جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد ( آقای مسلم هامانی )

موضوع:  شبیه سازی میدان فاز استحاله فازی کریستال-آمورف آلیاژ GST با در نظر گرفتن اثرات مکانیک و جریان ترموالکتریک

ارائه دهنده: مسلم هامانی جزی

استادان راهنما: دکتر مهدی جوانبخت

استادان مشاور:

استادان داور: دکتر صالح اکبرزاده، دکتر محمد سیلانی

چکيده:

مواد تغییرفازدهنده به ویژه آلیاژهای کالکوژن، به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، در کاربردهای مختلفی از جمله فناوری‌های حرارتی، الکتریکی و اپتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. به‌خصوص، آلیاژ سه‌گانه GST (ترکیب ژرمانیوم، آنتیموان و تلوریوم) به عنوان یکی از عناصر اصلی در ساخت حافظه‌های تغییرفازدهنده مطرح شده است. ویژگی بارز این آلیاژ توانایی آن در تغییر فوری و برگشت‌پذیر ساختار از شکل کریستالی به آمورف و بالعکس است که باعث جلب توجه پژوهشگران به سوی آن گردیده است. علاوه بر روش‌های ترمودینامیکی، شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای و آزمایش‌های تجربی، مدل میدان فاز به عنوان یک رویکرد نوآورانه می‌تواند اطلاعات جدید و مفیدی در زمینه رفتار ترمودینامیکی و سینتیکی این آلیاژها به ما ارائه دهد. در این تحقیق، مدل میدان فاز به‌ همراه تأثیرات مکانیکی مانند فشار و تنش‌های الاستیک و غیرالاستیک برای تحلیل رفتار تغییر فاز و بی‌شکلی GST استفاده شده است. در این پژوهش، انرژی آزاد در مدل‌های میدان فاز برای این آلیاژ در کنار ترم‌های اصلی همچون ترم دوچاهه و حرارتی، اثرات مکانیکی و کرنش‌های ایجاد شده در فرآیند استحاله نیز ، بهبود قابل توجهی در دقت شبیه‌سازی‌ها، نحوه اعمال ولتاژ و درک پدیده‌های بی‌شکلی و کریستالی ایجاد می‌کند. همچنین برای بررسی اثرات ترموالکتریک ناشی از اعمال ولتاژ بر روی نانو لایه GST ، علاوه بر معادلات میدان فاز و الاستیسیته، از معادلات هدایت حرارتی و پواسون برای مدل‌سازی تأثیرات ترموالکتریک استفاده می‌شود. به کمک این روش، نحوه تغییرات دما و به تبع آن استحاله کریستالی و بی‌شکل شدن در برابر ولتاژ به‌دقت تحلیل شده و ولتاژ بحرانی برای پدیده کریستالی شدن برای ضخامت‌های مختلف 10، 25، 50، 75 و 100 نانومتر و زمان پالس الکتریکی 10، 25، 50، 80 و100 نانوثانیه تعیین گردید. ولتاژبحرانی ولتاژی است که با اعمال کردن ولتاژی بالاتر از آن دمای نمونه بالاتر از دمای ذوب رفته و استحاله معکوس رخ می‌دهد. از نتایج مهم می‌توان به استخراج نحوه تغییرات ولتاژ بحرانی برحسب زمان پالس اشاره نمود که روندی معکوس را به ازای هر ضخامت نشان می‌دهد. همچنین به ازای زمان پالس ثابت، نحوه تغییرات ولتاژ بحرانی برحسب ضخامت نیز استخراج شده‌است بیانگر رابطه خطی افزایشی بین ولتاژ بحرانی و ضخامت می‌باشد که نرخ تغییرات ولتاژ بحرانی برحسب ضخامت با افزایش زمان پالس بصورت غیرخطی کاهش می‌یابد. تغییرات میدان‌های توزیع فاز، دما، ولتاژ و تنش برای ضخامت‌های مختلف استخراج شده است و نتایج آن با یکدیگر مقایسه گردید. همچنین مشخص گردید که نرخ رشد کریستال مستقل از ضخامت می‌باشد و وابسته به زمان پالس است. مطالعه مش بر اساس چهار پارامار مهم ماکزیمم تنش، درصد حجمی کریستال، ضحامت صفحه مشترک و ماکزیمم دما برای استحصال نتایج مستقل از مش‌بندی نیز صورت گرفته است. همچنین پروفیل صفحه مشترک فازی کریستال-آمورف با نتایج تحلیلی صحت‌سنجی شده‌است. این رویکرد جدید با ترکیب مدل میدان فاز و لحاظ کردن اثرات مکانیکی و ترموالکتریکی، می‌تواند به درک عمیق‌تری از رفتار آلیاژهای تغییرفازدهنده منجر شده و پیشرفت‌های قابل توجهی را در توسعه فناوری‌های جدید ایجاد کند.

کلمات کلیدی : روش میدان فاز ، آلیاژ GST ،  استحاله فازی کریستال-آمورف ، اثرات مکانیک ، اثر ‌ترموالکتریک ، ولتاژ بحرانی