ارائه یک مدل تحلیلی دو بعدی برای ترانزیستورهای تونلی دو گیتی

با مشخص شدن مزایای ترانزیستورهای تونلی برای استفاده در کاربردهای توان پایین، نیاز به یک مدل تحلیلی برای توصیف مشخصه های آنها همانند جریان، شیب زیرآستانه و خازن نیز بیشتر می شود. وجود یک مدل تحلیلی علاوه بر ایجاد دید فیزیکی لازم برای درک عملکرد ترانزیستور، برای استفاده درمدل¬های مداری نیز بسیار ضروری است. ما در این پایان نامه به ارائه یک مدل تحلیلی دو بعدی برای ترانزیستورهای تونلی دوگیتی پرداختیم. به منظور ارائه یک رابطه تحلیلی برای جریان از مدل kane به عنوان مبنای محاسبات استفاده شده است. برای بدست آوردن مشخصه¬های مختلف ترانزیستور ابتدا به حل معادله دو بعدی پواسن در داخل کانال با در نظر گرفتن حامل های آزاد پرداختیم. با داشتن توزیع پتانسیل، میدان الکتریکی را روی ناحیه تونل زنی بدست آوردیم. برای محاسبه میزان تولید تونل زنی لازم است که میدان الکتریکی را در مدل kane قرار دهیم. به همین منظور ابتدا اثر هارمونیک های بالاتر میدان الکتریکی را در هارمونیک اول با استفاده از بسط سری تیلور وارد کردیم. سپس با جایگذاری میدان الکتریکی در رابطه kane میزان تولید تونل زنی حامل ها را بدست آوردیم و در نهایت با محاسبه انتگرال میزان تولید تونل زنی روی کانال، جریان را به صورت تحلیلی بدست آوردیم. از روی مشخصه انتقالی ترانزیستور شیب زیر آستانه قابل محاسبه است و با توجه به اینکه شیب زیر آستانه در ترانزیستورهای تونلی تابع ولتاژ گیت است، شیب زیر آستانه را به صورت نقطه ای و میانگین بدست آوردیم. دیگر پارامتر مهمی که برای بررسی عملکرد یک ترانزیستور مهم است خازن های آن است. ما نیز از روی توزیع پتانسیل در کانال و ناحیه تخلیه سورس، مقدار بار روی هر کدام از الکترودهای گیت، درین و سورس را بدست آوردیم. با محاسبه تغییرات بار روی هر الکترود نسبت به تغییر ولتاژ الکترودهای مختلف، خازن¬های ترانزیستور را به صورت تحلیلی بدست آوردیم که این برای اولین بار است که روابطی برای توصیف خازن های ترانزیستورهای تونلی ارائه می¬شود. با مقایسه روابط تحلیلی بدست آمده برای مشخصه های جریان، شیب زیر آستانه، خازن و همچنین توزیع پتانسیل و میزان تولید تونل زنی با نتایج شبیه سازی، به خوبی دیده می شود که مدل تحلیلی ارائه شده دقت مناسبی در توصیف مشخصه های ترانزیستور دارد.