توضیحات

جهت دانلود فایل پی دی اف خلاصه کتاب، بر روی لینک زیر کلیک نمایید.

M847_Abstract

پيشگفتار

قانون مور، پیش‌بینی کرد که تعداد ترانزیستور در مدارات مجتمع در هر ۱۸ ماه دو برابر خواهد شد. این قانون معروف توسط یکی از بنیانگذاران اینتل پیش‌بینی شد، قانون گوردون مور و پیش‌بینی او هنوز هم به عنوان راهنما در ساخت ترانزیستورها، امروزه استفاده می‌شود. به منظور برآوردن قانون مور، ترانزیستور باید در مقیاس¬های پایین بررسی شود. با این حال محدودیت به پوسته پوسته شدن ترانزیستور در تکنولوژی سیلیکون در حال حاضر وجود دارد. برای حفظ پوسته پوسته شدن ترانزیستور، دو نوع رویکرد معرفی شده است. اولی جایگزینی مواد جدید به جای مواد سیلیکونی که در حال حاضر استفاده می‌شود و رویکرد دیگر این¬که ترانزیستورهای جدیدی با ساختارهای جدید طراحی شوند، در این¬جا، یک ماده جدید به نام گرافن وگرافن نانوریبون و اثر گرافن نانوریبون (GNR) در ترانزیستور اثر¬میدانی بنام گرافن نانو¬ریبون¬فت (GNRFET) مورد مطالعه قرار گرفته است.
گرافن تک¬لایه، قطعه ورقی از گرافیت است و GNR ورق گرافن تک لایه با عرض به طور معمول در حد چند نانومتر است. گرافن نانوریبون ساختار یک بعدی با شبکه ۶ ضلعی دوبعدی از کربن دارند که بصورت ساختار نردبانی از گرافن است. ساختار آنها و خواص مغناطیسی و الکترونیکی¬آنها به دوصورت تجربی و تئوری مطالعه شده است. به علت ساختار لبه¬ای متفاوت GNR¬ها، گرافن¬های حاضر خواص الکترونیکی را در رنج نیمه¬ هادی¬‌های نرمال تاخواص نیمه ¬فلزی دارا هستند، که همین امکانات و توانایی¬ها آنها را قادر می‌سازد تا در وسایل الکتریکی از آنها استفاده شود.
در این کتاب علاوه بر گرافن نانوریبون¬های تک¬لایه به بررسی گرافن نانوریبون¬های چندلایه، مشخصاً دولایه وسه لایه نیز پرداخته می‌شود.کارآیی GNRFET ¬های چندلایه با مشابه آنها ، یعنی GNRFET¬های تک¬لایه و CNTFET ارزیابی و مقایسه می‌شود. نتایج نشان می¬دهد که با همان ضخامت نازک عایق گیت و ثابت دی¬الکتریک بالا درآن و کاهش اتصالات داخلی وشکاف انرژی، GNRFET¬های چند لایه در مقابل CNTFET از لحاظ جریان بالستیک رفتارهای بهتری را ایفا می¬کنند و نتایج در آن¬ها بهتر است. در حضور OPS ، (پراکندگی فنون-نوری) که دارای MFP ، کوتاه در مشتقات گرافن با ساختارهای نانویی هستند این یک مزیت در GNRFET¬های چندلایه بوده و قابل توجه است. نتایج شبیه¬سازی نشان می¬دهد GNR¬های چندلایه با ساختار بسته¬ای نا¬مناسب غیر AB (ساختارهای متناوب نامنظم) واتصالات بین لایه¬ای ضعیف بهترین حالت وکاندیدا برای عملکرد GNRFET¬ها است.
گرافن نانوریبون¬های دولایه BGN به عنوان مواد امیدوار کننده که دارای خواص الکتریکی و فیزیکی برجسته هستند رنج وسیعی از کاربرد در ساختارهای نانویی ایجاد کردند. در اینجا¬ کاربرد گرافن نانوریبون¬های دولایه دردیود شاتکی بریر در ساختارهای منظم متفاوت مورد بررسی قرار گرفته است. به یک معنی دیگردیود شاتکی بریراز جنس گرافن نانوریبون¬های دولایه از اتصال دو ساختار AB (نیمه هادی) و AA (متال) به¬یکدیگر بدست آمده است. در آخر مدل¬های تجزیه و تحلیل یافته بطور مفصل با محاسبه غلظت حامل‌ها بطور مفصل برای گرافن نانوریبون¬های دولایه در حالت تبهگن و غیرتبهگن معرفی شده است. علاوه براین برای تشخیص کارآیی دیودها مدل¬های غلظت حامل‌ها برای نتیجه¬گیری مشخصهI- V در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی نشان می¬دهد که جریان با افزایش عرض در مشخصه I- V افزایش می¬یابد. مشخصات I-V در این دیودها به ساختار فیزیکی آنها و دما وابسته است و جریان در بایاس مستقیم با افزایش عرض افزایش می¬یابد. علاوه براین در دماهای بالا ولتاژ آستانه هدایت، مقدارش کم است و در ولتاژهای پایین دیود روشن می‌شود. در آخر مقایسه تحقیقات انجام شده نشان می¬دهد که دیود پیشنهادی دارای کارآیی بهتر ازلحاظ خصوصیات الکتریکی چون ولتاژ آستانه و جریان نسبت به دیودهای شاتکی از جنس سیلیکونی، اتصالات هموجانکشن گرافن نانوریبون و دیود شاتکی از جنس گرافن-سیلیکون هستند.
از طرفی نزدیک شدن FET ، به مقیاس نانومتر باعث کوچک شدن ابعاد، قدرت، مصرف پایین، قدرت محاسباتی بسیاربزرگ، تاخیر انرژی کم، چگالی بالا و همچنین سرعت بالا در پردازنده را موجب شده است. GNR¬های سه لایه با حالت‌های منظم ABC)- (ABA خصوصیات الکتریکی متفاوتی را از خود نشان می¬دهند. بر پایه این تئوری TGN ، گرافن نانوریبون¬های سه¬لایه در حضور یک میدان الکتریکی اعمالی و با روشTight-Binding ارائه شده است و اثر ولتاژ اعمالی در انحنای نمودار E-K مورد مطالعه قرار گرفته است. علاوه بر این یک مدل تحلیلی از تعداد و آمار حامل‌ها در حالت ABA، در TGN بصورت مشترک و گروهی با یک راه حل عددی ارائه شده است. مشخصه جریان- ولتاژ،TGNRFET به عنوان یک ساختار یک بعدی بررسی می‌شود. در واقع، مدل ارائه شده به عنوان یک ابزار مفید برای بهینه¬سازی عملکرد دستگاه‌هایی که بر پایه FET هستند استفاده شده است. سه مدل به منظور مطالعه اثر subband¬ها در GNRFET ایجاد می‌شود. مدل¬ها، مدل¬ موبیلیتی، مدل سرعت حامل ¬و مدل جریان است.
شيوه سازماندهي کتاب حاضر به‌ صورت زیر می‌باشد.
فصل اول: نانو نوارهای گرافن
فصل دوم: دیود شاتکی بریر
فصل سوم: ترانزیستورهای اثرمیدانی
فصل چهارم: ترانزیستور اثر میدانی مبتنی بر گرافن نانوریبون
فصل پنجم: بررسی مدل GNRFET در subbandهای مختلف

