توضیحات
عنوان فارسی: شبیه سازی کوپل الکترواستاتیک و گرما برای اثرات خود حرارتی در ترانزیستورهای گرافنی
عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:
Coupled Electro–Thermal Simulation for Self-Heating Effects in Graphene Transistors
چکیده– تأثیرات خود حرارتی بر کاراکترهای ترانزیستورهای گرافنی به وسیله تابع Green نامتوازن خودسازگار، معادله انتقال حرارتی آن مورد آزمایش قرار گرفته است. نتیجه نمایانگر این است که زیرلایه و عایق گیت تأثیرات قابل توجهی روی افزایش دما، کاهش جریان روشن و پائین آمدن ترارسانایی (ضریب هدایت متقابل) در میان پراکندگی فونون قطبی سطحی می‌گذارد که همه این‌ها به دلیل خود حرارتی درجه حرارت حدود 110K بالا رفته و جریان روشن حدود 17% پائین بیاید. این خود نمایانگر اهمیت شبیه سازی کوپل الکترو-حرارتی برای پیش بینی مشخصات گرافن و مهندسی حرارت بر روی قطعه می‌باشد. همین طور وابستگی تأثیرات خود حرارتی بر روی طول کانال ترانزیستور و انرژی فونون آزمایش شده است.
کلمات کلیدی: انتقال کوپل الکترو-حرارتی، پراکندگی فونون قطب سطح، تأثیرات خود حرارتی، ترانزیستورهای گرافنی
مقدمه
گرافن یک ورقه نازک 2 بعدی به قطر اتم می‌باشد که یک ماده امیدبخش برای کاربرد قطعات الکترونیکی آینده است چرا که دارای خصوصیت تحرک حامل بالا، سرعت اشباع بالا و هدایت حرارتی بالا می‌باشد. این قطعه گرافنی اولین بار در سال 2004 توجهات زیادی را به سوی خود جلب کرد. همچنین تحقیقات زیادی در ساخت ترانزیستورهای اثر میدانی گرافنی از آن زمان تاکنون انجام شده است. در سال 2010 یک ترانزیستور گرافنی با فرکانس قطع 100GHz گزارش شد. بعدها، GFETهایی با فرکانس‌های قطع بالاتر از 155GHz و 300GHz به نمایش در آمدند. اکثر کارهای اخیر شرایط ساخت جدیدی را برای FETهایی با فرکانس قطع بیشتر از 427GHz گزارش کرده‌اند. نتایج شبیه سازی نمایانگر این می‌باشند که پراکندگی پروسه فونون مانند فونون نوری ذاتی است و توسط فونون قطبی سطحی (SPP) عایق گیت قطبی را معرفی می‌کند. همین طور نمایانگر این است که زیرلایه نقش مهمی را در مشخصه قطعات ایفا می‌کند و اینکه حتی مکانیسم پراکندگی اتلافی هم به دلیل تأثیرات خود حرارتی می‌باشد. محققان پیشنهادات گوناگونی را در رابطه با موارد زیرلایه برای کاهش پراکندگی SPP ارائه داده‌اند. در مقاله [5]، ترانزیستورهای گرافنی بر روی SiC به جای SiO2، که در آن انرژی SPP حدودا 60meV است ساخته شده‌اند. در مقاله [6]، الماس‌هایی مانند کربن به صورت ماده زیرلایه برای ترانزیستورهای گرافنی استفاده می‌شوند. در مقاله [12] نیز یک لایه BN بر روی SiO2 مانند یک ماده زیرلایه، لایه نشانی شده است را گزارش کرده‌اند.
در مقاله [13]، انتقال حرارتی در گرافن شدیدا مورد مطالعه قرار گرفته است. نویسندگان مقدار هدایت حرارتی را اندازه‌گیری کرده و یک شرح فیزیکی از هدایت گرما در گرافن ارائه داده‌اند. در مقاله [14]، هدایت حرارتی پوشش SiO2 گرافن و گرافیت بسیار نازک اندازه‌گیری شده و نتایج به تأثیر سختی نیز وابسته به هدایت قرار گرفته بوده است و در آن کشف شد که هدایت حرارتی گرافنی توانسته است حدودا به 35% محدودیت بالستیک دست یابد. در مقاله [16]، از اطلاعات نقاط داغ در عکس‌های حرارتی میکروسکوپ فروسرخ GFETها استفاده شده و مدل انتقال زوج الکترو-حرارت معرفی شده است؛ و بحث بر سر این است که رابطه نقاط در چه مکانی است که دارای کمترین چگالی در کل GFETها باشد.
در این مقاله، ما به طور سیستماتیک به تحقیق در رابطه با تأثیرات خود حرارتی در GFETها توسط انسجام خود زوج نامتوازن تابع Green (NEGF) برای معادله انتقال و معادله انتقال حرارتی می‌پردازیم.
اهمیت تأثیرات خود حرارتی در GFETها با عمق و طول کانال از میکرومتر مشخص شده است. ما به صورت تئوری به مطالعه در رابطه با تأثیر ماده زیرلایه بر عملکرد و اطمینان قطعه می‌پردازیم. میزان طول کانال و تأثیر آن بر رفتار GFETها و هدایت حرارتی پایه‌های فشرده شده روی GFETهای کانال کوتاه نیز مورد تحقیق قرار گرفته‌اند. در بخش 2 ما به توصیف مدل‌های الکتریکی و حرارتی و جزئیات آن‌ها می‌پردازیم. سپس در بخش 3 به بحث در رابطه با نتایج شبیه سازی می‌پردازیم. در آخر، خلاصه‌ای از مطالب را در قسمت نتیجه‌گیری می‌آوریم.
روش
انتقال الکتریکی
به شکل (1a) شبیه سازی ساختار یک قطعه شرح داده شده است. کانال گرافن در تماس با سورس و درین Pb همراه با سد شاتکی به ارتفاع 0.2eV برای الکترون‌ها می‌باشد. مقاومت تونل زنی سد در گرافن، در محاسبات NEGF که جزئیات آن در زیر آمده است لحاظ کردن مقاومت الکتریکی پارازیتی ماده Pb خودداری کرده‌ایم. از HfO2 برای عایق گیت بالا (top-gate) با ضخامت 3nm و یک دی‌الکتریک پایدار و ثابت 25 استفاده شده است. لایه BN روی زیرلایه SiO2 لایه نشانی شده است که برای بهبود زیرلایه برای ورقه‌های گرافن از آن استفاده می‌شود. ضخامت زیرلایه SiO2، 300nm و هدایت حرارتی 104Wm-1K-1می‌باشد.
لایه گرافنی در قطعات توسط دیراک همیلتون به نمایندگی از فضای مد در جهت عرض یعنی در جهت x و به نمایندگی از فضای حقیقی در جهت انتقال یعنی در جهت y به صورت زیر توصیف می‌شود
توجه
- برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.
- پس از خرید بلافاصله لینک دانلود فایل برای شما ایمیل خواهد شد.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.