ترجمه ترانزیستورهای نانو لوله کربنی اثر-میدانی برای مدارهای دیجیتال عملکرد بالا: تحلیل و مدلسازی DC  نسبت به ساختار بهینه ترانزیستور

توضیحات

 عنوان فارسی: ترانزیستورهای نانو لوله کربنی اثر-میدانی برای مدارهای دیجیتال عملکرد بالا: تحلیل و مدلسازی DC  نسبت به ساختار بهینه ترانزیستور

 

عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:

Carbon Nanotube Field-Effect Transistors for High-Performance Digital Circuits—DC Analysis and Modeling Toward Optimum Transistor Structure

 

چکیده

مقیاس بندی فن آوری سیلیکونی در حالی ادامه دارد که تحقیقات روی سایر مواد جدید برای نسل های آینده تکنولوژی فراتر از سال 2015 آغاز شده است. نانولوله های کربنی (CNT ها) با تحرک حامل عالی خود، مورد امیدوار کننده ای هستند. نویسندگان ترانزیستورهای اثر میدانی مبتنی بر CNT مختلف (CNFETs) را برای سوئیچ بهینه بررسی کرده اند. شاتکی مانع (SB)  CNFET ها، CNFET های MOS، و MOSFET های مدرن به طور سیستماتیک از دیدگاه طراحی مدار/سیستم مقایسه شدند. نویسندگان یک تحلیل DC انجام داده اند و چگونگی نوسان ولتاژ و حاشیه نویز را به عنوان تابعی از قطر لوله و منبع ولتاژ توان مختلف تعیین کرده اند. تجزیه و تحلیل DC ترانزیستورهای SB CNFET تک لوله نشان داد که قطر بهینه CNT برای تحقق بهترین نسبت  به  در عین حفظ حاشیه نویز خوب، در حدود 1 تا 1.5 نانومتر است. با وجود موانع و چالش های تکنولوژی جدی متعدد،  CNTها برای دستگاه های با عملکرد بالا در آینده پتانسیل نشان می دهند و هم اکنون در دست تحقیق می باشند.

اصطلاحات کلیدی: ترانزیستورهای اثر میدانی نانولوله کربنی (CNFETs)، تجزیه و تحلیل DC، مدارهای عملکرد بالا، مدل سازی، حاشیه نویز، نوسان ولتاژ.

مقدمه

مقیاس بندی تکنولوژی ترانزیستور Si   حجیم در طول سه دهه گذشته، نه تنها مدارهای دیجیتال عملکرد فوق بالا تولید کرده بلکه همچنین قانون مور را حفظ کرده است. با این حال، عواقب “اثرات کانال کوتاه” مانند افزایش تصاعدی نوسانات پارامتر بزرگ و جریان نشتی [1] چالش هایی در طراحی [2] و همچنین آزمایش [3] IC ها ایجاد کرده اند و مقیاس بندی  Si را مشکل تر و گران تر از هر زمان دیگری پیش آورده اند. به رغم تمام مشکلات، انتظار می رود مقیاس بندی فن آوری سیلیکون در حالی ادامه یابد که محققان در حال بررسی ساختارهای ترانزیستور غیر مسطح مانندFinFET  ها  [4] و Trigates [5] هستند و به دنبال وسیله ای برای بهبود تحرک پذیری از طریق کرنش [6] و یا نیمه هادی های ترکیبی می باشند [7]. بیشتر تحقیقات اینده نیز  برای در نظر گرفتن دستگاه های جایگزین و ساختار مدار در دوران ترانزیستور زیر 10 نانومتر در حدود یک بازه زمانی پسا 2015، به صورت جدی آغاز شده است. چندین دستگاه آینده نگرانه (و انقلابی) مانند ترانزیستورهای اثر میدانی نانولوله های کربنی (CNFETs)، دیودهای مولکولی، و ماشین های سلولی کوانتومی توجه مهندسان دستگاه / مدار و سیستم در سراسر جهان را جلب کرده اند.

شکل 1. SB CNFET نشان دادن (a) شماتیک و (b) دیاگرام نوار انرژی.

