بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله با استفاده از نرم افزار Atomistix Toolkit 12.8.2 - ATK - به شبیهسازی و بررسی ترانزیستورهای ambipolar اثر میدان نانونوار گرافنی با فرم زیگزاگ-آرمیچر-زیگزاگ - ZAZ - میپردازیم. تاثیر پارامترهای مختلف ساختار نانونوار گرافنی بر مشخصات ترانزیستورهای ambipolar بررسی می شود.
نسبت جریان روشن به خاموش - Ion/Ioff - ترانزیستور یکی از پارامترهای مهم در کاربردهای سوئیچ کردن است. بنابراین در این مقاله ما روشهای مختلف بهبود Ion/Ioff را بررسی میکنیم. همچنین با ارائهی یک روش جدید نشان میدهیم که میتوان این نسبت را تا حد زیادی بهبود داد. شبیهسازیها نشان میدهند میتوان به 4×108 Ion/Ioff دست یافت.
-1 مقدمه
در الکترونیک فرکانس رادیویی که حوزهی مهمی در الکترونیک نیمههادی است، مهندسان قطعه در جستجوی مواد جدید با تحرکپذیری 1 بالا هستند. هدف نهائی ارتقای ترانزیستورها با استفاده از تحرک پذیری بالای حاملها برای عملکرد در بازهی 0/3-3THz است که تا کنون حاصل نشده است. در این رابطه گرافن که ساختار دو بعدی از اتمهای کربن است مورد توجه و تحقیق قرار گرفته است
تحرک پذیری اندازهگیری شده گرافن متجاوز از 105 cm2 /V.s در دمای اتاق و 106cm2 /V.s در دمای 4 K است . - 1567:2013 Schwierz - از آنجایی که تحرک پذیری بالا یکی از پیششرطها برای ترانزیستورهای سریع است این فکر ایجاد شده است که گرافن میتواند برای ترانزیستورهایی با ابعاد کوچک و سرعت عملکرد بالاتر از ترانزیستورهای متداول استفاده شود
ویژگی های منحصر به فرد گرافن عبارتند از: تحرک پذیری بسیار بالای حامل در حدود 200000 cm2/V.s که 200 برابر این پارامتر در سیلیکان است . - 5:2010 Sadeghi - سرعت اشباع حامل بسیاربالا ZhenXing - و همکاران . - 2963:2012 پایداری تا دمای - 5 : 2010 Sadeghi - 3000 K، بدنه بسیارنازک، ظرفیت حمل جریان زیاد، هدایت گرمایی بالا و اینکه میتواند به آسانی با اعمال کوپلاژ الکتریکی به شکل قطعات اثر میدان و پیوندهای pn عمل کند
گرافن کاربردهای امیدوارکنندهای در حسگرهای نوری، تراتزیستورهای اثرمیدان فرکانس رادیویی آنالوگ، الکترودهای شفاف انعطاف پذیر، صفحهی لمسی ZhenXing - و همکاران - 2956:2012 و نانوالکترونیک Tian - و همکاران - 1:2010 دارد. ترانزیستور اثر میدان گرافنی به عنوان بلوک سازندهی بسیار مناسبی برای مدارهای الکترونیکی ambipolar مطرح است و در مداراتی مانند دو برابر کنندههای فرکانسی با عملکرد بالا، ترکیب کنندههای فرکانس رادیویی، مدولاتورهای دیجیتال و آشکارسازهای فاز کاربرد دارد.
یک سیستم RF مجتمع میتواند روی ناحیهی وسیعی از گرافن تک لایه ساخته شود که با فرایند ساخت Si-CMOS سازگار است ZhenXing - و همکاران . - 2968:2012 هم اکنون فعالیت زیادی روی الکترودهای شفاف گرافنی و قطعات گرافنی برای الکترونیک قابل چاپ و انعطاف پذیر در جریان است . - 1569 : 2013 Schwierz - تحرک پذیری بالا و امکان تولید پر حجم و کمهزینهی گرافن ظرفیت آن را برای استفاده در مدارهای مجتمع فرکانس بالا در آینده نشان میدهد
نبود شکاف انرژی در گرافن سبب افزایش جریان کمینه و کاهش قابل ملاحظهی Ion/Ioff میشود ZhenXing - و همکاران . - 2958:2012 این نسبت حتی به 3 نیز نمیرسد. در حالی که در سوئیچ ها Ion/Ioff برابر با 104 مناسب است
به منظور ایجاد شکاف انرژی و Ion/Ioff مناسب از نانونوارهای گرافنی GNR1 - ها - در ساختارهای ارائه شده استفاده میشود.
مزایای قطعات طراحی شده با GNR در مقایسه با سایر قطعاتی که بر پایه کربن قرار دارند عبارتند از:
GNR -1ها با عرض و لبههای متفاوت میتوانند بدون هیچ نقصی به هم متصل شوند.
GNR -2ها میتوانند به خوبی - مقاومت اتصال خیلی کوچک - به قطعات دیگر به خصوص به GNRهای فلزی وصل شوند
-3 ناخالصسازی ساختارهای مولکولی به شدت دشوار است اما GNRها دو لبهی آزاد دارند که از لبهها میتوانیم برای ناخالص-سازی استفاده کنیم
-4 فرایند لیتوگرافی صفحهای اساس تکنولوژی سیلیکان است و در حال حاضر با فرایند ساخت گرافن سازگار میباشد
با تغییر عرض نوار، ناخالصسازی و تغییر در شکل لبههای GNR میتوانیم ساختارهای پایه اتصال فلز و نیمههادی، پیوند p-n و پیوند غیر همگن را ایجاد کنیم. شکل - 1 - این بلوکهای سازنده را نشان میدهد ساختارهای GNR دارای دو نوع دستوارگی: 2 آرمیچر3 و زیگزاگ4 بر حسب چیدمان اتم های کربن در لبه ها میباشند. شکل - 2 - ساختار ایجاد شده به عنوان ساختار زیگزاگ آرمیچر زیگزاگ - ZAZ5 - را نشان میدهد
