آخرین خبرها

ترانزیستورهای CNTFET، گزینه ای محتمل برای جایگزینی MOSFET ها

 

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.

10349-01

 به­ دلیل نیاز جامعه به كاهش حجم مدارهای محاسباتی، سرعت عملكرد بالا و توان مصرفی كم در سالهای اخیر، سایز ترانزیستورهای CMOS به طور مداوم، كاهش مي ­يافت. 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 می­­يابند. 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 مدارهاي 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 تحرك­، که از آزمایش­های رسانایی در ترانزیستورها بدست می­آید، گزارش شده است و نوعاً در حدود 104-103 سانتيمتر­ مربع بر ولت ­ثانيه است. قرار­دادن عایق با ضریب دی­الکتریک بالا، بر روی نانولوله، قابلیت تحرك 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.

untitled-1

در سال 1991، ­Ijima، ساختاری جدید از مولكول­های كربن را به نام نانو­لوله­ های ­­چند­دیواره ­ی ­­كربنی­، معرفی كرد. در سال 1993، Ijima و همكارانش توانستند با ارائه نانو­لوله­ های ­تك­ دیواره ­ی ­­كربنی، مشكلاتی را كه بر سر راه  MOSFET وجود­ داشت، برطرف­ كنند. نانولوله ­ها، با كمك ورقه­ای از جنس گرافیت، كه حول یك 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 كه نانولوله در قطرهای گوناگون، خاصیت الكتریكی متفاوتی از خود نشان دهد.

untitled-2

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

untitled-3

تهیه و تنظیم : محمد رضا همتی وابسته به گروه فن آوا

 

درباره‌ی آی تی اصفهان

از آنجا که بستر فن آوری اطلاعات و ارتباطات زیر بنای حرکت و رشد کلیه علوم و حرف در عصر حاضر بوده و امروزه از اهمیت خاص در حوزه ی بانکی / صنعتی / شغلی / دانشگاهی / پزشکی / پژوهشی/ امنیتی / ارتباطی / . . . برخوردار است.این سایت سعی بر آن دارد تا تازه های اخبار این حوزه تخصصی را به استحضار علاقمندان و مرتبطین به این حرفه برساند.
Thumb up 0 Thumb down 0

جوابی بنویسید