کلیه مطالب این سایت فاقد اعتبار و از رده خارج است. تعطیل کامل

حالت a) برای برخی قطعات منحنی مشخصه­ی ولتاژ- جریان مطابق شکل(a (2-9))می‏باشد که در این حالت، کلیدزنی بین نقاط A و B انجام می­ شود [۵۶].

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

حالت b) وضعیتی که مقاومت منفی با اثر حافظه­ای ظاهر می­ شود و دو حالت پایدار دارد. حالت اوّل مشابه حالت a و دومین حالت، وضعیت رسانشی است. وضعیت رسانشی با اعمال یک جریان باز گرداننده^[۹۷] از بین رفته و قطعه­ی مورد نظر به حالت‏ غیر رسانشی برمی‏گردد(شکل (b (2-9)) را ببینید).
شکل۲-۹) طبقه ­بندی حالات مختلف کلیدزنی]۲۳و۵۶[.
حالت c) کلیدزنی از مقاومت الکتریکی بالا به مقاومت الکتریکی پایین.
در این حالت نقطه عمل پایداری بین حالات مقاومت الکتریکی بالا (Off) و مقاومت الکتریکی پایین (ON) وجود ندارد. در این حالت وقتی اختلاف پتانسیل دو سر نمونه به مقدار معین آستانه V_Th، می­رسد یا بعبارت دیگر ولتاژ اعمال شده به نمونه به حد معینی می‏رسد، نمونه عمل کلید زنی را انجام می‏دهد و نمونه در صورتی به حالت غیررسانشی (Off) برمی‏گردد که جریان عبوری از آن به جریان­های پایین­تر ازجریان نگهدارنده I_h، کاهش یابد. این نوع کلیدزنی را کلیدزنی آستانه‏ای می­نامند] ۵۴و۵۶، ۵۷-۵۹[. ( شکل (c (2-9)) را ببینید).
حالت d) کلیدزنی همراه با حالت حافظه­ای که در آن حالت OFF، مشابه حالت C است و حالت رسانشی (ON)، حتی با افت کامل ولتاژ، حفظ می­ شود. حالت OFF، با اعمال یک پالس جریان، دوباره برقرار می­ شود.حالت اخیر را کلیدزنی حافظه­ای می­نامند [۵۸-۶۰، ۵۴و۵۶]. ) شکل (d (2-9))را ببینید).
حالت e) مقاومت منفی با ولتاژ کنترل شده (VCNR):
در این حالت، نمونه با مقاومت الکتریکی پایین، فعالیت خود را آغاز کرده، سپس با عبور از یک ناحیه مقاومت منفی در بالای V_c، به حالت مقاومت بالا گذار می‏کند. حتی وقتی که ولتاژ به سرعت کاهش می­یابد، حالت مقاومت الکتریکی بالا حفظ می­ شود.( شکل (e (2-9)) را ببینید) [۵۶].
مواد آمورف را با دو حالت کلی متمایز می کنیم:
نوع A: شیشه­ی پایداری که در طول عمل، ساختار و ترکیب آن تغییر نمی­کند که در کلیدزنی آستانه­ای با آن روبرو می­شویم.
نوع B: ماده‏ای که ساختار آن در وضعیتی تجدیدپذیر، تغییر می‏کند. این حالت در کلیدزنی حافظه‏ای مشاهده می‏شود [۵۶].
۲-۱۳) کلیدزنی حافظه ‏ای و آستانه ­ای
با توجّه به آنچه که در بخش قبل ذکر شد، می­توان گفت که وجه اشتراک دو فرایند کلیدزنی حافظه­ای و آستانه­ای^[۹۸]، وجود یک ولتاژ آستانه (V_Th )، برای شرح عمل کلیدزنی می­باشد و اختلاف آنها در این است که در کلیدزنی آستانه‏ای، برخلاف کلیدزنی حافظه‏ای که حالت رسانشی (ON) حتی در جریان­های پایین‏تر از I_h، جریان نگهدارنده^[۹۹]حفظ می‏شد، حالت رسانشی (ON) حفظ نشده و نمونه به حالت غیررسانشی (OFF) برمی‏گردد.
در حالت حافظه­ای، عمل کلیدزنی حافظه­ای از تغییر ساختار برگشت­پذیر بین ماده­ آمورف با مقاومت الکتریکی بالا و حالت میکروبلوری با مقاومت الکتریکی پایین ناشی می­ شود که این تغییر ساختار در ناحیه فیلمانی جریان اتفاق می­افتد و تبدیل ماده به حالت میکروبلوری در زمانی کوتاه پس از عمل کلیدزنی صورت می­گیرد[۵۶]. یک پالس با جریان بالا و پریود کم ممکن است ناحیه­ی فیلمانی جریان را دوباره از حالت بلوری به حالت شیشه ­ای برگردانده سیستم بلوری به حالت بی­نظم تبدیل شود [۵۶و۵۷].
