امتیاز : -3

سيستم هاي نانوالكترومكانيك 

سیستم های نانو الکترومکانیک

 

 

 

 

 

 

NEMS 

   ويژگي هاي  NEMS

معرفي وسايل الكترومكانيكي چند ترمينالي

فركانس

ضريب كيفيت Q

مشخصه عملكرد توان عملياتي

پاسخ گويي ( واكنش پذيري)

دامنه ديناميك موجود

تودة فعال

چالش هاي اصولي

جستجوي Q بالا

نويز فاز

توسعه مبدل ها

ساخت نانوقابل توليد مجدد 

كاربرد پديد آمده ( آغازين)

بررسی NEMS

سیستم تشدیدگر SET نانومکانیکی

معادله اصلی

راه حل حالت ثابت (پایدار)

ديناميك تشديدگر مكانيكي در رژيم تزويج ضعيف

ديناميك متعادل موثر ديگر NEMS  

نتايج

 

 

 

 

سيستم هاي نانوالكترومكانيك (NEMS) در جوامع علمي و تكنيكي مورد توجه زيادي بوده اند. اين دسته از سيستم ها كه بسيار شبيه به سيستم هاي ميكروالكترومكانيك هستند در انواع حالات تشديد شده خود با ابعادي در سابميكرون عميق عمل مي كنند. سيستم در اين محدوده، داراي فركانس هاي رزونانس بسيار، توده هاي فعال تحليل يافته و ثبات نيروي پايداري باشند؛ ضريب كيفيت تشديد اين سيستم در رنج Q  lo3-105 بسيار بالاتر از دسته ديگر مدارهاي تشديدي الكتريكي مي باشند. اين سيستم در NEMS براي دسته بسياري از كاربردهاي تكنولوژي مانند سنسور فراسريع، دستگاه راه اندازي، و اجزاي پردازش سيگنال مهيا مي سازد.

به طور آزمايشي از NEMS انتظار مي رود كه امكان تحقيق بر فرآيندهاي مكانيكي متعادل فونون و واكنش كوانتوم سيستم هاي مكانيكي مزوسكوپيك را فراهم آورد. با وجود اين، هنوز چالش هاي ريشه اي و تكنولوژيكي براي بهينه سازي NEMS وجود دارد. در اين بررسي ما بايد مروری بر چشم اندازها و چالش ها در اين زمينه يك معرفي متعادل از NEMS را ارائه داده و كاربردهاي جالب و آشكارسازي الكترومكانيك را به تصوير مي كشيم.

سيستم هاي نانو الكترومكانيكي (NEMS)، تشديد گرهاي مكانيكي با مقياس نانو – به – ميكرو متر مي باشند كه به ابزار الكترونيكي داراي ابعاد مشابه وصل مي شوند. NEMS نويد ميكروسكوپ نيروي فراحساس سريع و عميق شدن فهم ما از چگونگي پيدايش ديناميك كلاسيك با نزديك شدن به ديناميك كوانتوم مي باشد. اين پژوهش با يك بررسي از NEMS شروع شده و پس از جنبه هاي خاص ديناميك كلاسيك آنها را توصيف مي كند. مخصوصاً، نشان مي دهيم كه براي اتصال ضعيف، عمل ابزار الكترونيكي روي تشديدگرمكانيكي مي تواند به طور مؤثر، يك حمام حرارتي باشد در حاليكه ابزار، يك محرك خارج از تعادل سيستم باشد.

 

 

1- مقدمه:

محققان با استفاده از مواد و فرآيندهاي ميكروالكترونيك مدت هاست كه كنترل پرتوها، چرخ دنده ها و پوسته هاي ماشين هاي ميكروسكوپي را انجام داده اند كه اين عناصر مكانيكي و مدارهاي ميكروالكترونيكي كه آن ها را كنترل مي كنند را به طور كل سيستم هاي ميكروالكترومكانيك يا MEMS خوانده اند. در تكنولوژي امروزي MEMS براي انجام اموري در تكنولوژي مدرن مانند باز و بسته كردن دريچه ها، ( سوپاپ ها) چرخاندن آينه ها و تنظيم جريان الكتريسيته و يا جريان نور بكار گرفته مي شود. امروزه كمپاني هاي متعددي از غول هاي نيمه هادي گرفته تا راه اندازي هاي كوچك مي خواهند ابزار MEMS را براي طيف گسترده اي از مشتريان توليد كنند. با تكنولوژي ميكروالكترونيك كه هم اكنون تا حد ريز ميكرون پيش رفته است زمان آن رسيده كه كشفيات متمركز NEMS را آغاز كنيم.

شكل 1 خانوادة NEMS نيمه رسانا را نشان داده و مراحل توليد ساخت كلي آن را مطرح مي كند. اين فرآيند براي طراحي آزادانه ساختارهاي نيمه رساناي نانومتر به عنوان نانوماشين سطحي مي باشدكه نقطة مخالف ميكروماشين بالك MEMS مي باشد اين تكنيك ها براي سيلكون بر ساختارهاي عايق،  گاليوم آرسنايد روي سيستم هاي آلومينيوم گاليوم، كاربيد سيلكون برسيليكون، نيتريد آلومينوم بر سيليكون، لايه هاي الماس          نانو بلوري و لايه هاي نيتريد سيلكون نامنظم بكار گرفته مي شود. اكثر اين مواد با درجه خلوص زياد وجود دارد كه با كنترل دقيق ضخامت لايه اي رشد كرده اند.

