مقاله رایگان درباره شبیه سازی

نوامبر 30, 2018 0 By admin4

(eV)
E_(a_cond ) (eV) [69]
E_gap (eV)
[69] RR ( )
Tg(ºC) [70]
TVSb0
160
0.1079
0.350
0.310
1.73
0.001139
227.70
260
0.0536
0.337
TVSb5
300
0.0158
0.333
0.338
2.14
0.001088
246.77
380
0.1211
0.339
TVSb8
150
0.1219
0.346
0.375
1.57
0.000922
__
210
0.0839
0.339
240
0.4208
0.393
TVSb10
210
0.0906
0.328
0.389
1.58
0.001456
255.65
410
0.0793
0.325
560
0.0819
0.349
TVSb12
240
0.1457
0.333
0.401
__
0.001486
262.32
390
0.0708
0.322
540
0.1694
0.324
TVSb15
340
0.3903
0.367
0.411
__
0.001532
268.54
390
0.1073
0.321
410
0.0746
0.314
4-3-2) بررسی منحنی های جریان- ولتاژ در دماهای مختلف و فاصله الکترودی ثابت و همچنین بررسی منحنی های توان الکتریکی(IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)))
نمودارهای جریان- ولتاژ و وابستگی ولتاژ آستانه کلیدزنی در دماهای مختلف در فاصله الکترودی مشخص برای نمونه های با درصد مولی (x=5 , 8, 10, 12 , 15 mol%) بررسی نمودهایم. و همانند بخش قبل با کمک مدل الکتروگرمایی به محاسبه انرژی فعالسازی الکتریکی و فاکتور اتلاف گرما پرداخته ایم که نمودارها و نتایج مربوطه به محاسبات انجام شده در شکل های (4-19) تا (4-33) و جدول (4-2) آمده است.
شکل 4-19) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb5 در دمای K 298 و فاصله الکترودی 300 میکرون
شکل 4-20) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb5 در دمای K 353.66 و فاصله الکترودی 300 میکرون
شکل 4-21) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb5 در دمای K 375 و فاصله الکترودی 300 میکرون
شکل 4-22) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb8 در دمای K 298 و فاصله الکترودی 240 میکرون
شکل 4-23) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb8 در دمای K 345 و فاصله الکترودی 240 میکرون
شکل 4-24) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb8 در دمای K 366 و فاصله الکترودی 240 میکرون
شکل 4-25) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb10 در دمای K 298 و فاصله الکترودی 210 میکرون
شکل 4-26) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb10 در دمای K 348 و فاصله الکترودی 210 میکرون
شکل 4-27) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb10 در دمایK 370.66 و فاصله الکترودی 210 میکرون
شکل 4-28) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb12 در دمای K 298 و فاصله الکترودی 240 میکرون
شکل 4-29) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb12در دمایK 339.33 و فاصله الکترودی 240 میکرون
شکل 4-30) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb12 در دمای K 369 و فاصله الکترودی 240 میکرون
شکل 4-31) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb15 در دمای K 298 و فاصله الکترودی 340 میکرون
شکل 4-32) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb15 در دمای K 340 و فاصله الکترودی 340 میکرون
شکل 4-33) a: منحنی مشخصه ی ولتاژ- جریان، b: نمودار توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) )
c: قسمت خطی این نمودار برای نمونه TVSb15 در دمایK 370.33 و فاصله الکترودی 340 میکرون
در شکلهای (4-19) تا (4-33) منحنیهای مشخصه ولتاژ-جریان نمونههای TVSbx، در دماهای مختلف به دست آمده است و دیده میشود که ولتاژ آستانه شروع رفتار مقاومت دیفرانسیلی منفی(یا به عبارت بهتر کلیدزنی) با افزایش دما کاهش مییابد. همانگونه که می دانیم، چنین رفتاری را که در آن نمونه بصورت خودبخودی از شاخهی مقاومت الکتریکی زیاد به شاخه با مقاومت الکتریکی کم گذر میکند، پدیده کلید زنی مینامند و میتواند در کلید زنهای الکتریکی سریع مورد استفاده قرار گیرد. چنین رفتاری در نمونههای]TeO2-V2O523[، ]TeO2-V2O5-MoO328[، ]TeO2-V2O5-P2O552[ و [32] P2O5 –Li2MoO4-Li2O (Na2O) و…. گزارش شده است. همچنین، با ملاحظه منحنیهای مذکور در مییابیم که در میدانهای الکتریکی ضعیف نمونهها رفتار اهمی داشته اما در میدانهای الکتریکی قوی این رفتار مشاهده نمیشود و رسانش غیر اهمی و انحراف از رفتار خطی قابل مشاهده است. چنین رفتاری در نیمرساناهای آمورف گزارش شده است]52و23و28و32[. بررسی رفتار رسانشی نمونهها نشان میدهد که با افزایش دما رسانش الکتریکی جریان مستقیم نمونهها افزایش مییابد و رفتار نیمرسانایی آنها را تأیید مینماید.
