ترجمه تاثیر پراکندگی فونون بر تاخیر ذاتی و فرکانس قطع CNTFET ها

توضیحات

 عنوان فارسی: تاثیر پراکندگی فونون بر تاخیر ذاتی و فرکانس قطع CNTFET ها

عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:

Effect of Phonon Scattering on Intrinsic Delay and Cutoff Frequency of Carbon Nanotube FETs

چکیده

 اثر پراکندگی فونون بر روی تاخیر ذاتی و فرکانس قطع و سد شاتکی ترانزیستورهای اثر میدانی نانو لوله کربنی آزمایش شد. حامل‌ها اغلب به وسیله فونون‌های منطقه مرزی و اپتیکال بعد از شروع کانال پراکنده می‌شوند. همان‌گونه که دیده می‌شود پراکندگی به طور مستقیم تاثیر کمی بر روی جریان DC در حالت روشن ترانزیستور دارد اما کاهش چشمگیری را در فرکانس قطع و افزایش تاخیر ذاتی منتج می‌شود.

کلمات کلیدی: نانو لوله کربنی(CNT) ، کارایی فرکانس بالا، تاخیر ذاتی، ترانزیستور‌ها.

مقدمه

نانولوله های کربنی تک جداره با ویژگی‌های انتقال حامل عالی موجب ایجاد انگیزه‌ای قوی در زمینه کاربردهای بالقوه CNTFETها در الکترونیک فرکانس رادیویی(RF) و دیجیتال شد. آزمایش‌های زیادی تاکنون انجام شده که منجر به کشف ویژگی‌های AC در CNTFETها گردید.[1,3] محاسبات تئوری فرکانس قطع و زمان تاخیر CNTFETها، بر اساس فرضیات انتقال بالستیک که کار پیش بینی عملیات در محدوده تراهرتز(THz) را انجام می‌دهد قرار داده شده است.[4-7]

هرچند جزئیات کمی از چگونگی اثر پراکندگی بر روی عملیات با سرعت و فرکانس بالا CNTFETها در دست است ولی برای ارزیابی پتانسیل CNTFET در زمینه کاربریهای الکترونیکی درک این موضوع ضروری است. اثر پراکندگی بر روی جریان DC فلزی و CNTهای نیمه رسانا قبلا مورد بررسی قرار گرفت. عملکرد پراکندگی غالب در یک CNT با کیفیت بالا، پراکندگی فونون است در بایاسهای پایین، پراکندگی فونون آکوستیک(AP) با میانگین مسیر آزاد() مهم است و در بایاس‌های بالا پراکندگی فونون منطقه مرزی(ZB) و فونون اپتیکال(OP) با  بسیار مهم است. یک CNT در طول کانال می‌تواند چندین برابر بیشتر از میانگین مسیر آزاد پراکندگی فونون منجر به تولید جریانی نزدیک به جریان DC بالستیک در حالت روشن شود. در این مقاله، اثر پراکندگی فونون بر روی تاخیر ذاتی و فرکانس قطع CNTFETها مورد بررسی قرار می‌گیرد. ما نشان می‌دهیم که علیرغم اینکه اثر مستقیم آن بر روی جریان و هدایت انتقالی کم است و پراکندگی فونون به طور چشمگیری نتایج زیر را دنبال می‌کند:

1) جمع نمودن بار در کانال و افزایش ظرفیت ذاتی گیت

2) سیر ناگهانی حامل‌ها در کانال و کاهش سرعت میانگین حامل

3) کاهش فرکانس قطع و افزایش تاخیر ذاتی

این مقاله نقش متفاوت پراکندگی  فونون را بر روی جریان DC در حالت روشن بر روی سرعت ذاتی و عملیات با فرکانس بالا در CNTFETها را بیان می‌کند حتی برای یک CNTFET که جریان نزدیک به DC در حالت روشن بالستیک را به دست می‌دهد. اثر پراکندگی فونون بر روی تاخیر ذاتی و فرکانس قطع می‌تواند مهم باشد.

 بررسی

ما یک CNTFET با گیت هم محور (coaxial) با سد شاتکی (SB) را در دمای اتاق  شبیه سازی کردیم. هندسه گیت هم محور، بهترین کنترل گیت الکترواستاتیک را ارائه می‌دهد. ابزار اسمی، اکسید گیت  HfO₂ با طول  با ثابت دی الکتریک 16 است. قطر کانال CNT (17,0)  است که منتج به شکاف انرژی  می‌شود. ولتاژ منبع تغذیه  در نظر گرفته می‌شود که نزدیک به مقدار تعیین شده برای FETهای پایانی در رو نگاشت بین المللی تکنولوژی نیمه‌هادی(ITRS) است.

طول اسمی کانال  در نظر گرفته شده است و برای کشف اثر طولی کانال متفاوت است. فلز سورس- درین به طور مستقیم به کانال CNT وصل می‌شود ارتفاع SB بین سورس- درین و کانال CNT ذاتی‌ می‌باشد.

مشخصه‌های dc در CNTFETهای شبیه سازی شده از طریق حل معادله شرودینگر با استفاده از NEGF  و به صورت خودسازگار با معادله پوآسون حل می‌شود.

در تقریب خودسازگار بور، ما پراکندگی را در حالت های مختلف فونون امتحان کردیم و از احتمال انحراف که توسط ماهان [11] محاسبه شده بود استفاده کردیم.توضیح اتمی نانولوله با استفاده از یک همیلتونی اتصال تنگ با یک مجموعه اوربیتال  است. رفتار اتمی فضای واقعی محاسبات زیادی دراد اما از طریق بررسی حالت mode-space در حجم محاسبات کاهش قابل توجه‌ای حاصل می‌شود. ما تاخیر ذاتی و فرکانس قطع افزاره را در محدوده بالستیک و در زمان پراکندگی فونون (با فرض صفر بودن ظرفیت خازنی) محاسبه نمودیم. طراحی CNTFET در آزمایش‌ها تاکنون برای عملیات با فرکانس بالا که محدود به ظرفیت خازنی پارازیتی میان الکترودها هستند دیده نشده است. پیشرفت اخیر در زمینه اتصالات شبه تک بعدی نانو سیم‌ها و کانال CNT می‌تواند عمدتا باعث کاهش ظرفیت خازنی پارازیتی و نهایتا منجر به عملکردی مشابه محدودیت ذاتی شود. یا این وجود، این بررسی بر روی چگونگی تاثیرگذاری پراکندگی فونون بر روی عملکرد ذاتی CNTFET تمرکز نموده، عاملی که تعیین شده تمامی محدودیت‌های CNTFET برای کاربردهای الکترونیکی RF و دیجیتالی است.

فرکانس قطع (فرکانس حاصل از جزیان واحد) و   یک معیار کاربردی مهم برای ترانزیستور در فرکانس بالاست م ا ذاتی را با استفاده از تقریب شبه استاتیک (quasi-static) محاسبه می‌کنیم.[2],[4]-[7]

توجه

• برای دانلود فایل کامل ورد لطفا اقدام به خرید نمایید.
• پس از خرید بلافاصله لینک دانلود فایل برای شما ایمیل خواهد شد.