات و نانو ساختارهای متعدد اکسید روی، روش‌های سنتز این ترکیب‌ها و بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی آنها دنبال می‌شود [۳۱ – ۳۳ .[ اکسید روی ماده‌ای سفید رنگ است که از ترکیبات دو عنصری ستون‌های ۴ و ۶ جدول تناوبی تشکیل شده است و در تقسیم‌بندی خواص الکتریکی، نیمرسانا محسوب میشود و در حالت عادی بدون افزودن ناخالصی، نیمرسانای نوع n می‌باشد. اکسید روی دارای گاف انرژی مستقیم در حدود ۳۷/۳ الکترون ولت در دمای اتاق می‌باشد [۳۴ .[چنین گاف انرژی بزرگی باعث می‌شود که نانو ساختارهای اکسید روی بهترین کاندیدا برای ساخت لیزرهای ماورا بنفش باشند [۳۵ .[اگر چه گاف انرژی اکسید روی نزدیک گاف انرژی GaN که در حدود ۴۴/۳ الکترون ولت می باشد است اما آنچه که اکسید روی را منحصر به فرد می‌سازد انرژی بستگی اکسیتونی بزرگ آن است که mev 60 می باشد و بسیار بزرگتر از GaN است که meV 21 می باشد [۳۴ .[ در میان این مواد اکسید روی به سبب ارزان‌تر بودن ، منابع فراوان در طبیعت، مناسب بودن برای محیط زیست، سادگی فرآیند ساخت و … از لحاظ تجاری نیز مورد توجه قرار گرفته است و بهترین جایگزین برای GaN می‌باشد.
اکسید‌روی به دلیل خواص ویژه الکتریکی و اپتیکی و ساختاری، کاربردهای فراوانی در صنایع نیمه‌هادی دارد. این ماده در تقسیمبندی مواد پیزوالکتریک در رده کریستال‌های قطبی غیر‌فروالکتریک۳۱ قرار میگیرد ]۳۶[. کریستال‌های قطبی موادی عایق با ساختار منظم بلوری می‌باشند که بدلیل عدم انطباق مرکز بارهای مثبت و منفی در آنها دوقطبیهای کوچک الکتریکی تشکیل میشوند در صورتیکه این دو قطبیها به هر دلیل مثلاً با تحریک عامل خارجی یا بدلیل نظم در ساختار بلوری هم جهت شوند، این مواد خاصیت پیزوالکتریک قوی و قابلیت تبدیل فشار آکوستیکی به سیگنال الکتریکی و بر عکس را از خود نشان میدهند. محوری که دو‌قطبیها در راستای آن هم جهت شدهاند را محور دو قطبی۳۲ یا محور C 33 می‌نامند. بلورهای قطبی به دو دستهی فروالکتریک‌ها و غیر فروالکتریک‌ها تقسیم میشوند. خاصیت مهم فروالکتریک‌ها امکان تغییر جهت یا معکوس شدن پلاریزاسون در اثر اعمال میدان الکتریکی خارجی میباشد. خانواده بلورهای PZT 34 دستهای از فروالکتریک‌ها میباشند. لایههای نازک فروالکتریک که بصورت جهت دار در راستای محور قطبی لایهنشانی میشوند، کاربردهای ویژهای از قبیل مبدل پیزوالکتریک۳۵ ، مبدل پیروالکتریک۳۶ ، موجبر نوری، محیط اکوستو‌اپتیکی۳۷ ، مولد هارمونیک دوم۳۸ و سلول حافظه دارند ]۳۷[.
در مورد غیر فروالکتریک‌ها، هم جهت کردن دو قطبیها هنگام رشد بلور باید صورت بگیرد و امکان تغییر جهت محور قطبی با اعمال میدان خارجی مانند فروالکتریک‌ها وجود ندارد، بنابراین چگونگی رشد و کنترل شرایط در هنگام تشکیل بلور نقش تعیین کننده در خواص این دسته دارد. اکسید‌روی از رده غیر فروالکتریک‌ها میباشد، خوشبختانه اکثر این مواد تمایل به رشد در جهت محور قطبی دارند. مثلاً در مورد اکسید‌روی که ساختار بلوری آن بصورت منشور شش وجهی منتظم میباشد، تمایل به رشد لایه نازک در راستای عمود بر قاعده منشور وجود دارد. لایههای نازک این دسته کاربرد فراوانی در ساخت ادوات آکوستواپتیک، الکترواپتیک ۳۹ و مبدل‌های پیزوالکتریک دارند ]۳۸[.