جدول (4-2) مقادیر ضریب اتلاف گرما (α)، انرژی فعالسازی (Ea) در دماهای مختلف، دمای گذار شیشه ای Tg، گاف انرژی نوری Egaf و مقاومت الکتریکی نمونه ها RR برای نمونه های TVSbx در فاصله الکترودی مشخص برای هر نمونه
نمونه
T0 (K)
α (K.W-1)
E_(a_IV ) (eV)
E_(a_cond ) (eV)[69]
E_gap (eV)
RR ( ) [69]
Tg(ºC) [70]
TVSb5
298
0.1170
0.333
0.338
2.14
0.001088
246.77
353.66
0.0865
0.358
375
0.2254
0.372
TVSb8
298
0.4428
0.396
0.375
1.57
0.000922
__
345
0.1796
0.631
366
0.1627
0.354
TVSb10
298
0.0982
0.329
0.389
1.58
0.001454
255.65
348
0.0963
0.352
370.66
0.0994
0.327
TVSb12
298
0.1755
0.335
0.401
__
0.001486
262.32
339.33
0.1239
0.346
369
0.1649
0.350
TVSb15
298
0.1469
0.326
0.411
__
0.001532
268.54
340
0.1388
0.331
370.33
0.0942
0.334
4-3-3) حل عددی و حصول نمودار های I-V با استفاده از برنامه نویسی کامپیوتری
در کار حاضر با حل عددی و حصول منحنی های مشخصه ولتاژ- جریان نمونه ها، و برای تصدیق آنکه مدل الکتروگرمایی و اثر گرمای ژول در فیلمان جریان می تواند منجر به کلیدزنی الکتریکی یا رفتار مقاومت دیفرانسیلی منفی شود، منحنی های ولتاژ – جریان را در همه نمونه های مورد بررسی تحت شرایط یکسان نسبت به شرایط آزمایشگاهی با بهره گیری از شبیه سازی کامپیوتری رسم نموده ایم. نتایج بدست آمده در شکل های (4-34) تا (4-38) نشان داده شده اند.
