نانوترانزیستور و کاربرد آن در مدارهای دیجیتال

نانوترانزیستور و کاربرد آن در مدارهای دیجیتال

در حال حاضر ترانزیستورهای نانوتیوب کربنی (CNFET) قابلیت بالای خود را برای جانشینی MOSFET ها بخوبی نشان داده اند. ساختار بسیار مشابه ترانزیستورهای CNFET، به ترانزیستورهای کنونی و عدم نیاز به تغییرات کلی در پروسه ساخت ترانزیستور و تراشه و استفاده از مراحل اساسی تکنولوژی سیلیکونی و خواص  الکترواستاتیک مورد توجه از جمله جریاندهی بالستیک (یا شبه بالستیک) این نوع ترانزیستورها را به مورد  توجه ترین ترانزیستورها در ساختار مدارهای مجتمع آینده با سرعت و عملکرد بالا تبدیل کرده است.

هر چند شبیه سازی مداری ترانزیستورهایCNFET بدلیل مشکلات شبیه سازی مدلهای عددی ارائه شده توسط شبیه سازهای کنونی مقدور نمی باشد [۲۲] اما با پیشرفت تحقیقات در حوزه نانوترانزیستورها، لازم  است مدلی تحلیلی برای شبیه سازی مداری توسط شبیه سازیهایی چون SPICE ارائه گردد.

گرچه در سالهای اخیر تلاش هایی جهت ارائه مدلی تحلیلی – تجربی از CNFET های ساخته شده ، انجام شده است، [۲۳-۲۵] اما این مدلها با محدودیتهای خاص خود همراه بوده اند و قادر به مدلسازی در محدوده  خاصی از قطر نانوتیوب و ساختار مشخص ترانزیستور هستند. بطور کلی می توان گفت تئوری ترانزیستورهای CNFET ابتدایی است و تکنولوژی آن نیز به یک مسیر واحد نرسیده اما مزایایی که از خود نشان داده لزوم توجه هر چه بیشتر به این حوزه را کاملاً آشکار ساخته است.
در این فصل مدلی جهت شبیه سازی ترانزیستور CNFET با استفاده از تئوری ترانزیستورهای بالستیک ارائه  خواهد شد. با استفاده از این مدل قادر خواهیم بود تا ترانزیستورهای CNFET را در محدوده مناسبی از نظر ساختار و نانوتیوبهای استفاده شده شبیه سازی نماییم.

فهرست مطالب

چکیده . . . . . . . . . .۱۵
مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . ۱۶

فصل اول : کلیات . . . . . . . . . . . . . . . . ۱۸

۱ – ۱ ) هدف . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۱۹
۱ – ۲ ) پیشینه تحقیق . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۲۰
۱ – ۳ ) روش کار و تحقیق . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .۲۲

فصل دوم : نانوتیوبهای کربنی وCNFET

۲ – ۱ ) مقدمه . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۲۴
۲ – ۲ ) ساختار نانو تیوب های کربنی . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۲۴
۲ –۳ ) خواص الکترونیکی نانوتیوب های کربنی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۲۶
۲ – ۴ ) روشهای رشد نانو تیوب های کربنی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .۳۱
۲ – ۴ – ۱ ) تخلیه قوس الکتریکی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۳۱
۲ – ۴ – ۲ ) تبخیر با تابش لیزری . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . .۳۲
۲- ۴ – ۳ ) رسوب بخار شیمیایی (CVD) . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 32
۲ – ۵ ) ترانزیستورهای اثر میدانی با نانوتیوب های کربنی ( CNFET ) . . . . . . . . . . . 33

۲ – ۵ – ۱ ) ساختار ترانزیستورهای CNFET با سد شاتکی. . .. . . .. . . . . . . . . . ۳۵
۲ – ۵ – ۲ ) ترانزیستورهای CNFET با ساختار مشابه MOSFET. . . .  . . . . ۳۹
۲ – ۶ ) عرض ترانزیستور نانوتیوب کربنی. . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .۴۰
۲ – ۷ ) ترانزیستورهای کانال n و p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . .. . . .۴۲
۲ – ۸ ) مقایسه ترانزیستور CNFET با MOSFET .. . . . . . . … . . . . . . . . . . .43
۲ – ۹ ) قابلیتهای ترانزیستور CNFET در حافظه های ROM . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .44

فصل سوم :مدلسازی CNFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

۳ – ۱ ) مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .۴۶
۳ – ۲ ) ترانزیستورهای CNFET. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .47
۳ – ۳ ) تئوری ترانزیستورهای CNFET بالستیک . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . ۴۸
۳ – ۴ ) مدل عددی ترانزیستور CNFET بالستیک . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۵۰
۳ – ۵ ) مدل CNFET بالستیک سازگار با نرم افزارهای شبیه ساز . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۵۵
۳ – ۵ – ۱ )محاسبه بار نانوتیوب. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . .۵۵
۳ – ۵ – ۲ ) تخمین ψS با استفاده از ولتاژ VGS.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 58
۳ – ۵ – ۳ ) محاسبه خازن کوانتمی گیت . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .۶۰
۳ – ۵ – ۴ ) محاسبه خازنهای پارازیتی لبه. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .۶۱
۳ – ۶ ) مدل مداری سازگار با HSPICE. . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . .۶۶
۳ – ۷ ) جمع بندی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .۶۷

فصل چهارم : نتایج شبیه سازی. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۶۹

۴ – ۱ ) مقدمه . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . ۷۰
۴ – ۲ ) بکار گیری مدل ترانزیستور CNFET@. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
۴ – ۳ ) تاثیر تغییرات قطر بر خواص ترانزیستور . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .۷۳
۴ – ۴ ) مدار معکوس کننده با استفاده از ترانزیستور CNFET.. . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 75
۴ – ۵ ) معکوس کننده CNFET با منطق مکمل . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۷۹
۴ – ۶ ) گیت های منطقی با استفاده از ترانزیستور CNFET. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۸۳

نتیجه گیری . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۸۴
پیشنهادات . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . ۸۶
منابع و ماخذ. . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .۸۸
فهرست منابع فارسی. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ۸۹