ترجمه مقاله اتلاف انرژی در ترانزیستور اثر میدانی گرافن

توضیحات

 عنوان فارسی: اتلاف انرژی در ترانزیستور اثر میدانی گرافن

عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:

Energy Dissipation in Graphene Field-Effect Transistors

چکیده:

ما توزیع دما را در یک ترانزیستور گرافن تک لایه با استفاده از یک میکروسکوپ پراکندگی رامان (Raman) از گروه فونون دو بعدی (2D-phonon) اندازه‌گیری کرده‌ایم. پیک و قله دمایی 1050 K در وسط ورقه گرافن در210kWcm^-2  توان تلف شده به دست آورده است. اتصالات فلزی مانند یک هیت سینک (heat sink) عمل می‌کند اما نه در مد غالب. برای توضیح مشخصات دمای مشاهده شده و نرخ دما، باید جریان دما از گرافن به اکسید گیت زیرین را نیز شامل کنیم. مخصوصا در دماهای بالاتر که هدایت حرارتی گرافن با توجه به پراکندگی umklapp کاهش می‌‌یابد. اشباع سرعت با توجه به فونون‌ها با حدود 50-60meV انرژی را می‌توان از چگالی بار اندازه‌گیری (از طریق اتصال درست) توسط فونون‌های سطحی متقارن در زیرلایه باعث انتقال انرژی به زیرلایه و در همان زمان محدود کردن انتقال الکتریکی بایاس بالا (high-bias) در گرافن می‌شود.

گرافن، اخیرا ماده کربن دو بعدی با جزئیات بی نظیر و منحصر به فرد اخیرا جدا شده است. با توجه به پراکندگی الکترونیکی خطی آن به طور فعالانه به برنامه‌های کاربردی الکترونیکی پرداخته شده است. اشکال شایسته‌ای که نظرات را به خود کرده است تحرک بالای گزارش شده می‌باشد به خصوص در گرافن معلق. این که گرافن ماده نازک نهایی است حقیقت است، ثبات پیوند کربن-کربن در گرافن، توانایی آن برای وادار تحرک یک باند گاف توسط بسته الکترونیکی در نانو نوارهای گرافنی، و ماهیت دو وجهی آن اجازه می‌دهد تا تکنیک‌های الگو دهی تأسیس و etching به کار گرفته شوند. از جمله معایب، شکل در ساخت اندازه‌های ویفر گرافن، نرخ جریان روشن و خاموش ضعیف و تخریب آشکار تحرک حامل در گرافن است که یکبار در تماس با یک اکسید قرار می‌گیرد. با توجخ به اینکه گرافن تنها چند سال است که مورد مطالعه قرار گرفته است، قابل درک است که بسیاری از سوالات مهم پاسخ داده نشده باقی مانده‌اند. یکی از این سوالات نگرانی‌های تولید حرارتی و اتلاف آن در ترانزیستورهای گرافن اثر میدانی است (FETها). این می‌تواند یک شکل مهم باشد برای مثال وقتی یک جریان راه انداز (drive) بزرگ برای رسیدگی به چند FET دیگر داریم، یا وقتی سرعت سوئیچینگ بالا برای کاربردهای فرکانسی رادیو مورد نظر است. توان الکتریکی تلف شده می‌تواند درجه حرارت را به نقطه‌ای که در آن مدیریت حرارتی حساس می‌گردد بالا ببرد. به علم ما، هیچ کاری در انتقال حرارتی گرافن در ترانزیستورهای اثر میدانی منتشر نشده است. خصوصیات انتقال حرارتی مربوطه به ترانزیستورهای اثر میدانی نانولوله‌های کربنی قبلا با استفاده از روش تجزیه که ولتاژ درین تا زمانی که قطعه شکست افزایش دادند آنالیز شده است. دمای اکسیداسیون در جایی که در آن شکست رخ داده است تعلق گردد. در روش‌های مختلف، توزیع دما در نانو لوله‌های کربنی چند جداره به صورت مغرضانه با یک پروب حرارتی اسکن شده اندازه‌گیری شده است.

طیف سنجی رامان نیز برای اندازه‌گیری جمعیت فونون‌های خاص در نانولوله‌ها البته بدون اطلاعات مکانی استفاده شده است. در اینجا، ما برای اندازه‌گیری توزیع دما در FETهای گرافنی بایاس شده از طیف سنجی رامان استفاده کرده‌ایم. در موقعیت گروه 2D-فونونی رامان نزدیک به 2700cm^-1 شامل دو فونون نوری با مومنتوم (حرکت) برابر و مخالف در نزدیکی مرز می باشد، به شدت وابسته به درجه حرارت محلی است و می تواند به عنوان یک دماسنج میکروسکوپی استفاده شوند. گروه فونونی رامان G-نوری در تقریب  ~1600cm^-1 است، علاوه بر دما، بسیار مستعد ابتلا به دوپینگ محلی است و می‌تواند برای شناسایی تغییرات ناشی از درین، بایاس در سطح فرنی استفاده شود. ما یافتیم زمانی که FET گرافن به صورت الکتریکی به رژیم اشباع جریان رانده می‌شود، دمای 2D-درایو می‌تواند به 1000K برسد. جریان دمای مستقیم از گرافن به زیرلایه غالب حتی در قطعاتی با ضخامت (~300nm) اکسیدهای گیت می‌باشد. دریافتیم که در رابطه با مقاومت حرارتی به زمینه‌ای SiO₂ () کوچکتر از امکان برای یک فیلم اکسید همراه ضعیف به گرافن انتظار می‌رود. ما می‌توانیم از نظر انتقال انرژی مستقیم از الکترون‌های هدایت گرما به زیرلایه فونون‌های سطحی (زمینه همراه) توضیح دهیم.

توجه

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