mô phỏng đặc tuyến volt – ampere của transistor một điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH VÀ CN TRƯỜNG MƠ PHỎNG ĐẶC TUYẾN VOLT - AMPERE CỦA TRANSISTOR MỘT ĐIỆN TỬ S K C 0 9 MÃ SỐ: T2010 - 46 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HỌC CƠ BẢN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG MƠ PHỎNG ĐẶC TUYẾN VOLT - AMPERE CỦA TRANSISTOR MỘT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ T2010 – 46 CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: ThS HUỲNH HỒNG TRUNG TP HỒ CHÍ MINH, 11/2010 MỤC LỤC Trang phụ bìa Mục lục Danh mục hình vẽ, đồ thò Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt MỞ ĐẦU Chương 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC TÍNH DÒNG QUA TRANSISTOR MỘT ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HÀM GREEN 1.1 Tổng quan nghiên cứu liên quan đến transistor điện tử 1.2 Cơ sở xuyên hầm điện tử linh kiện transistor điện tử 1.2.1 Cấu trúc nguyên lý hoạt động transistor điện tử 1.2.2 Quan sát tượng xuyên hầm 1.2.3 Điều kiện quan sát dao động xuyên hầm điện tử 1.2.4 Nhận xét 10 1.3 Các khái niệm transistor điện tử 10 1.3.1 Mô hình thông số transistor điện tử 11 1.3.2 Điều kiện hoạt động truyền tải điện tử chế độ chấm lượng tử 13 1.3.3 Tốc độ xuyên hầm điện tử 14 1.4 Transistor điện tử với chấm lượng tử mức 14 1.4.1 Quan sát dao động Coulomb 15 1.4.2 Dòng qua chấm lượng tử mức 17 1.4.3 Chấm lượng tử với nhiều trạng thái tích điện: hình Coulomb 21 1.5 Nhận xét 24 Chương 2: MÔ PHỎNG SỰ VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ TRONG TRANSISTOR MỘT ĐIỆN TỬ 25 2.1 Mô hình tính dòng qua transistor điện tử với chấm lượng tử mức 25 2.2 Mô đặc trưng transistor điện tử phần mềm MATLAB 28 2.2.1 Lưu đồ giải thuật tính dòng qua transistor điện tử 28 2.2.2 Những đặc trưng transistor điện tử mô 30 2.2.3 Quan sát dao Coulomb transistor điện tử với chấm lượng tử mức 32 2.2.4 Quan sát vùng khoá Coulomb transistor điện tử với chấm lượng tử mức 36 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Chương 1: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC TÍNH DÒNG ĐIỆN QUA TRANSISTOR MỘT ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP HÀM GREEN 1.1 Cấu trúc transistor điện tử SET 1.2 Độ dẫn transistor điện tử hàm điện cực cổng Khoảng cách đỉnh điện cần thiết để thêm điện tử vào nguyên tử nhân tạo Những kết dành cho loại linh kiện nghiên cứu Meirav đồng 1.3 Cấu trúc transistor điện tử SET 1.4 Sự truyền tải điện tử transistor điện tử SET 1.5 Sơ đồ cấu trúc thông số transistor điện 11 tử SET 1.6 Biểu đồ mức lượng transistor điện tử 12 SET 1.7 Biểu đồ mức lượng transistor điện tử 16 SET với chấm lượng tử mức 1.8 Dao động Coulomb 16 1.9 Các giá trò hàm phân bố Fermi 20 1.10 Chấm lượng tử với ba trạng thái tích điện 22 Chương 2: MÔ PHỎNG SỰ VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ TRONG TRANSISTOR MỘT ĐIỆN TỬ 2.1 Sơ đồ cấu trúc biểu đồ lượng SET với 25 chấm mức 2.2 Lưu đồ khối giải thuật chương trình mô đặc 29 trưng SET 2.3 Màn hình thể kết mô đặc trưng SET 30 2.4 Đặc trưng Id – Vgs SET với Vds = 5mV, n = 31 T = 10K 2.5 Đặc trưng Id – Vds SET với Vgs = 5mV, n = 31 T = 10K 2.6 Độ dẫn G – Vds SET