مشخصات این فایل
عنوان: سیستم های نانوالکترومکانیک (NEMS)
فرمت فایل : word( قابل ویرایش)
تعداد صفحات: 93
این مقاله درمورد سیستم های نانوالکترومکانیک (NEMS) می باشد.
بخشی از تیترها به همراه مختصری از توضیحات هر تیتر از مقاله سیستم های نانوالکترومکانیک (NEMS)
- مقدمه:
محققان با استفاده از مواد و فرآیندهای میکروالکترونیک مدت هاست که کنترل پرتوها، چرخ دنده ها و پوسته های ماشین های میکروسکوپی را انجام داده اند که این عناصر مکانیکی و مدارهای میکروالکترونیکی که آن ها را کنترل می کنند را به طور کل سیستم های میکروالکترومکانیک یا MEMS خوانده اند. در تکنولوژی امروزی MEMS برای انجام اموری در تکنولوژی مدرن مانند باز و بسته کردن دریچه ها، ( سوپاپ ها) چرخاندن آینه ها و تنظیم جریان الکتریسیته و یا جریان نور بکار گرفته می شود. امروزه کمپانی های متعددی از غول های نیمه هادی گرفته تا راه اندازی های کوچک می خواهند ابزار MEMS را برای طیف گسترده ای از مشتریان تولید کنند. با تکنولوژی میکروالکترونیک که هم اکنون تا حد ریز میکرون پیش رفته است زمان آن رسیده که کشفیات متمرکز NEMS را آغاز کنیم. .....(ادامه دارد)
فرکانس
در تصویر شماره 4، ما فرکانس های بدست آمده به طور تجربی را برای حالت های متغیر بنیادین پرتوهای نازک طراحی کرده و برای ابعاد مختلف دامنه را از MEMS به عمق NEMS ادامه می دهیم. تخمین ها مکانیکی زنجیره ای برشمرده می شود، در واقع این بدین مفهوم است که عبارت شدت تغییر فرکانس های نازک پرتوهای NEMS را که به طور مضاعف گیر افتاده اند را تعیین می کند. در اینجا، w×t×l ابعاد موجود هستند، E ضریب یانگ می باشد و P برابر با چگالی حجم پرتو است (تصویر4). قابل توجه است که برای ساختارهای با ابعاد مشابه، si فرکانس های ضریب 2 را بوجود آورده و sic چیزی است که 3 برابر میزان بدست آمده از ابزارات GaAs می باشد. این افزایش ولوسیته فاز افزایش یافته را در مواد سفت تر نشان می دهد.
البته ، حتی اگر در سایز کوچکتر از این نیز قرار داشته باشد هنوز ملموس است به خصوص برای نانووایر و نانوتیوپ NEMS این مسئله دقیقا صدق می کند. ممکن است بپرسید که در چه مقیاسی مکانیک زنجیره وار شکسته شده و تصحیح رفتار اتمی صورت می گیرد؟ شبیه سازی دینامیک ملکولی برای ساختارهای ایده آل و آزمایش های اولیه نشان می دهد که این فقط برای ساختارهای بر روی نظم ده شبکه لتیس در برش عرضی آشکار می گردد. بنابراین برای بیشتر کارهای اخیر در NEMS، تخمین های زنجیره ای موجود کافی به نظر می رسد.
در اکثر NEMS ها به خصوص در ساختارهای دو یا چند لایه ای، فشارهای داخلی باید هنگامی که فرکانس های شدت تخمین زده می شود در نظر گرفته شود. تصویر 5 تلاش اولیه ما را برای مشخص کردن چنین تأثیراتی در NEMS های نیمه رسانا با لایه های .....(ادامه دارد)
دامنه دینامیک موجود
دامنه دینامیکی خطی (DR) در بسیاری موارد یک مفهوم عام و گسترده در توصیف مشخصات تقویت کننده است که دریچه ورودی قدرت را که در آن آمپلی فایر به طور خطی عمل می کنند را توضیح می دهد. قسمت تحت نوع DR توسط قدرت صدای تولید شده در آمپلی فایر (که به ورودی اش برمی گردد) تعیین می شود و قسمت فوقانی آن توسط سطح قدرت که در آن db 1 تراکم اتفاق می افتد مشخص می گردد.