اين قسمت دوم (كيفيت كنترل لايه اي) كنترل ابعادي در بعد عمودي در سطح تك لايه اي را كنترل مي كند. اين مقوله كاملا منطبق با دقت ابعادي جانبي ليتوگرافي  پرتوالكتروني است كه به مقياس اتمي نزديك مي شود.

NEMS داراي ويژگي هاي چشمگيري مي باشد. آن ها دسترسي به فضاي پارامتري را كه غير پيش بيني است را فراهم مي كنند؛ فركانس هاي مقاومت تشديدي در ميكرويو، ضريب كيفيت مكانيكي در دهها هزار، توده هاي فعال در femtogram، ظرفيت گرمايي پايين تر از يوكتوكالري و ...

اين ويژگي ها تصورات و سيل افكار براي تجربيات و آزمايشات هيجان انگيز را بوجود مي آورد و در عين حال تعداد زيادي سؤالات غيرقابل پيش بيني و نگرهايي هاي بيشماري را نيز بدنبال دارد از جمله اين سؤالات: چگونه مبدل ها در مقياس نانو مشخص مي شوند؟ چگونه ويژگي هاي سطحي كنترل مي گردد؟ ويژگي هاي پارامتر NEMS با هر اندازه و مقياسي گسترده مي باشند. كساني كه مي خواهند نسل بعدي NEMS را توسعه دهند بايد به سمت آخرين كشفيات فيزيك و علوم مهندسي در جهات مختلف سوق بيابند. اين بازنگري در چهار قسمت اصلي ذكر شده است. در دو بخش بعدي ما سعي مي كنيم يك معرفي متعادل از NEMS را ارائه دهيم. ما نه تنها ويژگي هاي جالب و مورد توجه NEMS را مورد بحث و بررسي قرار مي دهيم بلكه يك مرور كلي بر چالش هاي اساسي و تكنولوژيكي را ارائه خواهيم داد.

همچنان كه به بخش هاي بعدي نزديك مي شويم، معلوم مي شود كه كدام يك از اين چالش ها از طريق مهندسي سيستماتيك قابل بحث و بررسي است. در بخش چهارم اين تحقيق، يكي از كاربردهاي  ضروري NEMS را كه آشكارسازي نانوالكترومكانيك فراحسي مي باشد تحت مطالعه قرار مي دهيم. در بخش پنجم پروژه ها را ارائه خواهيم داد.

يك سيستم نانو الكترومكانيك (NEMS) از يك تشديدگر مكانيكي با درجه بندي نانومتر –به- ميكرومتر تشكيل مي شود كه به يك ابزار الكترونيك داراي ابعاد قابل قياس مزدوج مي شود  ، تشديدگر مكانيكي مي تواند يك شكل هندسي ساده داشته باشد مثل يك طرّه يا يك پل و از موادي مثل سيليكون با استفاده از تكنيك هاي ليتوگرافي مشابه به نمونه هاي به كار رفته براي ساختن مدارهاي تركيبي ساخته مي شوند. به خاطر اندازه ميكروشان، تشديدگرهاي مكانيكي مي توانند با فركانس هايي در محدوده چند مگاهرتز تا حدود يك گيگا هرتز   نوسان داشته باشند. ما به طور نرمال، به ايده نوسان سيستم هاي مكانيكي در چنين فركانس هاي راديويي – به- ميكروويو، عادت نمي كنيم.

نتايج :

ما يك بررسي خلاصه از رشته تحقيق NEMS ارائه داده ايم كه در آن روي ديناميك موثر كلاسيك تشديدگر نانو مكانيكي ، به خاطراثر متقابلش با يك سيستم الكترون تونل سازي ، تاكيد كرده ايم . تحت شرايط تزويج ضعيف ديناميك مكانيكي شاخص             ( مخصوص ) ،كه در معيارها ي زماني طولاني تر از ديناميك الكترون تونل سازي رخ   مي دهد ، سيستم الكترون مي تواند به طور موثر بعنوان يك حمام حرارتي عمل كرده و باعث شود كه تشديدگر ، حركت گرمايي Brownian را متحمل شود .

همانگونه كه بيان شد ، شرايط اينكه تشديدگر ، سيستم الكترونيك را به عنوان يك حمام حرارتي دريافت كند ، نسبتا كلي هستند . بنابراين اين طبيعي است كه تامل كنيم كه آيا نوسانگرهاي مكانيكي ديگري هم دور از سيستم هاي متعادل ، با درجات آزادي زياد ، طوري متصل هستند كه نوسان گر حركت Brownian حمام حرارتي را تحمل كند يا نه؟ . نمونه هاي زيادي از اين قبيل در واقع بررسي شده اند . يك نمونه آن ، خنك سازي ليزر Doppler يك يون حفظ شده به شيوه هارمونيك مي باشد..................

 

  گزارش تخلف  |  افزودن به فایل های من | mjavad25 | تاریخ ارسال : 09 /01 /1394

شما هم می توانید در مورد این فایل نظر دهید.