وبلاگ

هدف اصلی در صنعت اسپینترونیک ،کنترل وبکارگیری اسپین الکترون ها ، علاوه بربار آن هاست . ازچشم اندازهای این صنعت می توان به ساخت حافظه های غیرفرارسریع ، افزایش سرعت پردازش اطلاعات ،کاهش توان مصرفی و افزایش پکیدگی مدارهای مجتمع اشاره کرد . در این صنعت از ترکیباتی استفاده می شود که اولاً تکنولوژی لازم برای تهیه آن ها باشد وثانیاً دمای گذارآن ها بزرگ ( نزدیک دمای اتاق ) باشد.                                                                                                             مطالعات نظری صورت گرفته در این خصوص نشان می دهند که تنها ترکیبات پایه با گاف نواری بزرگتردمای گذار بالاتری از خود نشان می دهند . دمای گذار بالا جایی است که می توان این ترکیبات را تجاری کرد .

 

1-2 نیمرساناهای مغناطیسی رقیق

 

آلایش ترکیبات نیمرسانا با عناصرواسطه ( Cr , Mn , Fe , Co , Ni ) می تواند منجربه تولید موادی شوند که خاصیت مغناطیسی ازخود نشان می دهند که به چنین ترکیباتی اصطلاحاً نیمرساناهای مغناطیسی رقیق شده (DMS) می گویند .                                                                               یک دسته از ترکیباتی که در تولید DMS ها به عنوان ترکیب پایه استفاده می شوند ترکیبات گروه     II-VI  هستند . ترکیبات این گروه دارای گاف نواری پهن ومستقیم می باشند . این ترکیبات قابلیت انتشار نور حتی در دمای اتاق را دارند به همین دلیل این ترکیبات کاندیدای مناسبی برای ساخت قطعات اسپینترونیکی و اپتوالکترونیکی می باشند . گاف نواری و ثابت شبکه بعضی از این ترکیبات در جدول  (1-1) گزارش شده است .

 

جدول (1-1) : مقادیر گاف نواری و ثابت شبکه برخی ترکیبات گروه II-VI ]1[

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

نمونه	ثابت شبکه(  )	گاف نواری (eV)
ZnS	41/5	68/3
ZnSe	67/5	7/2
ZnTe	10/6	26/2

سولفیدروی (ZnS) یک نیمرسانای مهم ازترکیبات گروه II-VI است. که اتم های Zn وS به ترتیب در گروه II و VI جدول تناوبی قرار دارند . اوربیتال های اتمی لایه آخر روی (3d,4s) است درحالی که برای اتم S (3s,3p) است . اتم Zn دارای عدداتمی 30 ، شعاع اتمی 133/0 نانومتر و شعاع یونی 074/0 نانومتراست درحالیکه اتم S دارای عدداتمی 16، شعاع اتمی 101/0 نانومتر و شعاع یونی 184/0نانومتراست ]1[. گاف نواری این ماده دردمای اتاق در حدود 68/3  الکترون ولت می باشد . حدود این گاف نواری نشان می دهد که حدود  طول موج های طیف اپتیکی شفاف است . نوع و قدرت پیوندهای بین اتمی این ترکیب یونی وبسیارقوی می باشد که این مسئله می تواند علت کاهش رسانش گرمایی و پهن بودن گاف نواری این ماده باشد . دمای ذوب این ترکیب درحدود 1718 درجه سانتی گراد است . این ماده کاندیدای مناسبی برای استفاده در ساخت سلول های خورشیدی[2] ، حافظه های اپتیکی[3] ، بازتابنده ها[4] و صفحه نمایش های تخت[5] می باشد]2،3 [. ازسوی دیگر با توجه به پهن بودن گاف نواری این ماده پیش بینی می شود که درصورت آلایش این ماده با اتم های مغناطیسی امکان

 افزایش دمای کوری در این مواد وجود داشته و امکان استفاده از این ترکیب را در صنعت اسپینترونیک برای ساخت قطعاتی نظیر حافظه های مغناطیسی[6] فراهم می آورد.

 

1-3 ساختاربلوری

 

سولفیدروی می تواند با دو ساختار مکعبی زینک بلند[7] وشش گوشی وورت سایت[8] متبلور شود.              سولفیدروی درساختار زینک بلند به این شکل متبلور می شود که روی یک زیر شبکه ی Fcc ، درهر یک از مکان های(000) ،(0 2/1  2/1)، ( 2/1 0 2/1 ) ،( 2/1 2/1 0 ) یک اتم قرار می گیرد و اتم های دیگر روی یک زیرشبکه Fcc دوم طوری قرار می گیرند که این زیر شبکه در طول قطر به مقدار 4/1 جا به جا شود ( شکل (1-1) ) . در این ساختار هر اتم Zn درمرکز یک چهاروجهی از اتم های S قرار گرفته و هراتم S دارای چهار نزدیکترین همسایه Zn در محل های مشابه است. این ساختار به گونه ای است که اگر Zn و S با هم جا به جا شوند ، باز همان ساختار بدست می آید. سولفید روی در این ساختار، دارای ثابت شبکه[9] 409/5  انگستروم وگاف نواری[10] 68/3 الکترون ولت می باشد. ساختارمکعبی سولفیدروی در شکل (1-1) نشان داده شده است .

 

شکل (1-1) : ساختار مکعبی زینک بلند ]4[

 

سولفیدروی درساختاروورت سایت از دو زیر شبکه تنگ پکیده شش گوشی[11] تشکیل شده  که به اندازه  در امتداد محور c جابه جا شده است.دراین ساختار اتم های Zn و S به ترتیب در جایگاه ( 0  3/1  3/2 ) و ( 8/3  3/1  3/2 )  قرار می گیرند . این ساختار دارای تقارن چهاروجهی است به این صورت که هراتم Zn  توسط چهار اتم S احاطه شده است . ساختار شش گوشی سولفیدروی در شکل (1-2) نشان داده شده است . سولفیدروی در این ساختار دارای ثابت های شبکه a=b=   و  c=  وگاف نواری  eV 77/3 می باشد .

 

شکل(1-2) : ساختار شش گوشی وورت سایت که از دو زیر شبکه تنگ پکیده شش گوشی تشکیل شده است . بردارهای  بردارانتقال اولیه ونقاط انتهایی بردارهای پایه ،  در شکل مشخص است ]5[ .

 

سولفیدروی در دمای  K درساختار زینک بلند و در دمای  K درساختار وورت سایت متبلور می شود . به دلیل اینکه ساختار زینک بلند در دمای اتاق شکل می گیرد لذا این ساختار در مقایسه با ساختار وورت سایت پایدارتر است.

 

[1] . Diluted Magnetic Semiconductor(DMS)

 

[2] . Solar cell

 

[3] . Optical memory

 

[4] . Reflectors

 

[5] . Panel display

 

[6] . Magnetic memory

 

[7] . Zink – blende

 

[8] . Wurtzite

 

                                                                                                                                                                  [9] . Lattice constant

 

[10] . Band Gap

 

[11] . Hexagonal close pack (hcp)