مشابها، ما باید تلاش کنیم که DR را برای مبدل های NEMS تحت عنوان نسبت حداکثر میزان لرزش به سطح صدای جابجا شده در طول پهنای باند (Band width) اجرایی f ∆ توصیف کنیم. به طور کل، یک مبدل NEMS همیشه توسط یک آمپلی فایر تبدیلی دنبال می شود.
در اکثر عملکردهای با باند باریک، f ∆ توسط این موج آمپلی فایر تبدیلی تعیین می شود. یک نفر ممکن است بخواهد از کل واکنش شدت که در آن پهنای باند به یک پهنای باند مبدل معمولی تبدیل می شود استفاده کند πp 2/0 ωi = ~ f ∆.
بلوک دیاگرام مسدود شده برای مبدل کل NEMS درحالت بنیادیش عمل کرده و به یک مبدل تقویت کننده کاسکود پر سروصدا متصل می شود. (تصویر5). واکنش .....(ادامه دارد)
چالش های اصولی
1-3 جستجوی Q بالا
هدف از بدست آوردن محدودیت های نهایی عملکرد NEMS جستجوی Q بالا است. این مقاله فراگیر و گسترده تمام تحقیقات اساسی و کاربردی در NEMS را در بر می گیرد. از نقطه نظر کاربردی، اتلاف درون المنت مکانیکی مبدل عبارت اند از: الف) حساسیتش را به نیروهای خارجی کاربردی محدود کند. ب) سطح نوسانات را که کیفیت طیف را کاهش می دهد تعیین کند(یعنی پهنای باند آن وسیع می شود) ج) حداقل سطوح قدرت درونی را که در آن وسیله باید عمل کند تعیین کند.
بنابراین Q بالا ، جنبه محدودمحدود کردن عملکرد دریک تعدادکاربردهای مهم می باشد: در نویز فاز پایین، نوسانگرهایی از قبیل آن دسته که برای نگه داری زمان مورد نیاز هستند برای فیلترهای انتخابی پردازش سیگنال و همچنین سنسورهای تشدید که تغییرات فرکانس تشدید بر اساس اختلالات خارجی ردیابی می شوند به کار می روند. (به بخش 5 مراجعه کنید). عجله ما در افزودن انرژی اتلاف شده در سیستم های مکانیکی مزوسکوپیک به نوبه خود یک مشکل اساسی به شمار می رود.
مکانیسم های درونی و برونی برای محدود کردن Q در وسیله های NEMS واقعی به شمار می روند. در این مرور و بازنگری ما در یک بررسی کوتاه، بعضی از این مکانیسم ها را تحت مطالعه قرار دهیم. خوانندگان مشتاق می توانند بررسی های کاملتری را در منابع موجود راجع به این مقوله بیابند.
ما با منابع برونی شروع می کنیم. بسیاری از این منابع با جزئیات فراوان بررسی شده است. این ها شامل 1) اتلاف انرژی به دلیل رطوبت گاز 2) اتلاف های موجود در تکیه گاه 3) اتلاف های تزریق میانی از طریق مبدل ها. در تصویر 7. ما اندازه گیری های اخیرمان از تأثیر گاز احاطه شده بر تشدید کننده های NEMS را ارائه می دهیم. در فشارهای بسیار .....(ادامه دارد)
نتایج :
ما یک بررسی خلاصه از رشته تحقیق NEMS ارائه داده ایم که در آن روی دینامیک موثر کلاسیک تشدیدگر نانو مکانیکی ، به خاطراثر متقابلش با یک سیستم الکترون تونل سازی ، تاکید کرده ایم . تحت شرایط تزویج ضعیف دینامیک مکانیکی شاخص ( مخصوص ) ،که در معیارها ی زمانی طولانی تر از دینامیک الکترون تونل سازی رخ می دهد ، سیستم الکترون می تواند به طور موثر بعنوان یک حمام حرارتی عمل کرده و باعث شود که تشدیدگر ، حرکت گرمایی Brownian را متحمل شود .
