۲۱۱۱۵پ
per
مدل‌سازی و شبیه سازی ترانزیستور تک الکترون مبتنی بر نقطه کوانتومی سیلیکونی در بسترSOI
Modeling and simulation of a Single Electron Transistor (SET) based on Silicon-on-Insulator quantum dot
/اسماعیل بهزادی
: فناوری های نوین
، ۱۳۹۷
، افشاری
۴۹ص
چاپی
کارشناسی ارشد
مهندسی نانو فناوری-نانو فوتونیک
۱۳۹۷/۱۱/۰۸
تبریز
علم الکترونیک در زمینه ساخت ادوات نیمه هادی تحت عنوان ULSI برای ساخت ترانزیستورها به مشکلاتی اعم از بالا بودن توان مصرفی، پدیده های مکانیک کوانتوم که باعث بروز رفتارهای نامطلوب در سیستم می‌شود .از این رو یکی از راه‌حل‌های برون رفت از این معضل استفاده بهینه از پدیده‌هایی همچون تونل زنی الکترون و انسداد کولونی در عملکرد ساختارهایی همچون ترانزیستورهای تک الکترون است.این ترانزیستور ها توانایی کنترل بار در مقیاس یک الکترون را دارا می‌باشند و توان مصرفی بسیار پایین آن‌ها از عواملی است که باعث شده علاقه‌ای روز افزون به این ادوات پدید آید .در این پایان‌نامه ابتدا سعی شد با مطالعه اثرات مکانیک کوانتوم بر ساختار ترانزیستوهای تک الکترون ماهیت کار این قطعات شناسایی شود .سپس با بررسی تحقیقات صورت پذیرفته در این زمینه امکان سنجی و کارآمدی عملکرد سیستم در شرایط مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت .با توجه به ویژگی‌های ساختاری نقاط کوانتومی و هدف طراحی سیستمی که در دمای اتاق قابلیت نشان دادن ویژگی‌های ترانزیستور تک الکترونی باشد، ساختاری در ابعاد نقطه کوانتومی با قطر ۶ نانومتر پیشنهاد گردید .فاصله الکترودهای درین، سورس و گیت از نقطه کوانتومی مشخص شد و پس از اعمال آلایش مناسب ارزیابی عملکرد سیستم مورد ارزیابی قرار گرفت .پس از پیدا کردن نقاطی از بایاس درین سورس که احتمال مشاهده تونل زنی را افزایش می‌دادند و قابلیت تامین انرژی لازم برای تونل زنی یک الکترون در تراز مناسب را داشته باشد، بررسی در ولتاژ مشخص شده روی تاثیر ولتاژ بایاس گیت بر عملکرد ترانزیستور مورد ارزیابی قرار گرفت و مشاهده شد که ساختار به خوبی اثر پدیده انسداد کولونی را در جریان تونل زنی نشان می‌دهد .سپس ترازهای انرژی در دو حالت قطع و وصل جریان بررسی شد که طبق انتظار، توابع موج الکترون در حالتی که جریان تونل زنی برقرار بود به خوبی در کل ساختار نفوذ. رده بودند در صورتی که در حالت قطع بودن جریان، این توابع حداقل در یکی از ناحیه‌های مسیر جریان، بدون مقدار بودند .نتایج شبیه سازی کاملا با اصول پیش‌بینی کننده مکانیک کوانتوم همخوانی داشت و حداکثر جریان تونلی در ساختار مقدار ۵/۳ نانوآپر بدست آمد .همچنین حساسیت ساختار ترازهای نقطه کوانتومی به ولتاژ اعمال شده به گیت به گونه ای بود که عرض ناحیه سوییپ شده برای مشاهده پدیده انسداد کولونی و تونل زنی الکترون، بازه ای به اندازه ۱/۰ ولت بوده است
Electronic science involves the field of manufacturing semiconductor devices using the ULSI techtonogy for construction of transistors to problems such as high power consumption, phenomena of quantum mechanics. which cause undesirable behaviors in the system, and so on. Hence, one of the solutions to these problems is the optimal use of phenomena such as electron tunneling and coulomb obstruction in the performance of structures such as single-electron transistors. These transistors have the ability to control the current on a single-electron scale and have very low power consumption. It is one of the factors that has created an increasing interest in these devices. In this thesis, we have first tried to identify the nature of the work by studying the effects of quantum mechanics on the structure of single-electron transistors. Then, by examining the research done in this field, the feasibility and performance of the system function were evaluated in different conditions. Considering the structural properties of quantum dots and the goal of designing a system that can show the characteristics of a single-electron transistor at room temperature, a structure with diameter of 6nm as a quantum dot is proposed. The distance between the electrons of the drowning, the source and the gate was determined from the quantum dot and, after applying the doping, was evaluated for evaluating the performance of the system. After finding points in the source that increased the probability of tunneling and the ability to supply energy for the tunneling of an electron at a proper level, the verification at the voltage specified on the effect of the bias gate voltage on the performance of the transistor was evaluated. It was observed that the structure clearly shows the effect of coulombic obstruction in the tunneling process. Then, energy levels were checked in two modes of disconnection of the current, which as expected, would have excited the electron wave functions in the manner in which the tunneling current was intact in the entire structure. In the case of the current disconnected mode, these functions are at least one of the areas with no current flow. The simulation results were completely in agreement with the predictive principles of quantum mechanics and the maximum tunnel flow in the structure was 3.5 nA. The sensitivity of the quantum dot to the voltage applied to the gate was also such that the width of the swiped area to observe the phenomenon of coulomb blockade and electron tunneling was an interval of 0.1 volts
Modeling and simulation of a Single Electron Transistor (SET) based on Silicon-on-Insulator quantum dot
بهزادی، اسماعیل
Behzadi, Esmail
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
