پایان نامه ارشد با موضوع مدل پیشنهادی، نقش آفرینی، دسته بندی

نوامبر 30, 2018 0 By admin4

است.
همچنان که در فصل قبل اشاره شده است، نمونه های مورد مطالعه ترکیبات نیمرسانای40TeO_2-(60-x) V_2 O_5-xSb میباشند، که در ترکیب مذکور، x درصد مولی آنتیموان است و همچنانکه در فصل قبل اشاره شده در این پژوهش نمونههای با (x=0,5,8,10,12و 15 mol%) را با TVSbx نامگذاری میکنیم.
در این فصل ابتدا اطلاعات و داده های گردآوری شده را مورد بررسی قرار داده و سپس به محاسبه کمیت های مورد نظر، تحلیل و نتیجهگیری آنها پرداخته و در پایان به بحث در مورد نتایج حاصله میپردازیم.
به طور خلاصه میتوان اهدافی را که در این فصل دنبال میکنیم به صورت زیر دسته بندی کرد:
بررسی الگوی پراش نمونه با استفاده از پرتو X
بررسی تصاویر SEM نمونه ها
بررسی پدیده کلیدزنی در نمونه های توده ای با استفاده از حل عددی
تعیین ضریب اتلاف گرما در نمونه های توده ای با توجه به داده های آزمایشگاهی
تعیین انرژی فعالسازی در نمونه های توده ای با توجه به داده های آزمایشگاهی
4-2) بررسی الگوی پراش نمونه با استفاده از پرتو X و تصاویر SEM
الگوی XRD نمونه های تودهای مورد بررسی در شکل a,b,c,d,e,f)(4-1)( نشان داده شده است و مؤید طبیعت آمورف بودن نمونه هاست. قلههای مشاهده شده در نمونه S12، احتمالا بخاطر وجود فاز ریزبلوریSb-V میباشد. دلیل وجود قله در طیف این نمونه را احتمالا می توان به تغییر در چگالی اکسیژنهای غیر پیوندی نمونه و در نتیجه تغییر ساختار آن نسبت به نمونه های دیگر ارتباط داد که در کار قبلی مؤلف گزارش شده است[17]؛ بر اساس الگوی پراش پرتو ایکس و آنالیز انجام شده، پیکهای مشاهده شده در زوایای 2θ حدود 34/25 و 7/37 درجه بترتیب به صفحات ریز بلوری (110) و (101) فاز SbVO مربوطند. همچنین تصویر SEM نمونه TVSb12 (شکل 2) وجود فاز ریز بلوری( میکروکریستالی) را نشان می دهد و موید الگوی پراش است.
همچنین قلهی قابل مشاهده دری6/44 مربوط به دستگاه X-ray بوده و ارتباطی به نمونهها ندارد.
شکل 4-1) الگوی پراش پرتو ایکس نمونههایTVSbx.
شكل 4-2) : تصویر SEM نمونه TVSb12.
4-3) بررسی پدیده کلیدزنی در نمونه های توده ای
رفتار مقاومت منفي را ميتوان به عنوان كليدزني آرام از حالت مقاومت الكتريكي بالا به حالت رسانش الكتريكي بالا در نظر گرفت]41[. در ادامه به بررسی منحنیهای مرتبط با این پدیده میپردازیم.
4-3-1) بررسی منحنی های جریان- ولتاژ در فواصل الکترودی مختلف و همچنین بررسی منحنی های توان الکتریکی مؤثر بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)))
نمودارهای جریان- ولتاژ و وابستگی ولتاژ آستانه کلیدزنی در فواصل الکترودی مختلف را برای نمونه های با درصد مولی (x=5, 8, 10, 12, 15 mol%) بررسی شده است.
بطور کلی، علاوه بر رخدادهای الکترونیک مانند نواحی بار فضایی و…، گرمای ژول اتلافی در فیلمان جریان الکتریکی عبوری از نمونه می تواند باعث تغییر احتمالی ساختار نمونه شده و فاز ریز بلوری را ایجاد نماید. این امر ممکن است به کلیدزنی سریعتر در ولتاژهای آستانه پایین تر بیانجامد. بنابراین، در کار پژوهشی حاضر هدف آن است که با پیشنهاد مدل الکتروگرمایی و نقش آفرینی گرمای ژول اتلافی، ضمن محاسبه انرژی فعالسازی الکتریکی و ضریب اتلاف گرما، مکانیسم رسانش جهشی حامل بار نیز مورد بررسی و تصدیق قرار گیرد. بعبارت بهتر ابتدا لازم است که مدل پیشنهادی الکتروگرمایی بطور مختصر معرفی گردد که در ذیل به آن می پردازیم.
رفتار مقاومت منفي در نیمرساناها و همهی موادي كه مقاومت الكتريكي آنها با افزايش دما به سرعت كاهش مييابد، دور از انتظار نيست، چرا كه گرماي ژول، دماي داخل نیمرسانا را در فیلمان جریان بالا برده و در اثر افزايش رسانش و تحرك حاملها، فلوي بيشتري از جريان مجاز به شارش از طريق ناحيه داغ مي‏باشد. حالت پايا زماني حاصل ميشود كه گرماي هدايت شده به نواحي دور از فيلمان جريان، معادل گرماي ژول توليد شده در ناحيهی فيلمان جريان باشد يا به عبارت ديگر مقدار گرماي ژول توليد شده به تعادل برسد[29]. در اين صورت ميتوان معادلهی انتقال گرما را نوشته و شرايط مرزي را به كار برد، هر چند كه حل عمومي معادلهی مذكور با شرايط مرزي واقعي قابل حصول نبوده و منوط به سادهسازي‏هاي مختلفي مي‏باشد [29،39،38،40].