همانگونه که بیان شد ، شرایط اینکه تشدیدگر ، سیستم الکترونیک را به عنوان یک حمام حرارتی دریافت کند ، نسبتا کلی هستند . بنابراین این طبیعی است که تامل کنیم که آیا نوسانگرهای مکانیکی دیگری هم دور از سیستم های متعادل ، با درجات آزادی زیاد ، طوری متصل هستند که نوسان گر حرکت Brownian حمام حرارتی را تحمل کند یا نه؟ . نمونه های زیادی از این قبیل در واقع بررسی شده اند . یک نمونه آن ، خنک سازی لیزر Doppler یک یون حفظ شده به شیوه هارمونیک می باشد ] 52و 51 [
لیزر زیر تشدید اتمی طوری تنظیم می شود که تغییر Doppler باعث می شود اتم یک فوتون با جهت ( جریان ) مخالف جهت اتم را جذب کند که این منجر به میرا شدن حرکت اتم می شود . به رغم این واقعیت که میدان اشعه لیزر ، یک حالت متعادل گرمایی نیست ، با این وجود تحت شرایط اتصال ضعیف و جدایی زیاد فواصل زمانی ، دینامیک اتم توسط تساوی Fokker- planck توصیف می شود ، که در آن دمای موثر خیلی پایین تر از دمای محیط است . لیزر ، یون حفظ شده را خنک می کند . دیگر نمونه نوسانگر میکروسکوپی بررسی شده]54 [ شامل جایگذاری یک کره در یک جریان گاز بالا رونده می باشد . این یافت شد که کره به عنوان یک نوسانگر هارمونیک عمل می کند که به رغم حالت متعادل نشده متلاطم مولکول های گاز ، حر کت گرمایی Brownian را تحمل می کند. یک مشتق گیری از این رفتار ممکن است با یک تساوی Boltzmann برای یک تک ذره سنگین آغازمی شود که از برخورد با گاز رقیق بوده ذرات کوچک را تحمل می کند.
و سپس باید اتصال بدون بعد کوچک مناسب و پارامترهای مقیاس زمانی را برای بسط سری تساوی بعدی Boltzmann شناسایی کنیم . به هر حال کشف یک تساوی Fokker- planck ، راحت نیست و این به خاطر ارتباط دینامیک مهم گاز متلاطم با دینامیک موثر نوسانگر است . اما ، دیگر نمونه میکروسکوپی مربوطه شامل فرو بردن یک نوسان گر پیچ خورده در یک محیط ( جسم ) خشن لرزشی سیار بی تعادل می شود .....(ادامه دارد)
فهرست مطالب مقاله سیستم های نانوالکترومکانیک (NEMS)
- مقدمه:
ویژگی های NEMS:
فرکانس
ضریب کیفیت (Q)
مشخصه عملکرد توان عملیاتی
پاسخ گویی ( واکنش پذیری)
دامنه دینامیک موجود
تودة فعال:
چالش های اصولی
نویز فاز:
ساخت نانوقابل تولید مجدد
کاربرد پدید آمده ( آغازین)
- بررسی NEMS:
سیستم تشدیدگر SET- نانومکانیکی:
معادله اصلی:
راه حل حالت ثابت (پایدار)
دینامیک تشدیدگر مکانیکی در رژیم تزویج ضعیف:
دینامیک متعادل موثر دیگر NEMS ها :
- نتایج :
دانلود مقاله سیستم های نانوالکترومکانیک (NEMS)
