Πειραματική και θεωρητική μελέτη τρανζίστορ, βασισμένων σε νανονήματα ημιαγωγών, υπό μαγνητικά επαγόμενη μηχανική παραμόρφωση

Loading...
Thumbnail Image

Date

2023-09-29

Authors

Μπαρδάκας, Αχιλλέας

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η κατασκευή και ο χαρακτηρισμός καινοτόμων διατάξεων τρανζίστορ μαγνητικά-επαγόμενης μηχανικής παραμόρφωσης (magnetic strain-gated transistors, M-SGTs) που θα βασίζονται σε αιωρούμενα νανονήματα Οξειδίου του Ψευδαργύρου (ZnO). Τα τελευταία χρόνια, η ερευνητική δραστηριότητα γύρω από διατάξεις αισθητήρων ικανών να ανιχνεύουν μαγνητικά πεδία μικρής έντασης σε χαμηλές συχνότητες έχει αυξηθεί σημαντικά. Συγκεκριμένα, αισθητήρες που βασίζονται σε σύνθετα μαγνητοηλεκτρικά υλικά έχουν δείξει σημαντικά πλεονεκτήματα όπως μεγάλη ευαισθησία, λειτουργία σε μεγάλο εύρος συχνοτήτων από DC μέχρι εκατοντάδες kHz και λειτουργία σε θερμοκρασία δωματίου. Οι αισθητήρες αποτελούνται από ένα μαγνητοσυστολικό και ένα πιεζοηλεκτρικό υλικό με τις ερευνητικές προσπάθειες για τη σμίκρυνση τέτοιων δομών στη νανοκλίμακα να αποτελεί μια ανοιχτή πρόκληση. Αρχικά πραγματοποιήθηκε η σύνθεση νανονημάτων ZnO μέσω της υδροθερμικής μεθόδου, χρησιμοποιώντας στρώματα πυρήνωσης γέλης και ιοντοβολής. Αυτά χαρακτηρίστηκαν ως προς τη μορφολογία της επιφάνειάς τους και κρυσταλλογραφικά. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε η σύνθεση των νανονημάτων ZnO όπου μελετήθηκε η εξάρτηση του χρόνου ανάπτυξης καθώς και η επίδραση της συγκέντρωσης των πρόδρομων ουσιών στα δομικά χαρακτηριστικά των νανονημάτων. Ακολούθησε ο κρυσταλλογραφικός και δομικός χαρακτηρισμός των νανονημάτων. Ακόμα αναπτύχθηκε μια βελτιωμένη μεθοδολογία ανάπτυξης μεμονωμένων νανονημάτων κάθετα στο επίπεδο χρησιμοποιώντας την παραπάνω μεθοδολογία σύνθεσης σε συνδυασμό με χωρικά-ελεγχόμενα μοτίβα τα οποία κατασκευάστηκαν με χρήση λιθογραφίας ηλεκτρονικής δέσμης. Παράλληλα, αναπτύχθηκαν μαγνητοσυστολικά υμένια FeCoSiB με χρήση ιοντοβολής συνεχούς ρεύματος. Τα υμένια αυτά χαρακτηρίστηκαν ως προς τις μαγνητοστατικές τους ιδιότητες τους σε συνάρτηση της στοιχειομετρίας ώστε να επιλεχθεί η βέλτιστη. Η βέλτιστη στοιχειομετρία χαρακτηρίστηκε δομικά και κρυσταλλογραφικά και μαγνητοστατικά σε διάφορες θερμοκρασίες ανόπτησης. Ο μαγνητοσυστολικός χαρακτηρισμός των υμενίων έδειξε ότι τα υμένια διαθέτουν σημαντικούς συντελεστές μαγνητοσυστολής. Χρησιμοποιώντας λιθογραφία ηλεκτρονικής δέσμης κατασκευάστηκαν διατάξεις μεταλλικών ηλεκτροδίων σε υποστρώματα πυριτίου. Τα νανονήματα ZnO που αναπτύχθηκαν συναρμολογήθηκαν ανάμεσα στις μεταλλικές επαφές με τη μέθοδο της διηλεκτροφόρησης και προέκυψαν διατάξεις μεμονωμένων και πολλαπλών νανονημάτων ZnO με ενδιαφέρουσες ηλεκτρικές ιδιότητες. Αξιοποιώντας όλα τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την παραπάνω μελέτη πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά η υλοποίηση διατάξεων τρανζίστορ μαγνητικά-επαγόμενης μηχανικής παραμόρφωσης (M-SGTs) βασισμένων τα νανονήματα ZnO και τα μαγνητοσυστολικά υμένια FeCoSiB που αναπτύχθηκαν παραπάνω. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν δείχνουν τη δυνατότητα ελέγχου του ρεύματος που διαρρέει ένα νανονήμα ZnO μέσω εξωτερικού μαγνητικού πεδίου κάτι που ανοίγει το δρόμο για την ανάπτυξη μαγνητοηλεκτρικών διατάξεων στην νανοκλίμακα.

Description

Keywords

Νανονήματα ZnO, Διατάξεις μεμονωμένων νανονημάτων ZnO, Τρανζίστορ μαγνητικά-επαγόμενης μηχανικής παραμόρφωσης

Citation