۳-۳-۱- ساختار بلوری اکسید روی

اکسید‌روی در شرایط محیطی و تعادل ترمودینامیکی دارای ساختار ورتسایت ۴۰ می باشد. این ساختار دارای سلول واحد هگزوگونال با پارامترهای شبکه aو c با نسبت c/a = √۸/۳ می‌باشد‌ (شکل۳-۲)]۳۹[. همانطور که مشاهده میشود قاعده منشور یک شش ضلعی منتظم میباشد که اتمهای Zn در مرکز و راسهای آن قرار دارند. را
ستای محور قطبی در راستای عمود بر قاعده منشور میباشد که با اندیس (۰۰۲) نمایش داده میشود.

شکل (۳- ۲) ساختار بلوری اکسید روی

ساختار مواد را به طور کلی می‌توان به شکل زیر طبقه‌بندی کرد:
ساختار مواد خالص: این مواد از یک نوع اتم تشکیل شده‌اند. این ساختارها به ۱۴ نوع سلول واحد ) شبکه براوه ( معروفند.

مکعبی ساده (sc)
مکعبی با وجوه مرکزپر (fcc)
مکعبی مرکزپر (bcc)
تتراگونال ساده
تتراگونال مرکزپر
اورتورومبیک ساده
اورتورومبیک مرکزپر
اورتورومبیک دو وجه مقابل پر
اورتورومبیک وجوه مرکزپر
رومبوهدرال
هگزاگونال (hcp)
مونوکلینیک ساده
مونوکلینیک با دو وجه مقابل پر
تری‌کلینیک

ساختارهای دوتایی

ساختار نمک طعام (NaCl)
ساختار کلرید سزیم (CsCl)
ساختار ورتسایت
ساختار بلندروی (ZnS)
ساختار فلوریت
ساختار آنتی فلوریت
ساختار روتیل

ساختار سیلیس
سیلیکا
ارتوسیلیکات‌ها
پیروسیلیکات‌ها
متاسیلیکات‌ها
فیلوسیلیکات‌ها )سیلیکات‌های ورقه‌ای(
سیلیکات‌های داربستی )شبکه‌ای(
ساختارهای سه‌تایی

ساختار اسپینل
ساختار اسپینل معکوس
ساختار کوراندوم
ساختار پروسکایت
ساختار ایلیمینیت
ساختار ورتسایت

ساختار ورتسایت  یکی از ساختارهای بر پایه شبکه شش‌ ضلعی فشرده است که در آن آنیون‌ها شبکه hcp را به وجود آورده و کاتیون‌ها یک دوم حفره‌های چهاروجهی را پر می‌کند. عدد کئوردیناسیون هر یک از اتم‌ها /یونها در این ساختار ۴ است. موادی که دارای ساختار ورتسایت هستند عبارتند از: اکسید روی، نیترید گالیوم، نیترید‌آلومینیم، سولفید‌ روی، سلنید‌کادمیم و …  

