نانو ترانزیستورهای مبتنی بر گرافنFET (بر پایه دکترای نانو _ میکرو الکترونیک) (دکترای آموزشی _ پژوهشی)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
نکته: نانو ماده گرافن که ماده ای با ساختار لانه زنبوری و ضخامتی به اندازه یک لایه کربن میباشد به دلیل داشتن خصوصیاتی از قبیل تحرک بالای الکترونها و حفره ها و پایداری گرمایی و مکانیکی ،مورد استفاده در صنعت نانو الکترونیک و ساخت نانو ترانزیستور های گرافنی FET قرار گرفت.
اگرچه گرافن یک ماده نیمه رسانا با گپ صفر و غیر مناسب برای مدارهای منطقی میباشد اما با استفاده از فناوری نانو الکترونیک اشکال مختلف از این ماده را برای تولید نانو ترانزیستور های گرافنیFET ایجاد میکنند که دارای گپ متفاوت (eV 2.1-0) میباشند . نانو نوارهای گرافنی، گرافن های چند لایه و گرافن رشد داده شده بر روی SiC برای تکثیر نانو ترانزیستور های گرافنیFET از قبیل این اشکال میباشند که باعث تأثیر شگرفی بر صنعت طراحی ادوات جدید نانو الکترونیکی شده اند .از نانو لایه های گرافنی بیشتر یک ترانزیستور اثر میدانی تونلی گرافنی FET را که در نواحی درین و سورس آن از گرافن بدون شکاف باند انرژی و در قسمت کاتالیز آن از گرافن با شکاف باند محدود (eV2/1) استفاده شده است . این ساختار خصوصیات الکترونیکی بهتری نسبت به دو ساختار دیگر که در آنها در هر سه ناحیه کانال سورس و درین به ترتیب در ساختار اول از گرافن بدون شکاف باند انرژی و در ساختار دوم گرافن با شکاف باند انرژی استفاده شده وجود دارد.
در ساختار پیشنهادی نرخ به میزان مناسب که یک نانو ترانزیستور گرافنیFET به مقدار مناسب برای ساختارهای دیجیتال می باشد می رسد و همچنین خصوصیات خروجی نیز یک حالت بسیار مناسب اشباع از خود نشان می دهد. پارامترهای اساسی مانند غلظت دوپینگ، ولتاژ درین، ضخامت دی الکتریک و تفاوت میان توابع کار الکترود گیت و گرافن در سه ساختار وجود دارد. که بالا بردن میزان دوپینگ تاثیر بر روی جریان on دارد و باعث افزایش آن می شود که باعث افزایش نرخ دوپینگ نانو ترانزیستورهای گرافنی FET می شود که این ساختارها را برای استفاده در ادوات توان پایین بسیار مناسب می باشد. مقایسه پارامترهای آنالوگ مانند ضریب رسانایی (gm)رسانایی خروجی(gd) و گین نشان می دهد که ساختار پیشنهادی برای تکثیر نانو ترانزیستورهای گرافنیFET یک مقدار بالاتری در gm نسبت به دو ساختار دیگر وجود دارد و با وجود اینکه ساختار با گرافن با باند شکاف انرژی به دلیل مقدار کم gd ،گین بالاتری از خود نشان می دهد ولی به دلیل gm پایین ، گرافن را گزینه مناسب تری برای کابردهای آنالوگ از جمله تکثیر نانو ترانزیستور های گرافنی FET معرفی می کند.
عبارت ترانزیستور از ترکیب دو واژه انتقال و مقاومت به وجود میآید. در یک نانو ترانزیستور گرافنی FET مقاومت بین دو الکترود میتواند توسط یک الکترود سوم منتقل و یا کنترل شود.اتصال سورس و اتصال درین از طریق یک نیمه هادی صورت (نانو لایه گرافنی ) میگیرد. نانو الکترود گیت از نیمه هادی به وسیله عایقبندی الکتریکی لایه دی الکتریک گیت جدا میشود . بنابراین ، نانو الکترود گیت به صورت لایه گرافنی به نیمه هادی متصل میشود و پتانسیل الکترواستاتیک رابط نیمه هادی/عایق را کنترل میکند.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )