پایاننامه تحلیل و بررسی اثر دماهای بالا بر عملکرد ترانزیستورهای تک الکترونی


در حال بارگذاری
۱۲ دی ۱۳۹۶
213 بازدید
۸۰۰۰ تومان

پایاننامه تحلیل و بررسی اثر دماهای بالا بر عملکرد ترانزیستورهای تک الکترونی

ترانزیستورهای تک الکترونی

ترانزیستورهای تک الکترونی

ترانزیستورهای تک الکترونی دارای مزایایی از جمله اندازه کوچک، مصرف کم انرژی و دقت بالا هستند و می توان از آنها در ساخت مدارات الکترونیکی مانند فلیپ فلاپ ها و یا سایر تجهیزات مدارات منطقی استفاده وجایگزین فناوری های موجودنمود. در این پایان نامه، ترانزیستورهای تک الکترونی قابل استفاده در دماهای بالاتر از صفر کلوین بررسی می گردد. در این راستا، ابتدا به بررسی مفاهیم اصلی و پیشینه ای از تحقیقات انجام شده در رابطه با تجهیزات تک الکترون پرداخته می شود. سپس ضمن بررسی روابط تئوری حاکم بر انسداد کولونی و سد پتانسیل به معرفی روابط کوانتوم میپردازیم.

برای شبیه سازی رفتار قطعه از شبیه ساز سیمون استفاده کردیم. در ادامه تحقیق ابتدا جعبه تک الکترون را با این نرم افزار شبیه سازی کرده میکنیم و پدیده تونل زنی الکترون را در دماهای مختلف مورد تحقیق قرار دادیم . با مقایسه نتایج شبیه سازی دماهای مختلف از صفرمطلق تا ۴۰۰ درجه کلوین، مشاهده شد که پدیده تونل زنی الکترون ها با افزایش دما، به ولتاژ گیت بیشتری (انرژی بیشتری) برای تحریک و انجام تونل زنی در دماهای بالا نیاز دارند هرچند،. لازم به ذکر است که این پدیده دارای برخی استثنائات نیز می باشد.

ترانزیستورهای تک الکترون در سیمون

ترانزیستورهای تک الکترون در سیمون

نتیجه کلی شبیه سازی ها این است که این پدیده بیشترین تاثیر و رابطه مستقیم را با دمای محیط دارد. سپس ترانزیستور در دماهای مختلف شبیه سازی شدو نتیجه نشان داد که با افزایش دما، مقدار جریان ترانزیستور افزایش می یابد. همچنین دیده شد که بارهای حرارتی در دماهای بالا نوسانات تصادفی را ایجاد میکنند که کار کنترل عبور الکترون را مشکل یا حتی غیرممکن می‌سازد. همچنین تغییرات عبور الکترون ها از سد پتانسیل نسبت به ابعاد جزیره فلزی و جنس عایق بین الکترود و جزیره شبیه سازی شد و نتیجه بیانگر آن بود که با افزایش ثابت دی الکتریک خازن، ظرفیت خازنی جزیره افزایش یافته و تعداد الکترون های تونل زده به داخل جزیره افزایش می یابد. همچنین نشان داده شد که با افزایش ابعادجزیره نیز تعداد الکترون های تونل زده بیشتر میگردد. نتیجه اصلی و مهم تحقیق ی که از این پایان نامه گرفته میشود این است که میتوان خروجی های ادوات تک الکترون را در دماهای بالاتر از صفر مطلق و دماهایی که معمولا تجهیزات درآن کار میکنند را کنترل نمود.                                                                                                                                                                                                       

تعدادالکترون های تونل زده به جزیره برحسب شعاع جزیره در ترانزیستورهای تک الکترونی

تعدادالکترون های تونل زده به جزیره برحسب شعاع جزیره در ترانزیستورهای تک الکترونی

در سالهای اخیر ابعاد افزاره های  میکرو الکترونیک معمولی چنان کوچک گردیده اند که دیگر مبانی فیزیک کلاسیک پاسخگوی  پدیده های اثرگذار در آنها نیستند.توسعه مطالعات و تحقیقات نانو الکترونیک که به دلیل مینیاتوریزه شدن افزاره­ ها بررسی رفتار آنها از دیدگاه کوانتومی می­طلبد، به طور روزافزون و فزاینده در حال تکوین است. یکی از مسیرهای ممکن در این حوزه، پژوهش در زمینه ساخت افزاره ­هایی است که در آنها کنترل انتقال حداقل تعداد الکترون، که می­تواند تا یک الکترون نیز کاهش یابد، را امکان پذیر می­سازد. این حوزه از الکترونیک ، تک الکترون نامیده می­شود. در این افزاره یک الکترون توسط پدیده تونل زنی منتقل می­شود. جذابیت این پدیده و انتقال تک الکترون از آنجا ناشی می­شود که بدلیل آنکه زمان و کار لازم برای انتقال تک الکترون بسیار کم است سرعت این افزاره بسیار زیاد و توان مصرفی آنها بسیار کم است. به عنوان نمونه محدوده­ های نظری سرعت یک افزاره تک­ الکترون به چندصد تراهرتز تخمین زده شده است.