với Vgs = 80mV, n = 32 T = 10K 2.7 Đặc trưng Id – Vds – Vgs SET với Vds = 80mV, 32 Vgs = 60mV n = T = 10K 2.8 Dao động khóa Coulomb SET 33 2.9 Ảnh hưởng thông số W (W = 40, 50, 60, 34 70 nm) lên dao động Coulomb 2.10 Ảnh hưởng thông số L (L = 60, 80, 100, 34 120 nm) lên dao động Coulomb 2.11 Ảnh hưởng thông số tox (tox = 70, 80, 90, 35 100 nm) lên dao động Coulomb 2.12 Ảnh hưởng vật liệu làm chấm lượng tử lên dao 35 động Coulomb 2.13 Ảnh hưởng điện thiên áp Vds lên dao động 36 Coulomb 2.14 Ảnh hưởng nhiệt độ T lên dao động Coulomb 36 2.15 Khoá Coulomb trườmg hợp chấm lượng tử 38 SET mức có hai trạng thái tích điện 2.16 Khoá Coulomb trườmg hợp chấm lượng tử có năm trạng thái tích điện 40 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor FET Field Effect Transistor GUI Graphical User Interfaces MATLAB MATrix LABoratory MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor MTs Molecular Transistors NEGF Non – Equilibrium Green’s Function QD Quantum Dot RTD Resonant Tunneling Device RTT Resonant Tunneling Transistor SET Single Electron Transistor THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Tên đề tài: Mô Đặc tuyến Volt – Ampere Transistor điện tử Mã số: T2010 – 46 Chủ nhiệm đề tài: ThS Huỳnh Hoàng Trung Cơ quan chủ trì đề tài: ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: từ 03/2010 đến 11/2010 Mục tiêu a Tìm hiểu xây dựng mô hình cấu trúc linh kiện điện tử nano Transistor điện tử b Xây dựng mô hình toán học tính dòng - xuyên qua linh kiện sử dụng Phương pháp hàm Green trạng thái không cân (The Non-Equilibrium Green’s Function - NEGF) c Sử dụng phần mềm MATLAB mô đặc trưng dòng - d Dựa vào kết mô xem xét ảnh hưởng tham số kích thước, nhiệt độ, điều khiển cực cổng lên đặc trưng dòng - Nội dung nghiên cứu a Đònh hướng nghiên cứu xác đònh cấu trúc linh kiện b Xây dựng mô hình toán học c Lập trình mô MATLAB d Chạy thử, kiểm tra đánh giá chương trình mô Kết đạt Kết đề tài (khi nghiệm thu) mục tiêu mục nội dụng nghiên cứu mục Điểm a Sử dụng lý thuyết NEGF xây dựng mô hình toán học tính dòng qua transistor điện tử b Mô đặc tuyến Volt-Ampere SET dựa GUI MATLAB, kết mô thể trực quan, sinh động c Xem xét ảnh hưởng tham số kích thước kênh dẫn, nhiệt độ điều khiển cực cổng lên đặc trưng dòng – SET Sản phẩm - Thuật toán tính dòng qua linh kiện SET dựa vào Phương pháp hàm Green không cân - Phần mềm mô đặc tuyến Volt-Ampere SET Đòa ứng dụng a Bộ môn Vật lý, Khoa Khoa học Cơ bản, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM b Bộ môn Kỹ thuật Điện tử, Khoa Điện - Điện tử, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM c Bộ môn Điện tử, Khoa Điện tử - Viễn thông, ĐH Khoa học Tự nhiên Tp HCM Trưởng Đơn vị (ký, họ tên) Ngày 10 tháng 11 năm 2010 Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) TS VÕ THANH TÂN HUỲNH HỒNG TRUNG MỞ ĐẦU Trong vài thập niên qua, thành tựu to lớn việc chế tạo vi điện tử dựa MOSFET làm giảm kích thước tăng mật độ tích hợp linh kiện chip Thực tế nay, kích thước transistor giảm đến 32 nm theo cơng bố Intel vào cuối năm 2009 Tuy nhiên, MOSFET đạt đến thang nanomet thân linh kiện mạch tích hợp phát sinh vấn đề như: điện trường cao gây đánh thủng linh kiện, tiêu