X
کامپیوتر , نرم افزار , تکنولوژی - ترانزیستورهای CNTFET

سمینارهای متعددی در کشور، در مورد ترانزیستورهای نانولوله ­ی کربنی تا به حال انجام شده و مقالات زیادی در این زمینه انتشار یافته است. بعضی از پژوهشگران به مباحث علمی جدید در این زمینه پرداخته­ اند. در این سمینارها از نظرات بعضی از محققان و اساتید دانشگاه، که در این زمینه فعال هستند، استفاده کردیم ، از جمله : دکتر کیوان ناوی­، دکتر محمد عشقی،دکتر شادرخ سماوی، دکتر مهدی دولتشاهی، دکتر محمد­ رضا رشادی­نژاد­ و دکتر مسعود جباری . این متن، چکیده و خلاصه­ ای از مبانی این تحقیق می باشد.

 به­ دلیل نیاز جامعه به کاهش حجم مدارهای محاسباتی، سرعت عملکرد بالا و توان مصرفی کم در سالهای اخیر، سایز ترانزیستورهای CMOS به طور مداوم، کاهش می ­یافت. با کوچکتر کردن MOSFET­ها از 100 نانومتر، اثراتی پیش خواهد آمد که برای MOSFET­هـای بـا انـدازه­ هـای بزرگتر مهم نبوده ­اند. وقتی­که کانال، کوتاه شود، کنترل الکتروستاتیکی گیت روی کانال بـه خـوبی صـورت نمی­گیرد و باعث اثرهای ­کانال­­-کوتاهی­ می­شود که منجر بـه نسـبت جریـان روشـن بـه خـاموش کمتـر و انحراف مشخصات ولتاژجریان آن از مشخصات متناظر برای MOSFET­های با طول بزرگتر مـی­شـود. بـرای MOSFET­های با کانال بزرگتر، انتقال بار از میان کانال از طریق عبور حامل­ها از بالای سد پتانسیل صـورت می­گیرد و جریان نشتی به خاطر اکسید گیت ضخیم، قابل صرف­نظر­کـردن اسـت ولـی در بعـد نـانو، هـم­تونل­زنی سورس و درین و هم­تونل­زنی گیت به طور عمده­ای جریان نشتی را افـزایش مـی­دهنـد و جریـان نشتی در تونل­زنی حالت خاموش نیز افزایش می­یابد. همچنین در کانال­های با طول کوتـاه، شـدت میـدان الکتریکی بسیار بالا می­رود. این میدان­ها با کمتر­شدن طول کانال در ابعاد نانو به نحو قابل توجهی افـزایش می­­یابند. این میدان­­های بزرگ دو پیامد مخرب را به ­همراه دارند؛ اول اینکـه جریـان­­هـای نشـتی بـالایی را تولید می­کنند و دوم اینکه اگر میدان خیلی بالا رود، شکست بهمنـی رخ­ داده کـه مـی­­توانـد مـوج جریـان بزرگی را تولید کرده و به افزاره آسیب کلی برساند. به تمامی این موارد می­­توان پیچیدگی ساخت در ابعـاد نانو را هم اضافه کرد که تغییر اندکی در پیاده­سازی اندازه­ها در این مقیـاس، باعـث خـروج افـزاره از ناحیـه عملکرد مورد نظر می‏شود.

پدید­­آمدن مشکلات ذکر­ شده، باعث شده است کـه علـم طراحی مدارهای دیجیتال همـواره در­پـی یـافتن راه حـل­­­هـایی مناسب، برای غلبه بر این مشکلات و کاهش هرچه بیشتر اندازه افزاره­ها باشد. یکی از این راه­هـا، اسـتفاده از مواد جایگزین Si­، در افزاره­­ها بوده است. یعنی یافتن موادی که در مقیاس­های بسیار کوچک بتواننـد عملکرد بهتری نسبت به Si­، داشته و انتقال حامل­ها در آن­ها به صورت مؤثرتری قابل کنترل باشـد. یکی از گزینه­ها، استفاده از نانولوله­­های­کربنی به عنوان کانال در افزاره­هـای اثـر­میـدان مـی­­باشـد. نتـایج مطلوب بدست آمده از ساخت و شبیه­سازی این افزاره­ها، باعث طرح­شدن افـزاره­هـای اثـر­میـدان نانولولـه­­کربنی، به عنوان یکی از گزینه­های محتمل برای تکنولوژی­های آتی ساخت مدارهای مجتمع دیجیتال شده است.