در حالی که دستگاه های تکاملی مانند تکنولوژی Si غیر سطحی  و   ترانزیستورهای تری گیت   برای کاهش برخی مشکلات مرتبط با MOSFET های Si حجیم وعده داده اند ، جستجو برای مواد جدید به منظور تحقق بخشیدن به سوئیچ های سریعتر باینری همچنان ادامه دارد. از تمام مواد مختلفی که در حال بررسی اند، به نظر می رسد CNT ها [8]، [9] با وجود سوالات پژوهشی مواد متعدد و نگرانی های عملکرد، امیدوار کننده ترین در تحرک حامل ذاتی بالای خود باشند. CNT ها ورق های گرافن نورد شده به لوله می باشند. بسته به کایرالیتی آنها (یعنی، جهتی که در آن ورقه گرافن نورد می شود)، نانو لوله های کربنی تک دیواره می توانند فلز یا نیمه هادی باشند. نانولوله های نیمه هادی توجه گسترده طراحان دستگاه و مدار الکترونی را به عنوان مواد کانال احتمالی برای ترانزیستورهای عملکرد بالا خود جلب کرده اند [9]، [10]. عملکرد CNFET ها به سرعت در حال پیشرفت است. کاربردهای مدار ساده مانند معکوس کننده، گیت های منطقی پایه و اسیلاتورهای حلقه ای ساده [11] قبلا توسط چندین گروه [12] به عنوان نقطه شروع نشان داده شده اند، و پژوهش در کاربردهای مدار، مدل سازی، و بهینه سازی طراحی همچنان ادامه دارد. اجازه دهید انواع مختلف دستگاه های CNT و ترانزیستورهایی که پیش از این مورد مطالعه قرار گرفته اند، به بحث گذاریم. یکی از دستگاه ها یک دستگاه تونل زنی است که در اصل تونل زنی مستقیم از طریق یک مانع شاتکی (SB) در محل اتصال منبع کانال [13] کار می کند. این ترانزیستور در شکل 1 نشان داده شده است، و ما به آن بعنوان SB CNFET اشاره می کنیم. پهنای مانع با استفاده از ولتاژ گیت مدوله می شود، و در نتیجه، [17] –  رسانایی متقابل دستگاه به ولتاژ دروازه [14] وابسته است. این دستگاه ها  با استفاده از تماس مستقیم فلز با نانولوله نیمه هادی ساخته می شوند، و در نتیجه، در محل اتصال نانولوله فلزی، SB دارند [16]، [17]. دو جنبه مهم از این ترانزیستورهای نانولوله لازم به ذکر می باشد.

شکل 2. SB CNFET نشان دادن (a) شماتیک و (b) دیاگرام نوار انرژی.

اول، مانع انرژی در SB به شدت رسانایی متقابل ترانزیستورهای نانولوله ای را در حالت ON محدود میکند و باعث کاهش توانایی تحویل جریان می شود (ترانزیستور I_ON) – یک متریک کلیدی برای عملکرد ترانزیستور. دوم، SB CNFET  مشخصات دوقطبی قوی در رفتار جریان ولتاژ (IV) آنها نشان می دهد، و این محدودیت های استفاده از این ترانزیستورها در خانواده CMOS منطقی معمولی است.

برای غلبه بر این نواقص مرتبط با SB CNFETs، تلاش هایی برای توسعه CNFETs وجود داشته که  مانند ماسفت معمولی رفتار می کند  [18] – [20]. منبع پتاسیم – دوپ و تخلیه مناطق اخیرا نشان داده شده است، و رفتار اثر میدانی به طور تجربی نشان داده شده است [19]. اخیرا، CNFET تنظیم پذیر با دوپینگ الکترواستاتیک (همچنین با عنوان دوپینگ الکتریکی نامیده می شود) در [20] نشان داده شده است. این CNFET  ی MOSFET مانند (شکل 2) بر روی اصل مدولاسیون موانع ارتفاع با استفاده از پتانسیل گیت عمل می کند. گوا و همکاران [21] مطالعات عددی در مورد چنین MOS CNFETs ارائه کرده اند، که نشان می دهد: 1) CNFETs های MOSFET- مانند، بر خلاف رسانش     SB CNFETs دوقطبی، دارای خصوصیات تک قطبی است ؛ 2) عدم وجود SB، جریان نشتی آف را کاهش می دهد. 3) آنها در مقایسه با همتایان SB خود مقیاس پذیر تر هستند. 4) در حالت  ON، محل اتصال منبع به کانال، SB ندارد، و از این رو، دستگاه نشان دهنده جریان “ON” به طور قابل توجه بالاتر است.

نوع سوم CNFETs، بنام، FET های تونل زنی باند به باند (BTBT CNFETs) به طور تجربی [22] و در تئوری [23]  نشان داده شده است. این دستگاه ها دارای خصوصیات فوق العاده میانبر هستند (شیب های زیرآستانه کمتر از 60 mV / dec)، اما از ON-جریان پایین رنج می برند. می توان از آنها به طور بالقوه برای کاربردهای توان فوق پایین استفاده کرد. از آنجا که ما علاقه مند به دستگاه های با عملکرد بالا هستیم، دستگاه های BTBT را این جا در این مقاله مورد بحث قرار نمی دهیم. اگر چه CNFET  های  MOS به شکل ایده آل میبایست بهترین دستگاه ها برای کار باشند، و محققان در تلاش برای تحقق آنها هستند، [19]، [20]، به طور تجربی نشان داده شده دستگاه ها از بی ثباتی هوا (به دلیل پتاسیم K-دوپینگ [19]) و ON-جریان پایین تر رنج می برند (در مقایسه با FET های SB). با این وجود، نتایج به تازگی منتشر شده [19]، [20] امکان تحقق عملکرد بالاتر MOS CNFETs در آینده را نشان می دهد. از سوی دیگر، SB    CNFET  با هندسه به خوبی تعریف شده، دروازه های خود تراز، و جریان به بالایی  μA 25  در نانولوله [17] در حال حاضر گزارش شده است. این SB CNFET  “مدرن”  (شکل 3) عملکرد بالا، دارای جریان بالا در هر لوله است که آن را جهت ارزیابی عملکرد مدارهای دیجیتال مبتنی بر CNFET  جالب می سازد. در این مقاله، به موارد زیر پرداخته خواهد شد.

توجه:

• برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
• لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.

سفارش ترجمه تخصصی

به منظور سفارش ترجمه تخصصی بر روی کلید زیر کلیک نمایید.

سفارش ترجمه آنلاین تخصصی