tán nhiệt lớn, vùng nghèo giảm dẫn đến xun hầm theo học lượng tử, … Để khắc phục vấn đề phát sinh q trình giảm kích thước transistor bán dẫn, nghiên cứu gần đưa nhiều mơ hình linh kiện thang nanomet thay cho linh kiện MOSFET việc thiết kế vi mạch như: transistor xun hầm cộng hưởng (RTT - Resonant Tunneling Transistor), transistor ống nano carbon (CNT - Carbon Nanotube Transistor), transistor điện tử (SET - Single Electron Transistor ), transistor phân tử đơn (SMT - Single Molecular Transistor), … Transistor đơn điện tử, SET linh kiện sáng giá dùng để thay cho MOSFET tương lai Vì SET linh kiện có khả điều khiển chuyển động điện tử một, hoạt động dựa hiệu ứng xun hầm, kích thước nhỏ thuộc thang nanomet, tiêu tán cơng suất thấp, … Bên cạnh đó, SET có đặc trưng khác liên quan đến dao động khố Coulomb Từ đặc điểm bật mở hướng nghiên cứu linh kiện điện tử việc chế tạo vi mạch Đến có nhiều mơ hình, phương pháp nghiên cứu SET Trong đó, có ba phương pháp sử dụng phương pháp SPICE, phương pháp phương trình (ME – Master Equation) phương pháp Monte Carlo (MC) Qua tham khảo phương pháp này, tác giả nhận thấy phương pháp hàm Green khơng cân (NEGF - The Non - Equilibrium Green’s Function) cơng cụ tốn học chưa đề cập luận văn, báo, … ngồi nước SET Vì vậy, tác giả sử dụng phát triển phương pháp NEGF SET; xét ảnh hưởng nhiệt độ, cổng, vật liệu làm chấm lượng tử, … đến đặc trưng I - V SET Mục đích nghiên cứu đề tài ‘Mơ đặc tuyến Volt - Ampere Transistor đơn điện tử’ xây dựng mơ hình SET, dùng phương pháp NEGF GUI MATLAB để viết chương trình mơ đặc trưng I - V SET Nghiên cứu nhằm cập nhật, làm phong phú thêm liệu khoa học SET nói chung, linh kiện điện tử nano nói riêng; sở cho việc thử nghiệm chế tạo linh kiện thực ngày hồn thiện 35 * Ảnh hưởng kích thước bề dày tox lớp oxide SiO2 cách điện Hình 2.11: Ảnh hưởng thông số tox (tox = 70, 80, 90, 100 nm) lên dao động Coulomb Lớp oxide SiO2 cách điện điện cực cổng G với chấm lượng tử với độ dày khác tox = 70, 80, 90, 100 nm dòng máng cực đại Idmax = 13,3 nA không thay đổi tox (nm) 70 80 90 100 VC (mV) 16 17 18 19 * Ảnh hưởng vật liệu làm chấm lượng tử Hình 2.12: Ảnh hưởng vật liệu làm chấm lượng tử lên dao động Coulomb 36 Vật liệu GaAs In0.25Ga0.75As In0.53Ga0.47As InAs Khối lượng hiệu dụng 0,067 0,061 0,040 0,023 Vận tốc thoát điện tử 2,0.104 2,0.104 2,7.104 4,0.104 VC (mV) 22,5 22,5 25,0 29,0 Idmax (nA) 16,0 16,0 21,5 32,0 * Ảnh hưởng điện thiên áp Vds Vds (mV) 10 VC (mV) 19,5 20,5 21,5 22,5 Idmax (nA) 13 15 15,7 16 Hình 2.13: Ảnh hưởng điện thiên áp Vds lên dao động Coulomb * Ảnh hưởng nhiệt độ hoạt động T Hình 2.14: Ảnh hưởng nhiệt độ T lên dao động Coulomb 37 Nhiệt độ hoạt động transistor đơn điện tử khác T = 5, 10, 15 20K điện cổng VC = 19mV không thay đổi, dòng máng cực đại Idmax thay đổi sau: T (K) 10 15 20 Id (nA) 15,8 13,5 10,5 8,5 2.2.4 Quan sát vùng khoá Coulomb transistor đơn điện tử với chấm lượng tử mức Vẽ đặc trưng I – Vds – Vgs với giá trò thông số hình 2.15 (a) đường đặc trưng I – Vds ứng với giá trò Vgs khác hình 2.15 (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 bổ sung điện tích gọi khoá Coulomb (a) (b) 38 (c) Hình 2.15: Khoá Coulomb trườmg