شکل (۳- ۳) ساختار ورتسایت اکسید روی

در بین اکسیدهای کارکردی۴۱ ، پروسکایت، روتیل، فلوئورید‌کلسیم و ورتسایت، اکسید روی تنها ماده‌ای است که هر دو ویژگی پیزوالکتریکی و نیمه‌رسانایی را از خود نشان می‌دهد. این ماده ساختارهای گوناگونی دارد که بسیار غنی‌تر از انواع نانومواد شناخته شده مانند نانولوله‌های کربنی می‌باشند. با استفاده از روش تصعید حرارتی حالت جامد و با کنترل سرعت رشد، دمای رشد موضعی و ترکیب شیمیایی مواد می‌توان دسته وسیعی از نانوساختارهای اکسیدروی را سنتز کرد، نانوحلزون‌ها، نانوفنرها و نانوحلقه‌های یکپارچه و بدون درز.
‌اکسیدروی، نیترید‌گالیم، نیترید‌آلومینیم، سولفید‌روی و سلنید‌کادمیم، چند عضو مهم از خانواده ورتسایت می‌باشند که در ساخت مواد پیزوالکتریک، الکترونیک نوری و لیزر اهمیت و کاربرد فراوان دارند. دو ویژگی مهم این خانواده تقارن غیرمرکزی و سطوح قطبی آن‌ها می‌باشد. به عنوان مثال اکسید روی ترکیبی است که به خوبی می‌تواند طرز قرارگرفتن کاتیون‌های ۲+ Zn را در کنار آنیون‌های ۲- O در یک ترکیب چهار وجهی نشان دهد. این یون‌ها طوری قرار گرفته‌اند که بار مثبت در سطح Zn و بار منفی در سطح Oقرار گرفته است. در نتیجه یک دو قطبی در طول محور مرکزی به وجود می‌آید و باعث ایجاد اختلاف سطح انرژی بین سطوح می‌شود. ثابت‌های شبکه ۴۲ مهم اکسید روی عبارتند از c (ارتفاع منشور منتظم) که ۲/۵ آنگستروم بوده و شعاع اتمی مربوط به آن ۲.۶۰۳ = ۲/c آنگستروم می‌باشد و) a فاصله دو راس شش ضلعی منتظم ) که ۲۴/۳ آنگستروم بوده و شعاع اتمی مربوط به آن ۶۲/۱ = ۲/a آنگستروم می‌باشد. اولی مربوط به جهت بلوری (۰۰۲) و دومی مربوط به جهت بلوری (۱۱۰) می‌باشد. معمولاً ZnO در جهت بلوری (۰۰۲) رشد داده می‌شود و یا بعبارت دیگر تحت شرایط مناسب تمایل بیشتری به رشد در این جهت دارد.

۳-۳-۲- خواص مهم اکسید روی

برخی از خواص مهم اکسید روی در جدول (۳ – ۱) ذکر شده‌‌اند ]۴۰و ۴۱[. این ماده در فاز بی‌شکل ۴۳ بصورت پودر زرد رنگ بوده و در فاز بلوری بصورت شفاف و دارای ضریب شکست نسبتاً بزرگ ۲ n = می‌باشد. البته شفافیت مربوط به باند مرئی بوده و در طول موج‌های مادون قرمز امواج الکترومغناطیس را منعکس می‌کند، بنابراین یکی از کاربردهای این ماده در آیینه‌های حرارتی ‌می‌باشد.
اکسید‌روی جاذب گازها بخصوص دی‌اکسید‌کربن است و خواص پیزوالکتریک آن از جمله سرعت امواج آکوستیکی داخل آن در اثر جذب گاز تغییر می‌کند، بنابراین یکی از کاربردهای مهم آن در آشکارسازی گازها می‌باشد. اکسید روی بدون بو بوده و بخار آن سمی است و در اکثر اسیدها و بازها حل می‌شود ولی در آب و حلال‌های آلی مثل الکل حل نمی‌شود. از آن در صنایع لاستیک‌سازی برای پروراندن لاستیک استفاده می‌شود. در سرامیک‌ها برای بالا بردن استحکام و در پزشکی و داروسازی برای گندزدایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

جدول (۳ – ۱) خواص مهم اکسید روی

خواص مهم اکسید روی

a0 nm 32459/0
c0 nm 52069/0
c0 / a0 602/1
چگالی ۳ gr/cm 606/5
نقطه ذوب C0 1975
گاف انرژی مستقیم ev 37/3
انرژی برانگیختکی اکسایتونی mev 60

۳-۴- روش‌های ساخت نانوساختارهای اکسید روی

همانطور که در بخش اول اشاره شد، اکسید
روی کاربردهای فراوانی دارد. اکسید روی یک خانواده گسترده از نانوساختارها مانند نانو لوله‌ها، نانو سیم‌ها، نانو میله‌ها، نانو فنرها، نانو حلقه‌ها، و … تشکیل می‌دهد که می تواند توسط روش‌های مختلفی ساخته شود (شکل ۳-۴ ) [۴۲]. در این تحقیق، ما به طور عمده به بررسی دو نوع ساختار اکسید روی، نانوسیم‌های اکسید روی و و نانو‌پروس‌های اکسید روی می‌پردازیم.