شکل (4-34) منحنی های مشخصه ی ولتاژ – جریان نظری (شبیه سازی کامپیوتری) نمونه TVSb5 برای مقادیر مختلف دمای T0، مقادیر معین آزمایشگاهی RR و Ea (افزایش دمای نمونه برای مقدار K 298 T0= نمایش داده شده است)
شکل (4-35) منحنی های مشخصه ی ولتاژ – جریان نظری (شبیه سازی کامپیوتری) نمونه TVSb8 برای مقادیر مختلف دمای T0، مقادیر معین آزمایشگاهی RR و Ea (افزایش دمای نمونه برای مقدار K 298 T0= نمایش داده شده است)
شکل (4-36) منحنی های مشخصه ی ولتاژ – جریان نظری (شبیه سازی کامپیوتری) نمونه TVSb10 برای مقادیر مختلف دمای T0، مقادیر معین آزمایشگاهی RR و Ea (افزایش دمای نمونه برای مقدار K 298 T0= نمایش داده شده است)
شکل (4-37) منحنی های مشخصه ی ولتاژ – جریان نظری (شبیه سازی کامپیوتری) نمونه TVSb12 برای مقادیر مختلف دمای T0، مقادیر معین آزمایشگاهی RR و Ea (افزایش دمای نمونه برای مقدار K 298 T0= نمایش داده شده است)
شکل (4-38) منحنی های مشخصه ی ولتاژ – جریان نظری (شبیه سازی کامپیوتری) نمونه TVSb15 برای مقادیر مختلف دمای T0، مقادیر معین آزمایشگاهی RR و Ea (افزایش دمای نمونه برای مقدار K 298 T0= نمایش داده شده است)
در حل عددی مذکور، از مقادیر تجربی Ea و RR و α و 0T (دمای آزمایشگاهی) استفاده شده است که در جداول (4-1) و (4-2) موجودند. نتایج نشان می دهد که ولتاژ آستانه ی شروع رفتار کلیدزنی یا مقاومت دیفرانسیلی منفی با افزایش دما کاهش می یابد که با تئوریهای مربوطه و نتایج آزمایشگاهی ارائه شده در بخش های (4-3-1) و (4-3-2) کاملا سازگار است و مؤید این مطلب است که مدل الکتروگرمایی مبتنی بر اثر گرمای ژول در نمونه، یکی از مدل های کارآمد در موضوع مورد مطالعه است و بیان می کند که نمی توان از اثر گرمای ژول چشم پوشی نمود و این عامل قادر است در فیلمان جریان تغییر ساختار احتمالی را ایجاد نماید.
لازم به ذکر است که با توجه به گزارش قبلی [70] بر روی دمای گذار شیشه ای نمونه ها و امکان تغییر ساختار و ایجاد فاز بلوری در فیلمان جریان در صورت گذر از دمای مذکور، می توان اینگونه نتیجه گرفت که چه در آزمایشات انجام شده و چه در حل عددی ارائه شده، گرمای ژول دمای نمونه را در فیلمان جریان به بالاتر از دمای محیطی نمونه (T0) می برد و از مقایسه دمای (4-3) با دمای گذار شیشه ای، تغییر ساختار بسیار محتمل است و باعث می شود Vth با افزایش دما کاهش می یابد چرا که در فیلمان بلوری رسانش بمراتب بیشتر از وضعیت آمورف است.
4-4 ) نتایج کلی
نتایج بدست آمده از الگوی پراش پرتو X نمونهها، نشان دهندهی آمورف بودن و ساختار غیربلوری نمونه هاست.لازم به ذکر است که قلههای مشهود در الگوی پراش پرتو X نمونهTVSb12، نشان دهندهی یک تغییر ساختار در نمونه و در نتیجه ایجاد فاز ریز بلوری است که توسط تصویر SEM نیز تایید شده است.
بررسی رسانشی الکتریکی نمونه ها بر اساس منحنیهای جریان- ولتاژ نشان میدهد که با افزایش دما رسانش الکتریکی جریان مستقیم نمونه ها افزایش مییابد وچنین رفتاری طبیعت نیمرسانایی نمونه ها را تصدیق مینماید.
منحنی مشخصه ی جریان –ولتاژ نمونه ها در میدان الکتریکی ضعیف خطی بوده و در میدانهای الکتریکی قوی (حدوداً بزرگتر از V/cm 104-103) غیر اهمی می شود که با توجه به اثر پول – فرنکل قابل توجیه است.
بررسی منحنیهای جریان- ولتاژ نشان میدهد که با افزایش دمای نمونه ولتاژ آستانه کاهش مییابد.
بررسی منحنیهای جریان- ولتاژ نشان میدهد که با افزایش فاصله الکترودی ولتاژ آستانه افزایش مییابد.
حل عددی معادله جریان – ولتاژ معادله (4-5) تحت مقادیر بدست آمده از نتایج و شرایط آزمایشگاهی، مؤید کارآمدی مدل الکتروگرمایی در پدیده های کلیدزنی و مقاومت دیفرانسیلی