hợp chấm lượng tử SET mức có hai trạng thái tích điện Độ rộng vùng khoá Coulomb phụ thuộc vào thay đổi cổng Vgs zero Vgs = V C Trong hình 2.15 (c) vẽ đặc trưng G = dI/dVds – Vds với giá trò Vgs hình 2.15 (b) Quan sát đặc trưng I – Vds – Vgs hình 2.15 (a) hai đường thẳng biên vùng dẫn ứng với bước dòng hình 2.15 (b) Các đường đánh dấu kiện mức lượng µN+1 chấm lượng tử ngang với mức lượng Fermi điện cực máng µD (hệ số góc dương) ngang với mức lượng Fermi điện cực nguồn µS (hệ số góc âm) Từ đo giá trò mức lượng µN+1 cách thay đổi điện thiên áp Vds Vgs Dựa vào điều kiện mức lượng µN+1 chấm lượng tử ngang với mức lượng Fermi hai điện cực µD µS đưa mối liên hệ giá trò điện dung linh kiện SET cách đo hệ số góc hai đường thẳng nói Chấm lượng tử mức với nhiều trạng thái tích điện: Quan sát chấm lượng tử SET mức có năm trạng thái tích điện (năng lượng bổ sung điện tích không nhau) hình 2.16 Cũng trường hợp chấm lượng tử mức SET có hai trạng thái tích điện, chấm lượng tử mức với nhiều trạng thái tích điện chòu ảnh hưởng tương tự đại lượng khảo sát 39 E C + ∆E e VC1 VC2 VC3 VC4 (a) (b) E C + ∆E e (c) 40 E C + ∆E e (d) Hình 2.16: Khoá Coulomb trườmg hợp chấm lượng tử có năm trạng thái tích điện Hình 2.16 (a) 2.16 (b) vẽ đặc trưng I – Vds – Vgs cho trường hợp chấm lượng tử SET mức có năm trạng thái tích điện có bốn đỉnh dao động Coulomb Mỗi đỉnh ứng với trường hợp trạng thái tích điện chấm dao động hai trạng thái: (0,1), (1,2), (2,3), (3,4) vò trí cổng VC1, VC2,, VC3, VC4 Trong đó, cặp đường thẳng giao vò trí thăng giáng hai trạng thái tích điện, VC thể mức lượng µN+1 chấm lượng tử SET ngang với mức lượng Fermi điện cực nguồn µS mức lượng Fermi điện cực máng µD Dựa vào hình 2.16 (a), 2.16 (c) 2.16 (d) đo lượng bổ sung điện tích (EC + ∆E) 41 KẾT LUẬN * Những kết khoa học đề tài “Mô đặc tuyến Volt - Ampere transistor điện tử”: - Tổng quan linh kiện transistor điện tử (SET – Single Electron Transistor) - Giới thiệu sở lý thuyết linh kiện SET - Xây dựng mô hình toán học tính dòng xuyên qua SET với chấm lượng tử mức - Mô đặc trưng dòng – thế, độ dẫn – SET dựa GUI phần mềm MATLAB Xét ảnh hưởng thông số như: nhiệt độ, bề dày lớp oxide SiO2, bề rộng W bề dài L chấm lượng tử, tốc độ xuyên hầm điện tử (vật liệu làm chấm lượng tử SET), thiên áp điện cực từ trường lên đặc trưng linh kiện SET - Mục đích việc mô đưa giao diện trực quan nhằm quan sát ảnh hưởng thông số đầu vào lên đặc trưng dòng – thế, độ dẫn – SET Trên giới, ngày nước có khoa học công nghệ tiên tiến đầu tư phát triển mạnh sản phẩm nano, đặc biệt công nghệ linh kiện điện tử nano dần thay công nghệ vi điện tử Đề tài “Mô đặc tuyến Volt-Ampere transistor điện tử” đònh hướng nghiên cứu linh kiện điện tử nano mà giới bắt đầu * Hướng phát triển đề tài: - Xây dựng mô hình SET với loại giam giữ lượng tử: chấm lượng tử (3D) - Xây dựng mô hình SET dựa vật liệu chế tạo linh kiện thật - Chế tạo thử nghiệm SET phòng thí nghiệm Phần mềm mô đặc trưng dòng – thế, độ dẫn – cho SET góp phần xây dựng phần mềm mô linh kiện điện tử nano Việt Nam 42 đònh hướng cho lónh vực nghiên cứu tương đối lónh vực linh kiện điện tử nano Nếu vấn đề công nghệ chế tạo giải để kiểm chứng linh kiện điện