ثابت دی الکتریک عایق ۱۰ ۸ ۷.۵ ۶ ۵ ۴ ۳ ۱
ظرفیت خازن گیت(×۱e-18 F) ۲ ۱.۸ ۱.۵ ۱.۲ ۱ ۰.۸ ۰.۶ ۰.۲
تعدادالکترون‌های تونل زده ۶ ۵ ۵ ۴ ۳ ۲ ۱ ۰

حوزه­ های دانش و فن­آوری مرتبط با الکترونیک و پردازش اطلاعات طی چند دهه گذشته تحول چشم­گیری یافته­ اند. طی ۵۰ سال، ماشین محاسبه با میکروکامپیوترهایی جایگزین شده است که عملیات محاسباتی مشابه را یک میلیون بار سریعتر انجام می­دهند، در حالی­که توان مصرفی­شان یکصدهزار بار کمتر است و قیمت و وزنشان نیز ده هزار بار کاهش یافته است. هر چند سایر فن­آوری­ ها مثل فضانوردی و خودروسازی نیز در این دوره زمانی پیشرفت­هایی داشته ­اند، در اغلب آنها بنیادهای فنی ثابت مانده است و صرفاً توسعه محدودی در امتداد محورهای اصلی صورت گرفته و البته فن­آوری الکترونیک نیز بکار گرفته شده است. در حالیکه به نظر می­رسد توسعه فن­آوری الکترونیک هیچ مرز و محدودیتی غیر از میزان خلاقیت و ایده­ پردازی مهندسین ندارد.

این فن­آوری عمده رشد خود را مدیون نیمه­ هادی سیلیکون و یا به­ طور مشخص­تر سوییچ­های ترانزیستوری CMOS می­باشد. ویژگی مهم این سوییچ­ ها قابلیت کوچک­سازی آنها و امکان پیاده­ سازی نقش­ه ای مختلف از جمله گیت­ های منطقی، حافظه ­ها و مدارات آنالوگ توسط آنهاست.

کوچک­سازی ترانزیستورهای CMOS استراتژی بکار گرفته شده طی سه دهه گذشته، برای افزایش کارایی و کاهش قیمت مدارات مجتمع سیلیکونی بوده است. پیش­بینی گوردن موریکی از بنیان­گذاران شرکت اینتل در سال ۱۹۶۵ مبنی بر اینکه تعداد ترانزیستورهای یک تراشه بصورت نمایی با زمان افزایش می­ یابد و تقریباً هر دو سال دو برابر می­شود، بطور شگفت ­انگیزی تا امروز تحقق یافته است. در واقع این فن­آوری از سد “۰.۱” میکرون که از سال ۱۹۹۴ بعنوان مانعی جدی برای توسعه فن­آوری مدارات مجتمع مطرح بوده است ، عبور کرده و امروزه در حوزه نانوالکترونیک قرار گرفته است.

براساس ارزیابی­ های موجود روند کوچک­سازی ابعاد ترانزیستورها تا محدوده­ ی ۲۰ نانومتری مقدور خواهد بود. اما همینطور که ابعاد بلوک ­های پایه مدارات مجتمع به ابعاد بلوک ­های پایه طبیعت یعنی اتم­ها و مولکول­ها نزدیک­تر می­شوند، توسعه فن­آوری با چالش­های جدیدی مواجه می­شود. برخی از این چالش­ها عبارت از محدودیت تکنیک­های لیتوگرافی ، محدودیت ضخامت اکسید گیت و جریان نشتی آن، اثرآلایش گسسته گسسته شدن ترازهای انرژی و اثرات کانال کوتاه است. براساس پیش­بینی «انجمن بین­ المللی نیمه ­هادی» ISA، که مهمترین مرجع بین­ المللی در زمینه آینده­ نگری فن­آوری در حوزه صنایع نیمه­ هادی می­باشد، نهایتاً این چالش ­ها منجر به توقف کوچک­سازی به روش متداول خواهند شد . بنابراین یکی از مسایل کلیدی دهه آینده این صنعت، پیدا کردن جایگزین یا جایگزین­ های مناسب برای فن­آوری CMOS می­باشد. جایگزین­ هایی که بتوانند رفتار سوییچ و همچنین ذخیره داده­ ها را در ابعاد کمتر از ۱۰ نانومتر از خود نشان دهند.

پله های کولنی در ترانزیستورهای تک الکترونی

پله های کولنی در ترانزیستورهای تک الکترونی

دراین راستا چندین افزاره نانو الکترونیکی برای جایگزین شدن با MOSFET های متداول امروزی کشف شده است.تعدادی ازاین افزاره های نانو الکترونیکی که تاکنون مورد مطالعه قرارگرفته اند بدین شرح هستند:

۱)ترانزیستورهای اثر میدان نانوتیوب کربنی (FET’s)

۲)دیودهای تونل زنی تشدیدی (RTD’s)

۳)ترانزیستورهای تک الکترونی (SET’s)

درمیان این افزاره ها ترانزیستور تک الکترونی(SET) به علت دارابودن ۱- ساختار سه پایانه(سورس،درین وگیت)، ۲- مشخصه های سویچینگ الکتریکی، مشابه باMOSFET  ها بیشتر مورد توجه محققان است. ساختار ومشخصه های الکتریکی مربوط به SET، استفاده از SET ها را به عنوان یک جایگزین مستقیم باMOSFET  ها یا ترکیب با آن ها برای پیاده­سازی نقش­های مختلف مداری از جمله گیت­های منطقی وحافظه­ ها امکان­پذیر می­سازد. دراین فصل ساختار وعملکرد SET به طور دقیق شرح داده خواهد شد، هم چنین برای درک اثرات گسسته شدن سطوح انرژی دراین ترانزیستور، مقدمه­ ای ازمکانیک کوانتوم ارائه می­­شود.

خرید
 راهنمای خرید:
  لینک دانلود فایل بلافاصله بعد از پرداخت وجه به نمایش در خواهد آمد.
  همچنین لینک دانلود به ایمیل شما ارسال خواهد شد به همین دلیل ایمیل خود را به دقت وارد نمایید.
  ممکن است ایمیل ارسالی به پوشه اسپم یا Bulk ایمیل شما ارسال شده باشد.
  در صورتی که به هر دلیلی موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید با ما تماس بگیرید.