بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسي جريان هاي عبوري از پيوندگاه الکترودـ نانولوله ي کربني در ترانزيستورهاي CNTFET
چکيده
در اين مقاله رسانايي کوانتيدهي نانولوله را با در نظر گرفتن آن به صورت يک سيم کوانتومي بررسي کردهايم . اين کار را با توجه بـه مقاومـت هـاي تماسـي و جريـان عبوري از کانال ترانزيستور و براساس احتمال عبور حامل ها از کانال CNTFET انجام داده و در آن از روش لاندائوـ بوتينگر استفاده نمودهايـم .در ايـن کـار موفـق شديم ضريب عبور جريان از کانال را در کليه –ي دماها بدست آورديم نتايج بدست آمده نشان مي دهد که تغييرات جريان عبوري از کانال CNT شديدًا به ويژگـي - هاي ساختاري کانال، ولتاژ اعمالي و نوع تماس وابسته است .
واژه هاي کليدي : ترانزيستور اثرميدان نانولوله ، سد شاتکي ، تونل زني کوانتومي ، انعکاس کوانتومي ، ضريب عبور.
مقدمه
ترانزيستورهاي اثرميدان نانولوله يکي از مورد توجـه تـرين ابزارهـا براي استفاده در کاربردهاي آتي الکترونيک مي باشد. در ايـن نـوع ترانزيستورها الکترودهاي فلزي در دو سو به عنوان چـشمه و چـاه عمل مي نمايند و نانولوله ي کربني بين آن دو نقـش کانـال عبـوري حامل ها را ايفا مي کند. [١] مي خواهيم خواص انتقالي حامل ها را در کانالي از جنس نانولوله ي زيگزاگ مورد بررسي قرار دهيم . با توجه بـه ويژگـي هـاي خـاص نانولوله هاي کربني و شباهتي که به سيم هاي کوانتومي دارنـد، از آن به عنوان سيستمي يک بعدي نام مي بريم که به حامل ها اجازه ي پراکنگي نمي دهد و در نتيجه انتقال در طول آن به صورت باليستيک خواهد بـود. هـم چنـين در محـل اتـصال الکترودهـا بـه نانولوله ي زيگزاگ سد شاتکي تشکيل مي شود که نا کنـون ارتفـاع تقريبي برابر با نصف اندازه ي نوار گاف نانولولـه بـراي آن در نظـر گرفته مي شده است ، اما ما در برنامه ي محاسباتي خود ارتفاع سـد را به عنوان پارامتري مستقل که مي تواند مقـادير واقعـي را اختيـار دکنماد،ي ومارحديط مي اسنمت اي.ي م.ا عماحمال سبماؤتثر ردايگنه ر فيـکط ه بدايرددبمه اآين تصوـجفـره منطملــوق بلکه در کليه ي دماها انجام مي دهيم .
شرح مدل
CNTFET با کانال زيگزاگ از سه ناحيه ي بارز تشکيل شده است که نشان دهنده ي تغيير منحني انرژي در طول سيستم مي باشد: دو ناحيه در انتهاي نانولوله و ناحيه ي وسط که در آن انتقال باليستيک صورت مي گيرد (شکل ١).
شکل (١) نوارهاي انرژي که در طول کانال و در دو طرف چشمه و چاه رخ مي دهند[٢]
ناحيه ي مياني ، ناحيه اي با نوار صاف است . نمودار نوار انرژي در مناطق چپ و راست از حل معادله ي لاپلاس يک بعدي در امتداد جهت انتقال به دست مي آيد.
در نتيجه براي تقارن محوري ، انتهـاي نـوار رسـانش را در منـاطق چشمه و چاه مي توانيم به دست آوريم . ما در اين کار فقط ناحيه ي نزديک به چشمه را در نظر مي گيريم :
که ارتفاع سد شاتکي ، VFB ولتاژ نوار صاف ، tox ضخامت گيت دي الکتريک است [٣]. جريان عبوري از داخل کانال را از روش لاندائوـ بوتينگر به دست مي آوريم . در اين روش ، جريان عبوري از يک رسانا بر حسب احتمال عبور حامل ها از ميان آن بيان مي گردد.به اين صورت که اگر سيستمي را متشکل يک کانال يک بعدي (مانند يک سيم کوانتومي ) با طول L و دو منبع متصل به آن با پتانسيل هاي شيميايي در نظر بگيريم ، با فرض اشغال فقط يک زير نوار و در نظر گرفتن پراکندگي الکترون ها به عقب در منبع چپ ، جريان عبوري از کانال به صورت زير خواهد بود[٤]:
محاسبات
براي شروع محاسبات ، را به صورت زير در نظر مي گيريم :
با فرض اين که و با استفاده از بسط تيلور داريم :
در اين رابطه عبور حامل ها يا تونل زني نيز نقش اساسي دارد. اين احتمال گذار از سد شاتکي را از طريق تقريب WKB تعيـين مـي کنيم :
که zi و zf نقاط بازگشت هستند. در اين جا براي الکترون هايي که از چشمه وارد کانال مي شوند، نقاط بازگشت به صورت زير اند:
نيز اندازه حرکت حامل ها در راستاي موازي با محور نانو لوله مي باشد.
بعد از جايگذاري فرمـول هـا و نوشـتن برنامـه ي مربوطـه ، جريـان عبوري الکترون ها از چشمه به چاه را به دست مي آوريم . حال با داشتن معادله ي جريان ، تأثير پـارامتر هـاي مختلـف را بـر مقدار آن بررسي مي کنيم . ترانزيستوري با مشخصات زيـر در نظـر مي گيريم :
به عنوان اولين پارامتر و بررسي تأثير آن بر جريان ، اختلاف ولتاژ را انتخاب نموده و نمودار جريان به دست آمده بر حسب آن
(VGS) را رسم مي کنيم .اين نمودار را در شکل (٢) مشاهده مي کنيد.
