نانو ترانزیستورهای لوله ای (۳ بعدی 3D) جنبش بسیار بالای اِلکترون در گرافین
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
نکته : به سبب ضخامت بسیار اندک گرافین ، این امکان وجود دارد که طول گیت را در (نانو ترانزیستورهای دو قطبی بالستیک) اثر میدانی مبتنی بر آن بدون برخورد با مشکلات رایج در نانو ترانزیستورهای سه بعدی، بسیار کاهش داد.
در نانو ترانزیستورهای لوله ای ۳ بعدی جنبش بسیار بالای الکترون در گرافین، نوید داشتن فرکانس آستانه و همچنین تحرک پذیری بیشتر در مدار میباشد. مزیت عمده ادوات ترانزیستور دوقطبی دوبعدی بالستیک در معیار پردازش توان-تأخیر بسیار کوچک و مطلوب آنها است که طبق محاسبات به زیر 10fJ میرسد. غیر از گرافین مواد دیگری نیز با ساختار دوبعدی کشف شده اند که از آن جمله میتوان به سیلیسن، ژرمنن نیز اشاره کرد. ایده هایی نیز برای ساخت نانو ترانزیستور لوله ای ۳بعدی اثرمیدانی با استفاده فسفورن و گرافن نیز داده شده است . ولی نانو ترانزیستورهای ۲ بعدی بالستیک اثرمیدانی رایج که تاکنون ساخته شده اند خیلی کند هستند و زمان کلید زنی آنها از مرتبه چند دهم میلی ثانیه است که کاربرد آنها را به فرکانسهای چند کیلوهرتز محدود میکند.غیر از نانو ترانزیستورهای بالستیک دوقطبی و اثر میدانی متداول، ایده های دیگری نیز برای استفاده از گرافین یا سایر مواد دوبعدی در ساخت ترانزیستور وجود دارد. یکی از این ایده ها، نانو ترانزیستور ۳ بعدی اثرمیدانی تونلی است که سرعت مطلوب تا چند گیگاهرتز، توان مصرفی کم و تغییرات بیشتر جریان درین از مزیتهای این ترانزیستور است. همچنین نانو ادوات دیگری با ولتاژ گیت در ناحیه زیرآستانه مانند ترانزیستور دوقطبی بالیستیک، و نیز ادوات نوری هم بر پایه گرافین یا سایر مواد دو بعدی موجود طراحی و ساخته شده است.
ترانزیستورهای نانو لوله ای ۳ بعدی لوله هایی هستنـد که دیواره آن گرافین است. این لوله ها همانطور که در ساختار میتوانند تک دیواره یا چند دیواره باشند. از طرفی بسته به نحوه پیچیدن و آرایش اتمهای کربن در لبه لوله، در سه صورت ( دسته صندلی، زیگراگ و کایرال لوله ای مانند ) یافت میشوند. این سه شکل نانولوله کربنی خصوصیات بسیار متفاوتی دارند. مثلاً ساختار دسته صندلی رفتار هادی فلزی دارد در حالیکه ساختار کایرال نانو لوله ای رفتار یک نیمه هادی دارد و این عملکرد را با تطبیق کوچک انرژی گاف بانانولوله های کربنی ۳بعدی هماهنگ میسازد . ویژگیهای الکتریکی و مکانیکی منحصر به فردی نیز به نانو ترانزیستور لوله ای ۳ بعدی میدهد. مشکل اصلی در به کارگیری نانولوله ها در ساخت نانو ترانزیستور های ۲ بعدی بالستیک عمدتاً در آن است که باید به صورت خوابیده روی سطح استفاده شوند تا بتوان به آنها پیوند زد و اتصال فلزی برای حصول رفتار ترانزیستوری برقرار کرد. این در حالی است که نانو لوله های عمودی در تکثیر نانو ترانزیستور های ۲ بعدی بالستیک بیشتر رشد میکنند. چنانچه فرض شود نانولوله های نیمه هادی و فلزی به دقت دلخواه قابل رشد و جهت دهی روی سطح هستند، امکان فشرده سازی و افزایش سرعت هرچه بیشتر الکترونیک مجتمع را فراهم خواهند کرد.
نتیجه گیری :
به سبب ضخامت بسیار اندک گرافین ، این امکان وجود دارد که طول گیت را در (نانو ترانزیستورهای دو قطبی بالستیک) اثر میدانی مبتنی بر آن بدون برخورد با مشکلات رایج در نانو ترانزیستورهای سه بعدی، بسیار کاهش داد.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک