nghiên cứu cấu trúc và mô phỏng quá trình vận chuyển của set (transistor đơn điện tử)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ MƠ PHỎNG Q TRÌNH VẬN CHUYỂN CỦA SET (TRANSISTOR ĐƠN ĐIỆN TỬ) S K C 0 9 MÃ SỐ: T39 - 2008 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH  ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ MƠ PHỎNG Q TRÌNH VẬN CHUYỂN CỦA SET(TRANSISTOR ĐƠN ĐIỆN TỬ) MÃ SỐ: T39 – 2008 THUỘC NHĨM NGÀNH: KHOA HỌC KỸ THUẬT NGƯỜI CHỦ TRÌ: LÊ HỒNG MINH ĐƠN VỊ: KHOA ĐIỆN -ĐIỆN TỬ TP HỒ CHÍ MINH – 12/2008 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 B NỘI DUNG Ths LÊ HOÀNG MINH Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 I MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cấu trúc SET - Mô trình vận chuyển SET II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp tham khảo tài liệu - Xây dựng mô hình - Tính toán mô III NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tổng quan SET - Mô trình vận chuyển SET - Viết tài liệu học tập - Viết báo cáo kết đề tài Ths LÊ HOÀNG MINH Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRANSISTOR ĐƠN ĐIỆN TỬ SET Ths LÊ HOÀNG MINH Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 1.1 Các khái niệm transistor đơn điện tử Các khái niệm lý thuyết transistor đơn điện tử gọi thuyết dao động Coulomb 1.1.1 Mô hình thông số hoá SET Cấu trúc transistor đơn điện tử gồm chấm lượng tử bao quanh ba điện cực: cực nguồn, cực máng cực cổng Cực nguồn máng ghép với chấm tiếp xúc đường hầm nên điện tử từ cực xuyên hầm vào chấm Cực cổng ghép với chấm lớp ôxit cách điện cản không cho điện tử từ cực vào chấm Khi thiên áp cực thay đổi gây biến đổi điện hoá chấm dẫn đến số điện tử chấm thay đổi theo Hình1.1.1 mô tả cấu trúc SET với thông số quan trọng D Drain V S Source QD CD CS CG Gate VG Hình 1.1.1: Sơ đồ cấu trúc thông số SET Thế điện hoá  N chấm có N điện tử tính hiệu lượng tổng U(N) chấm có N điện tử lượng tổng U(N-1) chấm có (N-1) điện tử không phụ thuộc vào cực Sau bổ sung thêm ảnh hưởng điện cực vào lượng tổng với cực nguồn nối đất (VS = 0) Lúc mức  N thay đổi theo biểu thức sau:  N  U ( N )  U ( N  1)  EN N  e   CT  eVdot (1.1.1) Thành phần bổ sung vào chấm eVdot cho thấy ảnh hưởng tụ ghép điện cực với chấm lên điện hoá Trong Vdot hàm theo cổng máng phương trình sau: Vdot  CT C V i i G , D, S  CD C V  G VG CT CT (1.1.2) Với: CT = CG + CD + CS Để đơn giản ta giả sử Vdot lượng nạp ( EC  E ) không phụ thuộc vào số điện tử chấm Ths LÊ HOÀNG MINH Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 Biểu đồ lượng SET vẽ lại hình 1.1.2 Trong  mở rộng bên mức lượng gây tác nhân môi trường hình thành mức kích thích Điện tử tồn trạng thái kích thích có khả gây xuyên hầm thời gian tồn của điện tử trạng thái kích thích lớn thời gian xuyên hầm D S S D Drain electrode Source electrode Hình 1.1.2: Biểu đồ lượng SET chế độ chấm lượng tử Kết hợp phương trình (1.1.1) (1.1.2) tính độ biến thiên điện hóa  N theo V VG : C  C  N  e D V  G VG  CT   CT (1.1.3) Từ phương trình (1.1.3) cho thấy ảnh hưởng thiên áp cực điều khiển tỉ lệ với tỉ số điện dung cực tương ứng điện dung tổng Như đề cập phần trên, chấm chứa N điện tử với điện hoá  N điện tử thứ N nằm phía mức Fermi cực máng nguồn D , S Xét trường hợp  N 1 nằm phía D , S , trạng thái lượng thứ (N+1) chấm không bò chiếm gọi trạng thái trống Kết dòng qua chấm lượng tử Nói cách khác dòng bò khoá lượng nạp ( EC  E ) lớn hiệu  N  N 1 Trường hợp  N 1 nằm phía D , S điện tử sau xuyên hầm vào chấm bò giam giữ lại chấm Do trường hợp dòng qua chấm Trường hợp  N 1 nằm khoảng  S  D , lúc trạng thái tích điện chấm dao động N (N+1) Quá trình xuyên hầm điện tử xảy liên tiếp có dòng qua linh kiện Do điện tử vào chấm chiếm trạng thái trống với mức lượng gián đoạn sau xuyên hầm khỏi chấm Ths LÊ HOÀNG MINH Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 1.1.2 Điều kiện hoạt động chế độ chấm lượng tử Hoạt động truyền tải điện tử quan sát lượng nạp EC  E lớn nhiều so với lượng nhiệt kBT tránh xuyên hầm thăng giáng nhiệt Trong lượng bổ sung điện tích EC  E phụ thuộc nhiều vào hình dạng kích thước chấm lượng tử Nếu E  kBT chấm gọi “chấm cổ điển” E  kBT chấm gọi “Chấm lượng tử Trong chấm cổ điển, phổ lượng liên tục độ dẫn biểu diễn tốc độ xuyên hầm trung bình mức lượng Ngược lại chấm lượng tử phổ lượng gián đoạn tốc độ xuyên hầm cho trạng thái xác đònh 1.1.3 Tốc độ xuyên hầm điện tử Trong linh kiện transistor đơn điện tử, rào đường hầm tách chấm lượng tử thông qua hai cực nguồn máng Do chế độ chấm lượng tử tốc độ xuyên hầm chấm hai cực biểu diễn  S ,  D Theo thuyết thống đề cập phần trên, tốc độ xuyên hầm qua rào thay đổi ứng với mức lượng tử chấm, xác đònh số điện tử xuyên hầm đơn vò thời gian Do đơn vò tốc độ xuyên hầm Hezt (Hz) Nếu S  D (hay D  S ), kết xuất dòng điện tử e  D chảy qua linh kiện Nói cách khác linh kiện trạng thái mở Theo thực nghiệm, thông lượng dòng qua mức lượng chấm lượng tử thường nhỏ nA với tốc độ xuyên hầm cỡ GHz Tốc độ xuyên hầm phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ bề rộng rào (hay điện trở tiếp xúc) 1.2 Chấm lượng tử mức (Single-level quantum dot) Khi kích thước đảo giảm tới thang nanômét, lượng cần bổ sung vào đảo lớn thăng giáng nhiệt lúc đảo hoạt động chế độ chấm lượng tử Bên chấm điện tử chiếm trạng thái ứng với mức lượng gián đoạn Khi thiên áp cho cực nguồn máng làm thay đổi mức Fermi hai cực kết điện tử xuyên hầm vào chấm Đồng thời để điện tử di chuyển khỏi chấm điện hoá ứng với trạng thái trống chấm lớn mức Fermi hai cực Tóm lại để điện tử truyền qua linh kiện điện hoá trạng thái trống phải nằm cửa sổ mức Fermi hai cực Thực tế cửa sổ mức Fermi hai cực có nhiều trạng thái trống xảy trình xuyên hầm liên tiếp nhiều điện tử “cotuneling” lúc Việc giải toán chấm lượng tử nhiều mức (nhiều trạng thái trống cửa sổ mức Fermi) gây nhiều khó khăn khối lượng phép tính nhiều liên quan đến tốc độ xuyên hầm, xác suất chấm trạng thái, xác suất mà điện tử hai cực có lượng với mức lượng trạng thái trống chấm “hàm phân bố Fermi”,… Ths LÊ HOÀNG MINH Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 1.2.1 Quan sát dao động Coulomb Như lượng tổng cộng chấm chia thành ba phần: lượng tích điện EC, lượng nhiệt kBT lượng kích thích lượng tử E Quan sát thuộc tính truyền tải điện tử dựa giả thuyết E  kBT EC  kBT , lúc vùng dẫn hoạt động chế độ chấm lượng tử Trong chấm lượng tử mức có hai trạng thái tích điện ứng với số điện tử N (N+1) trạng thái (ground state) Giả sử điện hoá trạng thái điện tử (N+1) V = VG = E0, lúc  N 1 viết lại sau: N 1  E0  e Vdot (1.2.1) Trong hình 1.2.1, biểu diễn sơ đồ lượng chấm lượng tử với E V ~ 0V ( D ~ S ) Khi VG = 0V (trường hợp A),  N 1 nằm mức Fermi hai cực nguồn máng ( N 1  S ~ D ) Do chấm lượng tử trạng thái điện tử thứ N dòng chảy qua Khi e VG  E0 (CT / CG ) (trường hợp C), dòng bò khoá trạng thái điện tử thứ (N+1) bò chiếm giữ,  N 1 nằm mức Fermi hai cực nguồn máng  N 1   D ~  S Khi e VG ~ E0 (CT / CG ) (trường hợp B), D   N 1  S điện tử di chuyển từ cực nguồn vào chấm cực máng Trong trường hợp có dòng chảy qua chấm lượng tử Thế ngắt VC cho phép dòng chảy qua linh kiện với thiên áp nhỏ xác đònh sau: VC  E0 CT e CG (1.2.2) S S Hình 1.2.1: Biểu đồ lượng chấm lượng tử mức Quan sát dòng qua linh kiện với thiên áp nhỏ  V  kBT , ta đo độ dẫn linh kiện theo cổng VG Đường cong biểu diễn độ dẫn trường hợp thiên áp thấp hình 1.2.2 Cho thấy độ dẫn linh kiện zero VG > VC VG < VC, đỉnh độ dẫn ứng với VG = VC Độ cao đỉnh hình dạng đường cong xác đònh cách giải phương trình tốc độ sau Ths LÊ HOÀNG MINH Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 Hình 1.2.2: Dao động Coulomb Như đề cập phần trước đỉnh đường cong biểu diễn dòng theo cổng hình 1.2.2 gọi dao động Coulomb Khi V G = VC, hai trạng thái tích điện N (N+1) chấm lượng tử có mức lượng giống kết điện tử di chuyển vào hay chấm 1.2.2 Chấm lượng tử với nhiều trạng thái tích điện: hình thoi Coulomb Ở phần xét chấm lượng tử có hai trạng thái tích điện (N N+1) Trên thực tế nhiều chấm lượng tử bò chiếm giữ nhiều điện tử, dao động Coulomb biểu diễn thăng giáng điện tích khác Trong phần xét hoạt động khoá Coulomb cho trạng thái tích điện khác chấm Quá trình truyền tải điện tử qua trạng thái tích điện khác chấm lượng tử tính toán phương trình tốc độ Không giống trường hợp chấm có hai trạng thái tích điện, có nhiều hai trạng thái tích điện Do ta phải áp dụng giải phương trình tốc độ cho n trạng thái tích điện chấm lượng tử tương ứng với xác suất chiếm giữ trạng thái P 0, P1, …, Pn Đồng thời n số điện tử tối đa bổ sung vào chấm Nếu n lớn dẫn đến khối lượng tính toán phương trình tốc độ nặng Do phần ta tiến hành giải toán với ba trạng thái tích điện chấm Dựa vào mối liên hệ điện hoá chấm mức Fermi hai cực cho ba trạng thái tích điện hình 1.2.3(a) Đồng thời ứng với đỉnh dao động Coulomb thăng giáng điện tích chấm điểm giao hai đường thẳng ngang với mức Fermi cực nguồn máng Ths LÊ HOÀNG MINH Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 3.1 Mô hình linh kiện SET ứng dụng cho mô 3.1.1Mô hình tính dòng qua SET với chấm lượng tử mức Sơ đồ cấu trúc biểu đồ lượng linh kiện SET biểu diễn hình 3.1.1 VGS Gate CG Source Drain Island CS, RS CD, RD VDS (a) N 2 D D  N 1 N S D N 2  N 1 S  N 1  S , D D N S S S D N 2 D  N 1 µS > µN+1 > µD S N  N 1  S , D (b) Hình 3.1.1: a Sơ đồ cấu trúc SET b Biểu đồ lượng SET với chấm lượng tử mức Khi kích thước chấm lượng tử đạt đến chiều dài bước sóng de Broglie hoạt động truyền tải điện tử bên linh kiện chòu chi phối hai hiệu ứng: lượng tử hoá lượng xuyên hầm lượng tử Để điều khiển dòng điện tử qua linh kiện cách thiên áp cho cực nguồn, máng cổng Nếu điện tử chấm chiếm trạng thái có mức lượng cao mức lượng điện tử hai cực (nguồn, máng), điện tử xuyên rào khỏi chấm Ngược lại mức lượng điện tử hai cực nguồn máng cao mức lượng trạng thái trống bên chấm điện tử xuyên rào vào chấm Phần mô truyền tải điện tử dựa sở so sánh mức Fermi  D , S hai cực với điện hóa  N 1 lượng cần để điện tử (N+1) xuyên rào vào chấm có N điện tử Bên cạnh thông lượng dòng phụ thuộc vào tốc độ xuyên hầm D , S điện tử qua hai rào biểu diễn phương trình trạng thái (2.2.3) (2.2.4) tính xác suất chiếm giữ trạng thái chấm theo thời gian Ths LÊ HOÀNG MINH 23 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 Xét trường hợp chấm có N điện tử cực nguồn nối đất (VS = 0V), từ phương trình (2.2.1) ta thu điện hóa lượng tối thiểu bổ sung điện tử (N+1) vào chấm:  N 1  E0  e Với E0  EN 1  CGVG  CDVD CT (3.1.1) ( N  / 2)e2 CT Để đơn giản ta giả sử chấm lượng tử dạng khối lập phương cạnh L, điện tử có khối lượng hiệu dụng  bò giam giữ hộp ba chiều Giải phương trình Schrơdinger thu biểu thức tính mức lượng [12] toán điện tử bò giam giữ hộp ba chiều  2 E N  ( N x2  N y2  N z2 )  N EI (3.1.2) 2L Theo biểu thức cho thấy trạng thái dừng điện tử bên hộp ba chiều xác đònh ba số lượng tử (Nx, Ny, Nz) Trong lượng ứng với trạng thái phụ thuộc vào tổng bình phương số lượng tử Nói cách khác mức lïng EN bò suy biến (trừ mức N = 1) Số trạng thái khác ứng với mức lượng gọi bậc suy biến mức Hàm phân bố Fermi xác suất điện tử cực nguồn máng có mức Fermi ngang với mức điện hoá  N 1 1 fD    eV ; fS   N 1 N 1 D 1 e k T  e k BT Biểu thức tính tốc độ xuyên hầm [13] qua tiếp xúc đường hầm kèm theo biến đổi số điện tử chấm lượng tử từ N đến (N+1) viết lại sau : B  D , S ( N , N  1)  W ( N , N  1) 1 e W ( N , N 1) k BT (3.1.3) W ( N , N  1) : thay đổi lượng chấm lượng tử kèm theo xuyên hầm RT: trở kháng tiếp xúc đường hầm kB: số Boltzmann Từ phương trình (2.2.3) (2.2.7) ta thiết lập ma trận xá c suất P tính xác suất P0, P1 chiếm giữ trạng thái xác đònh (0,1) chấm lượng tử: A * P  B  P  A1 * B Trong P  P     P1  Ths LÊ HOÀNG MINH 1 B     0 24 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường  A    S f S  D f D T39 – 2008    S (1  f S )  D (1  f D ) Biểu thức tính dòng qua SET cho biểu thức sau: I  e  P0  D f D  P1 D (1  f D ) (3.1.4) Trong cổng cho phép dòng chảy qua linh kiện với thiên áp nhỏ xác đònh sau: E C VC  T e CG 3.2Mô đặc trưng linh kiện SET phần mềm MATLAB 3.2.1Lưu đồ thuật toán tính dòng qua SET Lưu đồ thuật toán tính thông lượng dòng qua chấm lượng tử trình bày hình 3.2.1 Ths LÊ HOÀNG MINH 25 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 Start Nhập giá trò thông số Cs , Cd , C g , Rs , Rd , L, T , n, Chấm lượng tử mức Tính điện hoá  N 1 Tính hàm phân bố Fermi fD , fS Ma trận xác suất tính P0, P1, , Phương trình dòng qua SET Vẽ đặc trưng dòng I - V End Hình 3.2.1: Lưu đồ thuật toán tính dòng qua SET Ths LÊ HOÀNG MINH 26 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 Trong phần mô sử dụng mô hình SET thông số hoá đại lượng đặc trưng như: điện dung (Cg, Cd, Cs) trở kháng tiếp xúc đường hầm(Rd, Rs) hình 3.1.1 Giả sử đại lượng không bò ảnh hưởng tác nhân môi trường như: nhiệt độ, thiên áp Nhập kích thước chấm lượng tử L tính mức lượng EN+1 thay vào phương trình tính giá trò điện hóa N+1 hàm phân bố Fermi fD, fS Sau đưa vào ma trận xác suất để tính xác suất chấm lượng tử trạng thái xác đònh (P0, P1, P2,…, Pn) Cuối thay vào phương trình (3.1.4) (3.1.5) tính dòng qua