Preface

Moore’s Law predicted that the number of transistors in integrated circuits would double every 18 months. This famous law was predicted by one of the founders of Intel, Gordon Moore’s law and his prediction is still used as a guide in the manufacture of transistors today. In order to satisfy Moore’s law, the transistor must be checked at low scales. However, there is a limitation to transistor scaling in current silicon technology. To preserve transistor scaling, two types of approaches have been introduced. The first one is the replacement of new materials instead of the currently used silicon materials, and the other approach is to design new transistors with new structures, here, a new material called graphene nanoribbon and the effect of graphene nanoribbon (GNR) in the transistor. The field effect called graphene nano-ribbon FET (GNRFET) has been studied.
Single-layer graphene is a sheet of graphite, and the GNR of a single-layer graphene sheet is usually a few nanometers wide. Graphene nanoribbons have a one-dimensional structure with a two-dimensional hexagonal lattice of carbon, which is a ladder structure of graphene. Their structure and their magnetic and electronic properties have been studied both experimentally and theoretically. Due to the different edge structure of GNRs, the current graphenes have electronic properties in the range of normal semiconductors to semi-metallic properties, which enable them to be used in electrical devices. to be used.
In this book, in addition to single-layer graphene nanoribbons, multi-layer graphene nanoribbons, specifically double-layer and three-layer graphene, are also discussed. The efficiency of multi-layer GNRFETs is evaluated and compared with their counterparts, that is, single-layer GNRFETs and CNTFETs. . The results show that with the same thin thickness of gate insulation and high dielectric constant in it and reducing internal connections and energy gap, multilayer GNRFETs perform better behaviors in terms of ballistic current compared to CNTFETs and the results in It is better. In the presence of OPS, (optical-scattering) that have MFP, short in graphene derivatives with nanostructures, this is an advantage in multilayer GNRFETs and is significant. The simulation results show that multilayer GNRs with inappropriate non-AB closed structures (irregular alternating structures) and weak interlayer connections are the best candidates for GNRFETs.
BGN bilayer graphene nanoribbons as promising materials with outstanding electrical and physical properties have created a wide range of applications in nanostructures. Here, the application of double-layer graphene nanoribbons in Schottky-Brier diodes in different regular structures has been investigated. In another sense, the Schottky diode is made of double-layered graphene nanoribbons by connecting two structures AB (semiconductor) and AA (metal) to each other. Finally, the analyzed models are introduced in detail by calculating the concentration of carriers in detail for double-layer graphene nanoribbons in annealed and non-annealed state. In addition, to diagnose the efficiency of diodes, carrier concentration models have been considered to conclude I-V characteristics. The simulation results show that the current increases with the increase of the width in the I-V characteristic. The I-V characteristics of these diodes depend on their physical structure and temperature, and the current in direct bias increases with increasing width. In addition, at high temperatures, the conduction threshold voltage is low, and at low voltages, the diode turns on. Finally, the comparison of the conducted research shows that the proposed diode has better efficiency in terms of electrical characteristics such as threshold voltage and current compared to Schottky diodes made of silicon, graphene nanoribbon homojunction connections and Schottky diodes made of graphene-silicon.
On the other hand, approaching the FET to the nanometer scale has reduced dimensions, power, low consumption, huge computing power, low energy delay, high density, and high speed in the processor. Three-layered GNRs with regular states ABC (ABA) show different electrical properties. Based on this TGN theory, three-layer graphene nanoribbons are presented in the presence of an applied electric field and by the Tight-Binding method. and the effect of applied voltage on the curvature of the E-K diagram has been studied. In addition, an analytical model of the number and statistics of carriers in the ABA mode, in TGN jointly and as a group with a numerical solution, has been presented. The current-voltage characteristic, TGNRFET is investigated as a one-dimensional structure. In fact, the presented model has been used as a useful tool to optimize the performance of FET-based devices. Three models are created to study the effect of subbands in GNRFET. The models are mobility model, carrier speed model and flow model.
The present book is organized as follows.
First chapter: Graphene nanoribbons
Second chapter: Schottky Brier diode
The third chapter: field effect transistors
Chapter 4: Field effect transistor based on nanoribbon graphene
Chapter 5: Examining the GNRFET model in different subbands