شکل( ۳- ۴ ) ساختارهای مختلف اکسید روی

۳-۴-۱- ساخت نانوسیم‌‌های اکسید روی

نانوسیم‌های اکسید‌روی را می‌توان بطور مستقل (بدون زیرلایه) و یا با زیرلایه تولید کرد، اما تولید آن با استفاده از زیرلایه مزیت‌های فوتوکاتالیستی بیشتری دارد. ناهمسانگردی ساختار بلوری اکسید‌روی به رشد نانو‌سیم‌ها کمک می‌کند [۴۱]. سرعت رشد نانو‌سیم‌های تولید شده به روش هیدروترمال در جهت‌های مختلف، متفاوت است و از الگوی زیر پیروی می‌کند [۴۲]:

V(0001) V(1011) V(1010)

تکنیک‌های ساخت نانوسیم‌‌های اکسید‌روی را می‌توان بر اساس محیط رشد به دو بخش عمده تقسیم کرد: رشد فاز بخار و رشد فاز مایع یا محلول.

۳-۴-۱- ۱- رشد فاز بخار

سنتز فاز بخار یکی از پرکاربردترین راهکارهای کشف شده برای تشکیل نانوساختارهای یک بعدی می‌باشد ]۴۳[. رشد به روش فاز بخار هم شامل موارد فیزیکی (PVD) و هم شامل موارد شیمیایی (CVD) می‌شود. سنتز فاز بخار در یک محفظه بسته با یک محیط گازی انجام ‌می‌شود. در این روش ابتدا ماده‌ی مورد نظر توسط واکنش‌های شیمیایی تبخیر شده، سپس آن را متراکم می‌کنند تا بر روی زیرلایه رسوب کند. بطور کلی سنتز فاز بخار در دماهای بالا (C5000 – C15000) صورت می‌گیرد و نانوسیم‌هایی با بهتیرین کیفیت تولید می‌کند. تکنیک‌های مختلفی برای تهیه اجزاء اولیه فاز گازی توسعه یافته‌اندکه عبارتند از: مکانیسم بخار- مایع- جامد (VLS) 44 ]44[، رسوب شیمیایی بخار ]۴۵[، رسوب‌دهی شیمیایی بخار آلی- فلز (MOCVD) 45 ]46[، رسوب فیزیکی بخار ]۴۷[، بیم مولکولی ]۴۸[، لایه‌نشانی پالسی ]۴۹[. از بین این روش‌های مختلفی که برای ساخت نانوسیم‌های اکسید روی وجود دارد، روش‌های VLS و MOCVD به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

۳-۴-۱- ۲- رشد فاز مایع

سنتز فاز بخار نیاز به درجه حرارت بالا، تجهیزات پیچیده و گرانقیمت دارد که برای تولید در مقیاس‌های بزرگ مقرون بصرفه نیست. رشد فاز مایع در مقایسه با رشد فاز بخار مزایای بسیاری دارد و بدلیل قابلیت اجرا


No Comment.

Related Posts

پایان نامه ها و مقالات

قابلیت پیش بینی، پرخاشگری کلامی

طرح پژوهش در سطح دانشگاه، با اخذ معرفی نامه از دانشکده، به معاونت پژوهشی اداره آموزش و پرورش شهرستاناصفهان مراجعه شد و از آنها لیست دبستانهای دولتی شهرستان اخذ و نمونهگیری مربوط به پایایی و Read more…

پایان نامه ها و مقالات

سبک های فرزند پروری، دانش آموزان دختر

و خوی کودکان (خشم / سرخوردگی وتلاش برای کنترل)، سبک های فرزند پروری (مستبدانه و مقتدرانه) را پیش بینی می کند؟ ۲. آیا سبک های فرزند پروری (مستبدانه و مقتدرانه)، خلق و خوی کودکان (خشم/ Read more…

پایان نامه ها و مقالات

مشکلات رفتاری، رفتار پرخاشگرانه

گریتنز۲۳۱، آنقنا۲۳۲ و میچلز۲۳۳، ۲۰۰۹)، ناراحتی های عاطفی (نلسون و کوان۲۳۴، ۲۰۰۹) و مشکلات رفتاری را در مدارس ابتدایی گزارش کرده اند. در مطالعه ای که توسط استون۲۳۵ و همکاران (۲۰۱۳) با هدف بررسی کنترل Read more…