پایان نامه نانوترانزیستور و کاربرد آن در مدارهای دیجیتال

پایان نامه نانوترانزیستور و کاربرد آن در مدارهای دیجیتال

چکیده: 

خصوصیات ویژه نانوتیوبهای کربنی در حوزه الکترونیک باعث گسترش کاربرد آنها در زمینه های متفاوت شده است. در این پروژه به بررسی کاربرد نانوتیوبهای کربنی در ساخت ترانزیستورهای FET خواهیم پرداخت . در ابتدا ساختارهای متفاوت نانوتیوبها ، نحوه تشکیل و خصوصیات هر یک از آنها مورد مطالعه قرار گرفته است.

ما بر روی ترانزیستورهای FET  ساخته شده با استفاده از نانوتیوبهای کربنی (CNFET) و مدلسازی آنها متمرکز خواهیم شد . این ترانزیستورها بدلیل امکان ساخت در محدوده ابعادی نانو ، جریان دهی بالستیک ( یا شبه بالستیک ) دارند . بنابراین جهت مدلسازی از تئوری ترانزیستورهای با لستیک استفاده شده است . در این پروژه هدف از مدلسازی این نوع ترانزیستور ها کاربرد آن در شبیه سازی مدارهای دیجیتال بوده و با توجه به کاربرد در نظر گرفته شده ، ساده سازیهایی انجام شده تا در نهایت مدل ساده ای ارائه گردد که توانایی به کارگیری توسط نرم افزار شبیه سازی مداری (HSPICE) را داشته باشد . مدل ارائه شده با استفاده از این نرم  افزار (بصورت یک زیر – مدار ) و به منظور شبیه سازی مدارهای دیجیتال و گیتهای منطقی بکار گرفته شده است. 

مقدمه: 

با رسیدن تکنولوژی سیلیکونی به مرزهای محدودیت ساخت از جمله مشکلات جریان نشتی و تغییرات شدید پارامترهای ترانزیستورهای مشابه در ابعاد نانومتری و نیاز به جایگزینی مواد جدید ، چند ساختار جدید برای یافتن بهترین جایگزین ترانزیستورهای FET  مورد بررسی قرار گرفته است .تحقیقات اخیر در نانوالکترونیک پتانسیل بالای ترانزیستورهای نانوتیوب کربنی جهت جایگزینی بجای ترانزیستورهای MOSFET کنونی را نشان داده اند. 

نانوتیوبهای کربنی ساختارهایی استوانه ای از اتمهای کربن هستند که از پیچش صفحات گرافین تشکیل می شوند. قطر نانومتری، استحکام مکانیکی و ضریب هدایت گرم ا یی بالا و پیوندهای کوولانسی اشباع شده، این تیوبها را به ساختارهای بسیار مورد توجه در صنایع گوناگون تبدیل کرده اس ت . از جمله در صنعت الکترونیک و ساخت ترانزیستور ، چنین به نظر می رسد که این نانوتیوبها بتوانند بسیاری از مشکلات پیش روی این صنعت در سالهای آینده را رفع کنند. 

ترانزیستورهای CNFET به روشهای گوناگون و مشخصه های متفاوت ساخته شده اند . بسیاری از این ترانزیستورها تنها از یک نانوتیوب کربنی نیمه هادی به عنوان کانال بهره می برند . در سالهای اخیر و با توسعه تکنولوژی نانو و ابزارهای آن استفاده از چند نانوتیوب در زیر یک گیت نیز مقدور گردیده است . ترانزیستورهای ساخته شده مشخصه های قابل توجهی از خود نشان داده اند و روز به روز بر امکان و احتمال جایگزینی تکنولوژی سیلیکونی با تکنولوژی آمیخته با نانو افزوده می شود. 

 از جمله برتری های ترانزیستور CNFET سرعت بالا و سطح اشغال شده بسیار کم آن می باشد . این مزایا در آینده موجب ساخت حافظه ها و مدارهای دیجیتال با سرعت بالا و ابعاد کوچک خواهند شد . اما در اینجا نیز لازم است تا همانند تکنولوژی کنونی جهت پیش بینی عملکرد ترانزیستورها مدلی ارائه گردد که بتواند با توجه به شرایط فیزیکی قطعه توصیف صحیحی از رفتار آن در مدار های مختلف داشته باشد . سادگی، سرعت و قابلیت بکارگیری مدل توسط شبیه سازهای مداری از جمله موارد مهمی هستند که باید در مدلسازی قطعه مدنظر قرار گیرند.