کوهن^[۱۰۰] در سال ۱۹۷۲ با توجه به مشاهدات میکروسکپی فرایند بلوری شدن را قوت بخشید [۶۱]، که به طور کلی می­توان بلوری شدن قسمتی از ماده را ناشی از گرمای ژول ایجاد شده در نمونه، میدان الکتریکی قوی یا تمرکز حامل­های اضافی در مسیر جریان دانست [۵۶و۵۷].
برای روشن شدن موضوع به شکل­های ((a-b-c) ( 2-9)) توجّه کنید.
با توجه به شکل­های زیر، عمل کلیدزنی از حالت OFF به حالت ON با یک تأخیر زمانی t_D، اتفاق افتاده و حالت حافظه­ای بعد از یک بازه­ی زمانی مخفی t_lock-ON، پس از کلیدزنی برقرار می­ شود.
در حالت (a) نمونه بعد از پایان اعمال پالس ولتاژ V_p، به حالات غیررسانشی OFF برمی‏گردد در صورتیکه در حالت (b)، برای برگشت به حالت OFF، یک پالس جریان بازگرداننده مورد نیاز است. پس به طور کلیt_LO، زمان مورد نیاز برای بلوری شدن شیشه در طول فیلمان جریان است که در این فرایند ایجاد می­ شود [۵۶].
شکل ۲-۱۰) نمایش پاسخ زمانی نمونه به پالس
a).کلیدزنی آستانه­ای b).کلیدزنی حافظه­ای c).تغییرات جریان عبوری از نمونه در کلیدزنی حافظه­ای]۵۶[.
بنابراین، می­توان چنین نتیجه گرفت که تغییر در رسانندگی نمونه، ناشی از تغییر رسانش ناحیه­ی فیلمان جریان (ناحیه تشکیل) می­باشد و ولتاژ آستانه­ ثابت در عمل کلیدزنی، دلیلی بر فقدان فرایند تشکیل خواهد بود [۵۷].
ولتاژ آستانه­یV_th، عموماً بین ۳ تا ۱۰۰۰ ولت قرار دارد و در فواصل جدایی چند میکرون، با فاصله­ی جدایی الکترودها متناسب است.
به دلیل شرایط مرزی الکتریکی و حرارتی ناشی از نوع و شکل ماده‏ای که با الکترودها اتصال دارد در فواصل الکترودی بزرگتر، وابستگی تابعی یکنواختی وجود ندارد.
بطور کلی میدان الکتریکی آستانه و ولتاژ آستانه با افزایش ضخامت لایه­ی نیمرسانای آمورف افزایش می­یابد و با افزایش دمای نمونه، کاهش می­یابد [۵۶و۵۷و۶۰].
۲-۱۴) مکانیسم کلیدزنی
فرایند کلیدزنی در نیمرساناهای آمورف، تنها توسط شکست حالت مقاومت الکتریکی بالا مشخص نمی‏شود بلکه مکانیزم هایی باید این فرایند را توجیه نمایند.
برخی [۲۲و۶۲و۶۴] کوشیده‏اند این فرایند را براساس فرآیندهای گرمایی توجیه کنند و برخی دیگر [۲۳و۵۴] معتقدند فرایند کلیدزنی اساس الکتروگرمایی دارد و گروهی فرآیندهای الکترونیکی را مسئول پدیده مذکور می دانند [۶۳].
بطور کلی دو مدل در توجیه فرایند کلیدزنی مطرح می شود:
الف) مدل هموژن (متجانس)
ب) مدل نامتجانس
در ابتدا فرض اینکه لایه‏های نیمرسانا، در طول فرایند کلیدزنی، یکدست و آمورف باقی می‏مانند، وجود داشت. اما با آگاهی از تشکیل فیلمان جریان در داخل لایه نیمرسانای آمورف (تغییر ساختار لایه) مدل نامتجانس مطرح شد. در مدل متجانس دو راهبرد وجود دارد، یکی در نظر گرفتن فرایند کلیدزنی به عنوان فرایند گرمایی با تصحیحات الکترونیکی و دیگر اینکه آنرا فرآیندی الکترونیک با تصحیحات گرمایی در نظر بگیریم.
همچنانکه در بخش­های گذشته بیان شد، پدیده کلیدزنی ممکن است در ناحیه­ی فیلمانی با چگالی بالای جریان، ساختار ماده را به صورتی تغییر دهد که حتی با برگشت ماده به حالت OFF، ساختار اصلی تجدید نشود.