chấm lượng tử cho hai trường hợp chấm mức hai mức Trong phần mô giả sử chấm lượng tử dạng khối lập phương chiều dài L, khối lượng hiệu dụng điện tử  = m0 số điện tử chấm N = 3.2.2Quan sát dao động Coulomb chấm lượng tử mức  Quan sát dao động Coulomb Từ phương trình (3.1.4) tính dòng qua chấm lượng tử mức vẽ đặc trưng I-Vg cho trường hợp chấm có hai trạng thái tích điện (N = 1) Trong hình 3.2.2 hai thành phần: giá trò thông số đồ thò biểu diễn dòng qua chấm lượng tử theo cổng Đồ thò đỉnh dòng thung lũng dòng Trong thung lũng dòng ứng với số điện tử xác đònh chấm (0 1) Tại đỉnh dòng chấm dao động hai trạng thái tích điện (0, 1) Đỉnh dòng gọi dao động Coulomb Hình 3.2.2: Dao động Coulomb Ths LÊ HOÀNG MINH 27 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 Để quan sát ảnh hưởng đại lượng lên dao động Coulomb cần thay đổi giá trò đại lượng tương ứng khung (hình 3.2.2) Sau nhấn PLOT để hiển thò lại đường đặc trưng I - Vg Ths LÊ HOÀNG MINH 28 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường (a) T39 – 2008 (c) (b) Ths LÊ HOÀNG MINH 29 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 (d) (e) Hình 3.2.3: Dao động Coulomb cho trường hợp thay đổi giá trò đại lượng: (a) Điện dung Cs = 3, 2,1 (aF) (b) Điện trở tiếp xúc Rs: Rd = 10:1, 10:10, 20:20 (M) (c) Nhiệt độ T = 5, 10, 20 (K) (d) Thế thiên áp Vd = 3, 2, 1(mV) (e) Kích thước chấm lượng tử L = 40, 20, 10 (nm) Ths LÊ HOÀNG MINH 30 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008  Quan sát đặc trưng I - Vd (Bậc thang Coulomb) Vẽ đặc trưng I – Vd – Vg với giá trò thông số hình 4.2.4(a) đường đặc trưng I – Vd ứng với giá trò Vg khác hình 4.2.4(b) Mỗi đường cong vùng không dẫn linh kiện ứng với khoảng thiên áp xác đònh, vùng linh kiện dẫn với biên độ cực đại Vùng không dẫn thiên áp thấp kết lượng nạp gọi khoá Coulomb Độ rộng khoá Coulomb phụ thuộc vào thay đổi cổng Vg zêro Vg = Vc Trong hình 3.2.4(c) vẽ đặc trưng dI/dVd – Vd với giá trò Vg hình 3.2.4(b) Mỗi đường cong đỉnh gần bước nhảy dòng ứng với đường cong I – Vd Quan sát đặc trưng I – Vd – Vg hình 3.2.4(a) hai đường thẳng biên vùng dẫn ứng với bước dòng hình 3.2.4(b) Các đường đánh dấu kiện điện hóa  N 1 ngang với mức Fermi máng (hệ số góc dương) ngang với mức Fermi nguồn (hệ số góc âm) Từ ta đo giá trò  N 1 cách thay đổi giá trò thiên áp Vd Vg Dựa vào điều kiện mức chấm lượng tử ngang với mức Fermi hai cực ta đưa mối liên hệ giá trò điện dung linh kiện cách đo hệ số góc hai đường thẳng Ths LÊ HOÀNG MINH 31 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 (a) (b) Ths LÊ HOÀNG MINH 32 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 (c) Hình 3.2.4: (a) Đặc trưng I – Vd – Vg (b) Đặc trưng I – Vd cho trường hợp Vg = 0, 20, 40, 60, 80 (mV) (c) Đặc trưng dI/dVd – Vd đỉnh ứng với bậc dòng (b) 3.3Nhận xét Mô dựa MATLAB giới thiệu phần cho phép quan sát đặc trưng dòng cho số trường hợp SET với chấm lượng tử mức chấm lượng tử hai mức Đối với chấm lượng tử nhiều mức vấn đề đặt cần xây dựng ma trận xác suất tương ứng với số mức liệt kê phần Mô đưa nhìn trực quan ảnh hưởng thông số lên đặc trưng dòng Trong phần mô đặc trưng dòng mô hình phân tích SET cho chấm lượng tử mức xác dải máng nguồn nhiệt độ thấp Để quan sát dao động Coulomb dải nhiệt độ rộng máng nguồn lớn cần tăng