به این ترانزیستورها  CNTFET(Carbon Nanotube Field Effect Tansistor) می­گویند. هدایت الکتریکی نانولوله­­­کربنی، از خواص جالب توجه آن است. در مطالعات متعددی، میزان قابلیت تحرک­، که از آزمایش­های رسانایی در ترانزیستورها بدست می­آید، گزارش شده است و نوعاً در حدود 104-103 سانتیمتر­ مربع بر ولت ­ثانیه است. قرار­دادن عایق با ضریب دی­الکتریک بالا، بر روی نانولوله، قابلیت تحرک حامل را کاهش نمی­دهد که این امر به علت ساختار هندسی نانولوله است که منجر به حذف باندهای آویزان می­شود. این نانولوله ­های ­کربنی،گرما را به صورت مؤثری انتقال می­­دهند از این­رو می­توانند به عنوان خنک کننده­ ی سریع عمل کنند.

با توجه به کارایی خیره­ کننده ترانزیستورهای نانولوله ­­کربنی، تمایل محققین به سمت این حوزه، در سال­های اخیر، بیشتر شده.

در سال 1991، ­Ijima، ساختاری جدید از مولکول­های کربن را به نام نانو­لوله­ های ­­چند­دیواره ­ی ­­کربنی­، معرفی کرد. در سال 1993، Ijima و همکارانش توانستند با ارائه نانو­لوله­ های ­تک­ دیواره ­ی ­­کربنی، مشکلاتی را که بر سر راه  MOSFET وجود­ داشت، برطرف­ کنند. نانولوله ­ها، با کمک ورقه­ای از جنس گرافیت، که حول یک بردار، پیچیده شده است، تهیه می­شوند. با تغییر اندازه و جهت بردار فوق و همچنین، چینش اتم­ها حول محور نانولوله، می­توان قطر نانو­لوله را تغییر داد.

 تغییر قطر، باعث می­شود که نانولوله در قطرهای گوناگون، خاصیت الکتریکی متفاوتی از خود نشان دهد.

untitled-2

 به عنوان مثال، زمانی که رابطه­ی  n-m≠ 3iبرقرار باشد، نانو­لوله از خود خاصیت نیمه ­هادی نشان می­دهد. به ­همین ­دلیل، این ­ماده می­تواند به ­عنوان جایگزینی مناسـب در کانـال ترانزیـستور در نـظر گرفته شـود تا بتـوان ترانزیستورهایی با ابعاد کمتر از 22 نانومتر، ساخت. برای بیان مزایای استفاده از نانولولـه ­هـای ­کربنی، در ساخت ترانزیستورها می­توان از عملکرد بدون­ عیب در مقیاس کمتر از 22 نانومتر، سرعت بسیار بالا به ­دلیل خاصیت انتقال بالستیک در طول کانال، توان مصرفی کم به­ دلیل ابعاد مینیاتوری،تولید جریان الکتریکی زیاد، تنظیم ولتاژ آستانه با تغییر قطر نانولوله، جنبش الکترونی زیاد، کنترل بهتر بر روی تشکیل کانال، هندسه و ابعاد مشابه نوع  pو ­n، نام برد. با ساخت این ­ترانزیستورها، دریچه ­ای جدید بر محقّقان­، گشوده شد که باعث ارائه ­ی مقالات بسیاری در چند سال گذشته بوده است. در میان خواص گوناگون نانولوله­ کربنی از ­همه ­بیشتر، خاصیت تغییر ولتاژ آستانه، توجه طرّاحان را به ­خود جلب کرد. ولتاژ آستانه ­ی ترانزیستور رابطه­ ای عکس با قطر نانولوله دارد. از آن­جا­ که قطر نانولوله قابل تغییر است، ولتاژ آستانه ­ی این نوع ترانزیستورها را می­توان تغییر داد



موضوعات مرتبط: <-CategoryTitle->

برچسب‌ها: <-TagName->

تاريخ : 1395/11/13 | 21:01 | نویسنده : entekhabedu |