بررسی اثر هندسه گیت در عملکرد ترانزیستورهای اثر میدانی گرافینی

ویژگی¬های الکتریکی و نوری خاص گرافین، ازجمله تحرک پذیری بالای حاملین در دمای اتاق، عدم وجود گاف باندی، قابلیت انعطاف پذیری بالا و وجود ترابرد بالستیک حاملین در دمای اتاق، آن را به یک ماده ایده¬آل برای استفاده در حوزه نانو الکترونیک تبدیل کرده است.تحرکپذیری بسیار بالای حامل¬ها در دمای اتاق و ترابرد بالیستیک، گرافین را جایگزین بالقوه ی سیلیکون به عنوان نیمرسانا در مدارهای مجتمع، مدارهای منطقی و ابزارهای الکترونیکی آینده کرده است که با استفاده از آن می-توان به ترانزیستورهای سریع¬تر و کوچک¬تر با مصرف انرژی کمتر نسبت به ابزارهای بر پایه¬ی سیلیکون دست یافت.اگر چه در ترانزیستورهای گرافینی، تحرکپذیری حاملین بالا است ولی،نبود گاف باندی بهعنوان یک نقص در کاربرد گرافین به عنوان کانال ترانزیستور محسوب می¬شود، زیرا در این حالت جریان حالت خاموشی ( )، بهخاطر تونلزنی داخل باندی افزایش می¬یابدو موجب تخریب عملکرد بهینه¬ی ترانزیستورهای اثر میدانی می¬شود. یکی از روش¬ها برای حل این مشکل، استفاده از گرافین دولایه و ایجاد گاف در آن توسط اعمال میدان الکتریکی و همچنین استفاده از نانو نوار است. ایجاد و کنترل¬پذیر بودن گاف انرژی، گرافین دو لایه را به عنوان ماده¬ی کانالی مناسب در ترانزیستورهای اثر میدانی تبدیل کرده است. استفاده از این مواد باعث کاهش احتمال تونلزنی و افزایش نسبت می¬شود. در این پایان¬نامه یک مدل تحلیلی برای ترانزیستورهای اثر میدانی گرافین دو لایه با گرافین دو لایه به عنوان کانال ترانزیستور، ارائهمی¬شود.در ابتدا تابع پتانسیل در نواحی مختلف کانال با استفاده از معادله پواسون برای دو ناحیه¬ی کاری ولتاژ گیت بالای ولتاژ آستانه و زیر ولتاژ آستانه و همچنین بیشینه سد پتانسیل که در روش شبه کلاسیکی برای تعیین چگالی جریان در داخل کانال ضروری است، محاسبه می¬شود. سپس چگالی جریان حرارتی و تونل زنی، در ساختار ترانزیستورهایی که در آن، طول کانال بزرگ¬تر از طول برخورد است، به ازای پارامتر¬های مختلف، محاسبه گردید.نتایج محاسبات نشان می دهد که جریان و هدایت انتقالی، به ولتاژ گیت، طول گیت، فاصله گیت از سورس و درین و ضخامت لایه¬های ¬دی الکتریک وابسته بوده و هم¬چنین بیشینه مقدار هدایت انتقالی، با تغییرات مقدار متوسط طول برخورد تغییر می¬نماید. همچنین در این ساختار، بسامد قطع در طول¬های مختلف کانال، به ازای ولتاژهای گیت اعمالی را به دست آوردیم که به خاطرتحرک پذیری بالای حاملین ، دارای بزرگی از مرتبه¬ی تراهرتز است.