lượng bổ sung điện tích (EC+E) cách giảm kích thước chấm lượng tử Ths LÊ HOÀNG MINH 33 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 C PHẦN KẾT LUẬN Ths LÊ HOÀNG MINH 34 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 I TÓM TẮT CÔNG TRÌNH Qua thời gian tập trung thực đề tài, người nghiên cứu thực công việc sau:  Nghiên cứu cấu trúc SET  Xây dựng phần mềm mơ đặc trưng I_V linh kiện SET II TỰ NHẬN XÉT Do giới hạn thời gian điều kiện thực đề tài, nên chắn kết đề tài không tránh khỏi hạn chế đònh Song với mà người nghiên cứu tập trung thực đề tài phần đem lại giá trò đóng góp sau: II.1 Giá trò lý luận Kết nghiên cứu đề tài này, đem lại kiến thức sở linh điện tử nano Xây dựng phần mềm mơ đặc trưng I_V linh kiện điện tử nano nhằm phục vụ học tập nghiên cứu sinh viên, học viên cao học giáo viên có nhu cầu II.2 Giá trò thực tiễn Nội dung đề tài phần tài liệu học tập có ích cho học tập nghiên cứu sinh viên, học viên cao học giáo viên chuyên nghành điện tử Ngoài nguồn tài liệu tham khảo cho giáo viên nhà nghiên cứu có quan tâm III KẾT LUẬN Các tác giả đề tài tiến hành tổng quan linh kiện bật gần lónh vực điện tử nanô: SET thách thức chúng Trong khuôn khổ thời gian thực đề tài năm người nghiên cứu đưa vào đề tài số nội dung linh kiện bật kể để thực Tác giả tạo nên công cụ mô SET sở GUI MATLAB Ths LÊ HOÀNG MINH 35 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] Hoàng Dũng, Nhập môn học lượng tử, Tập Nhà xuất Giáo dục (1999) PGS TS Đinh Sỹ Hiền, Điện tử nanô linh kiện công nghệ Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM (2005) K Uchida, K Matsuzawa, Analytical Single Electron Transistor model design and analysis of realistic SET circuits Jnp J Appl Phys., vol.39, pp 2321-2324, Apr.2000 K Uchida, Junji Koga, Programable Single Electron Transistor Logic for future lowpower intelligent LSI: Proposal and room-temperature operation IEEE Trans Electron Devices, vol 50, no 7, July 2003 Mahapatra, V Vaish, C Wasshuber, and C Banerjee Analytical modeling of single electron transistor for hybrid CMOS-SET analog IC design IEEE Trans Electron Devices, vol 51, no 11, Nov 2004 Mahapatra, A.M Ionescu, and K Banerjee A quasi-analytical SET model for few electron circuit simulation IEEE Trans Electron Devices, vol 23, no.7, June 2002 Ths LÊ HOÀNG MINH 36 [...]... điểm nổi bật của SET các nhà nghiên cứu đã thiết kế mạch lai SET- CMOS có khả năng lập trình cao mật độ tích hợp lớn và công suất tiêu tán thấp Kết hợp với những ưu điểm về tốc độ ổn đònh dòng và độ lợi cao của FET giúp mạch lai SET hoạt động một cách hiệu quả Ths LÊ HOÀNG MINH 21 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 CHƯƠNG III MÔ PHỎNG SỰ VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ TRONG TRANSISTOR ĐƠN ĐIỆN TỬ Ths... đònh dòng và độ lợi cao Phần sau sẽ trình bày mô hình MIB [9] cải tiến phân tích hoạt động của SET ứng dụng trong các mạch lai CMOS -SET Mô hình phân tích khá chính xác kết hợp với một số hiệu ứng vật lý như tích điện nền và ảnh hưởng do thăng giáng nhiệt Mô hình được đưa vào bộ mô phỏng mạch thương mại sử dụng AHDL làm nổi bật đặc trưng của SET cho phép phân tích mạch nhanh hơn so với mô phỏng Monte... mô phỏng mạch analog lai CMOS -SET Mô hình dựa trên thuyết chính thống về xuyên