مهاجرت الکترونی و تشکیل نواحی بار فضایی نیز ممکن است به تغییر ساختار ماده بیانجامد که بعد از اینچنین فرآیندهایی، ماده­ مورد آزمایش معمولاً ولتاژ آستانه و مقاومت الکتریکی کمتری نسبت به حالت اصلی در حالت غیررسانشی OFF از خود نشان می­دهد و در واقع ماده مشابه حالت همگن خود، عمل نمی­کند. می­توان توسط پراش الکترون و میکروسکوپ الکترونی ناحیه بلوری محاط شده در زهدان شیشه ­ای^[۱۰۱] را در نیمرساناهای آمورف مطالعه کرد، همچنانکه بلورهای سوزنی Te در جهت عبور جریان در آزمایشی در سال۱۹۲۷ میلادی توسط تماس^[۱۰۲] و باسنل^[۱۰۳]مشاهده شد و آنها این موضوع را ناشی از دمای بسیار بالا و میدان الکتریکی بالا در ناحیه فیلمان جریان عنوان کرده ­اند [۶۴].
به طور کلی رفتار مقاومت منفی در نیمرساناها و همه موادی که مقاومت الکتریکی آنها با افزایش دما به سرعت کاهش می­یابد، دور از انتظار نیست، چرا که گرمای ژول، دمای داخل نیمرسانا را بالا برده و در اثر افزایش رسانش و تحرک حامل­ها، فلوی بیشتری از جریان مجاز به شارش از طریق ناحیه داغ می‏باشد. حالت پایا زمانی حاصل می­ شود که گرمای هدایت شده به نواحی دور از فیلمان جریان، معادل گرمای ژول تولید شده در ناحیه­ی فیلمان جریان باشد یا به عبارت دیگر مقدار گرمای ژول تولید شده به تعادل برسد[۶۵]. در این صورت می­توان معادله­ انتقال گرما را نوشته و شرایط مرزی را به کار برد، هر چند که حل عمومی معادله­ مذکور با شرایط مرزی واقعی قابل حصول نبوده و منوط به ساده­سازی‏های مختلفی می‏باشد ]۶۶و۶۵،۶۴،۶۱[.
کرول^[۱۰۴] در سال ۱۹۷۳ نتیجه­ مطالعه­ خود را به این صورت بیان می­ کند:
تا زمانی که الکترودها چاهک کامل گرما هستند، هیچ رفتار مقاومت منفی و کلیدزنی روی نخواهد داد، اما می‏دانیم علی­رغم بالا بودن رسانش گرمایی الکترودها، در نظر گرفتن الکترودها به صورت چاهک‏های کامل گرما، صحیح نیست. بدین‏ترتیب در مکانیزم گرمایی، گذار بین حالت­های مقاومت الکتریکی بالا و رسانش الکتریکی بالا، منحصراً ناشی از گرمای ژول به عنوان عامل افزایش دما و تغییر ساختار نمونه می­باشد[۶۴]. در مدل الکتروگرمایی تشکیل کانال رسانشی داغ و ایجاد بارهای فضایی در مجاورت الکترودها به طور توأم در نظر گرفته می­ شود و در واقع این مدل، مدلی هیبرید از مدل­های الکترونیکی و گرمایی است [۲۳].
در ادامه به تفصیل نظریه­ های گرمایی، الکتروگرمایی و الکترونیکی برای توصیف پدیده­ کلیدزنی خواهیم پرداخت
۲-۱۴-۱) نظریه الکتروگرمایی^[۱۰۵]
برای شیشه­های اکسیدی از قبیل TeO₂ – V₂O₅، در یک گستره­ی دمایی مورد نظر، رسانش الکتریکی با رابطه­(۲-۳۶) بیان می­ شود:
(۲-۳۹)
که در آن  ، رسانش در دمای نامعین،  ، انرژی فعال سازی،، ثابت بولتزمن وT دمای نمونه در مقیاس کلوین می­باشد.
فرض می­کنیم رابطه­ ولتاژ- جریان در این مواد با وابستگی اهمی (۲-۴۰) توصیف شود:
(۲-۴۰) V=R(T)
I، جریان بر حسب آمپر،V، ولتاژ بر حسب ولت وT، دمای حقیقی نمونه در مقیاس کلوین می­با­شد که این وابستگی به توان الکتریکی مؤثر عبارت است از:
(۲-۴۱)
، فاکتور اتلاف گرما در اثر رسانش ناقص گرما و T_o، دمای نمونه در جریان الکتریکی صفر می‏باشد.
با بهره گرفتن از رابطه­(۲-۴۲) خواهیم داشت:
(۲-۴۲)
(۲-۴۳)
حل عددی این معادله، منحنی­های مشخصه­ی ولتاژ-جریان و مقاومت منفی را نشان می‏دهد. به شکل(۲-۱۱) توجّه کنید [۲۳].