در گستره دماییمورد نظر، برای شیشه های اکسیدی می توان رسانش الکتریکی نمونه را به صورت زیر تعریف کنیم:
σ=σ_∞ exp⁡((-E_a)/(k_B T))(4-1)
كه در آن ، رسانش در دماي نامحدود، ، انرژي فعال سازي، k_B، ثابت بولتزمن و T دماي حقیقی نمونه در مقياس كلوين ميباشد.
فرض ميكنيم رابطهی ولتاژ- جريان در اين مواد با وابستگي اهمي وار (4-2) توصيف شود:
(4-2) V=R(T)I
که در آن I، جريان بر حسب آمپر،V، اختلاف پتانسیل بر حسب ولت وT، دماي حقيقي نمونه در مقياس كلوين ميباشد که این وابستگی به توان الکتریکی مؤثر عبارت است از:
(4-3)
و در این رابطه؛ ، فاكتور اتلاف گرما در اثر رسانش ناقص گرما و To، دماي نمونه در جريان الكتريكي صفر مي‏باشد.
با استفاده از رابطهی(4-3) و با توجه به رابطه R=L/Aσ (L فاصله الکترودی یا طول نمونه و A سطح مقطع نمونه یا سطح الکترودی نمونه می باشد) خواهيم داشت:
V=R_∞ I exp⁡[E_a/(k_B (T_0+αVT))](4-4)
ln⁡〖(V/(R_∞ I))=E_a/(k_B (T_0+αVT))⇒VI=E_a/(αk_B ln⁡〖(V/(R_∞ I))〗 )-T_0/α〗(4-5)
حل عددي اين معادله می تواند، منحنيهاي مشخصهی ولتاژ-جريان و مقاومت منفي را نشان ‏دهد، اگرچه می توان با استفاده از مقادیر I ، V، دمای T0 نمونه و RR در آزمایشات مقادیر Ea و α را یافت. در معادله (4-5)، RR مقاومت الکتریکی در دمای نامحدود است.
بنابراین با توجه به مطالب ذکر شده برای تعیین ضریب اتلاف گرما و انرژی فعالسازی الکتریکی این نمونه ها، نمودارهای توان الکتریکی (IV) بر حسب 1/(Ln(V/(R_∞ I))) را باید رسم نمود که Ea و α به ترتیب از عرض از مبدأ و شیب نمودارهای مذکور بدست می آیند.
شکل 4-3) 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 TVSb0 در دمای K298 و فاصله الکترودی 160 میکرون
شکل 4-4) 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 TVSb0 در دمای K298 و فاصله الکترودی 260 میکرون
شکل 4-5) 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 K298 و فاصله الکترودی 300 میکرون
شکل 4-6) 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 380 میکرون
شکل 4-7) 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 150 میکرون
شکل 4-8) 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 210 میکرون
شکل 4-9) 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 4-10) 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 298 و فاصله الکترودی 210 میکرون
شکل 4-11) 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 298 و فاصله الکترودی 410 میکرون
شکل 4-12) 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 298 و فاصله الکترودی 560 میکرون
شکل 4-13) 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 4-14) 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 390 میکرون
شکل 4-15) 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 540 میکرون
شکل 4-16) 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 4-17) 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 390 میکرون
شکل 4-18) 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 540 میکرون
در شکل های (4-3) تا (4-18) منحنیهای مشخصه ولتاژ- جریان نمونههای TVSbx، در فواصل الکترودی مختلف در دمای اتاق به دست آمده است و دیده میشود که در هر نمونه، با افزایش فاصله الکترودی، ولتاژ آستانه شروع رفتار کلید زنی یا مقاومت الکتریکی منفی افزایش می یابد. همانگونه که گفته شد، با توجه به معادله (4-5) از قسمت خطی منحنی های توان الکتریکی برحسب 1/(Ln(V/(R_∞ I)) ) می توان Ea و α را به ترتیب از شیب و عرض از مبدأ این خط بدست آورده و نتایج این محاسبات در جدول (4-1) آمده است و روی نمودارها نیز ثبت شده است؛ که در آن RR و E_(a_cond ) به ترتیب مقاومت الکتریکی در دمای نامحدود و انرژی فعالسازی الکتریکی بدست آمده به روش چهار سیمه می باشد که از کارهای پژوهشی قبلی استفاده شده است[69]. می توان از مقادیر E_(a_cond ) و E_(a_IV ) (Ea بدست آمده در کار حاضر جهت تمایز با E_(a_cond ) بدست آمده به روش چهارسیمه با نماد E_(a_IV ) نشان داده می شود.) که در کار حاضر بدست آمده است دریافت که نتایج انرژی فعالسازی در این دو روش بسیار به هم نزدیکند و همچنین از مقایسه این دو مقدار با مقادیر گاف انرژی این نمونه ها بر اساس گزارش های قبلی [70] چنین نتیجه گرفت که رسانش الکتریکی جهشی (و نه نوار به نوار) حاملهای بار بین حالات جایگزیده صورت می گیرد.
جدول (4-1) مقادیر ضریب اتلاف گرما (α) و انرژی فعالسازی الکتریکی (Ea) در روش های مختلف برای نمونه های TVSbx در دمای اتاق (298 K) و فواصل الکترودی مختلف
نمونه
L (micron)
α (K.W-1)
E_(a_IV )