hầm đơn điện tử có thể sử dụng cho linh kiện SET một hay nhiều cổng, hoạt động trong vùng thế máng rộng đúng cho trường hợp SET đối xứng và bất đối xứng Đặc trưng của linh kiện 3e được kiểm tra với mô phỏng Monte Carlo cho dãi thế máng rộng VDS  và nhiệt độ C  T e2 (~ 185K) Mô hình MIB được thực thi trong các bộ mô phỏng. .. động của lôgic SET lập trình Trong lôgic SET lập trình, SET có thêm một chức năng nhớ NVM đóng vai trò then chốt trong việc điều chỉnh pha dao động Coulomb Khi hàm nhớ thực hiện chức năng ghi (hay xoá) thì điện tích từ nút nhớ được phun ra (hay phóng vào) vào đảo của SET Nếu lượng điện tích phun vào đảo đủ làm dòch pha dao động với độ dòch pha bằng  (nửa chu kỳ dao động Coulomb) Hình 2.2.1 mô tả cấu trúc. .. xây dựng mảng lôgic SET lập trình (SET- PLA) Đối với PLA trước đây hai lối vào được áp vào mặt phẳng AND ngõ ra được đưa tới mặt phẳng OR Trong kỹ thuật FET hai cổng AND và OR thường được thay thế bằng hai cổng NOR Trong hình 2.2.3 chỉ ra cấu trúc mảng lôgic SET lập trình hai ngõ vào Điểm quan trọng của PLA -SET ở đây là SET có NVM được sử dụng như linh kiện chuyển mạch chỉ cần một ngõ vào đủ để thiết kế...       : dấu của VDS  Bước 3: Tính dòng máng Sơ đồ chuyển đổi trạng thái tích điện của đảo chỉ ra trong hình 2.1.2(b) Theo điều kiện thiên áp, ứng với mỗi giá trò thiên áp đảo có thể có hai trạng thái tích điện 2.1.3 Kiểm tra mô hình Mô hình được kiểm tra dựa vào bộ mô phỏng SIMON Các đặc trưng dòng thế chòu ảnh hưởng bởi nhiệt độ và tích điện nền được mô phỏng so sánh với mô phỏng Monte Carlo... lôgic SET lập trình việc ứng dụng hàm nhớ điều chỉnh pha dao động Coulomb giúp cho SET chuyển đổi chức năng một cách linh động từ SET giống nMOS sang SET giống pMOS (SET bù) và ngược lại Ths LÊ HOÀNG MINH 18 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 Hình 2.2.2 đưa ra một ví dụ về mạch lôgic SET lập trình Mạch gồm hai SET mắc song song kéo xuống với hàm nhớ có chức năng của cả hai cổng NOR và AND... năng của cả hai cổng NOR và AND phụ thuộc vào cách lập trình NVM Hàm lôgic ở ngõ ra thực hiện một trong bốn phép tính chỉ ở hình 2.2.2 Hình 2.2.3 mô phỏng tín hiệu ngõ ra của SET lôgic lập trình hoạt động như cổng NOR và AND được thực hiện dựa trên bộ mô phỏng SPICE Hình 2.2.2: Mạch gồm trở tải và hai SET mắc song song có NVM 2.2.2 Mảng lôgic SET lập trình (SET- PLA) Để thực thi các hàm lôgic tuỳ ý với... cho trường hợp có một trạng thái ngang với mức Fermi của cực nguồn Ths LÊ HOÀNG MINH 9 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 CHƯƠNG II MÔ HÌNH SET CHO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG LAI CMOS -SET VÀ MẠCH LÔGIC LẬP TRÌNH Ths LÊ HOÀNG MINH 10 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T39 – 2008 Gần đây SET thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu dựa vào đặc điểm nổi trội kích thước thang nanômét, công... (a) Sơ đồ mạch của SET lập trình với NVM (b) Đặc trưng ID-VG của SET (c) Tín hiệu lôgic đảo áp vào SET thông thường Tương tự như khái niệm lôgic SET lập trình do Tucker đề xuất Nhưng điểm khác giữa hai mô hình là SET bù của Tucker được điều chỉnh bởi thiên áp cổng thứ hai Khi sử dụng hàm nhớ chức năng của SET được thay đổi một cách linh động nhưng nếu sử dụng thế cổng ta chỉ thu được SET có chức năng