tử nano đầy hứa hẹn chip tích hợp mật độ cao, nguồn nuôi thấp, dải nhiệt độ làm việc rộng 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh (2004), Công nghệ nanô: Điều khiển đến phân tử nguyên tử, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Hoàng Dũng (1999), Nhập môn Cơ học lượng tử, Tập 1, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh [3] Đinh Sỹ Hiền (2005), Điện tử nanô: Linh kiện Công nghệ, NXB Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG ANH [4] A Rahman (December 2005), Exploring new channel materials for nanoscale CMOS devices: A simulation approach, Purdue University, in USA [5] Hiroshi Inokawa and Yasuo Takahashi (Feb 2003), “A compact analytical model for asymmetric single electron tunneling transistor”, IEEE Trans Electron Devices, vol 50, no [6] International technology roadmap for semiconductor, emerging research devices, 2005 edition [7] Jiwoong Park (2003), Electron transport in single molecule transistors, Berkeley, University of California [8] Konstantin K Likharev (April 1999), “Single electron devices and their applications”, Published in Proc IEEE, vol 87, pp 606-632 [9] Ken Uchida, K Matsuzawa, J Koga, R Ohba, S Takagi, and A Toriumi (Apr 2000), “Analytical single electron transistor (SET) model design and analysis of realistic SET circuits”, Jnp J Appl Phys., vol 39, pp 2321-2324 [10] Ken Uchida, Junji Koga (July 2003), “Programmable single- electron transistor logic for future low-power intelligent LSI: Proposal and roomtemperature operation”, IEEE Trans Electron Devices, vol 50, no [11] M A Kastner, The Single Electron Transistor and Artificial Atoms, MA 02139, Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, in USA 44 [12] M Lundstrom (January 2005), The Ballistic Nanotransistor, Purdue University, in USA [13] M Lundstrom (May 2007), Simple Theory of the Ballistic Nanotransistor, Purdue University, in USA [14] P S Damle (May 2003), Nanoscale device modeling: from MOSFETs to Molecules, PhD thesis, Purdue University, in USA [15] Supriyo Datta (2005), Quantum transport: Atom to Transistor, Cambridge University Press [16] S Mahapatra, V Vaish, C Wasshuber, and C Banerjee (Nov 2004), “Analytical modeling of single electron transistor for hybrid CMOS SET analog IC design”, IEEE Trans Electron Devices, vol 51, no 11 [17] S Mahapatra, A.M Ionescu, and K Banerjee (June 2002), “A quasianalytical SET model for few electron circuit simulation”, IEEE Trans Electron Devices, vol 23, no [18] X Wang and W Porod (2000), “Single-electron transistor analytic I-V model for SPICE simulations”, Superlatt Microstruct., vol 28, pp 345-349 [19] Y S Yu, S W Hwang, and D.D Ahn (Aug 1996), “Macromodeling of single electron transistor for efficient circuits simulation”, IEEE Trans Electron Devices, vol 46, pp 1667-1671 Mẫu 1.2 Thuyết minh đề tài khoa học cơng nghệ cấp Trường BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH THUYẾT MINH ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG TÊN ĐỀ TÀI MÃ SỐ: T2010-46 MƠ PHỎNG ĐẶC TUYẾN VOLT – AMPERE CỦA TRANSISTOR MỘT ĐIỆN TỬ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU LOẠI HÌNH NGHIÊN CỨU Tự Xã hội Giáo nhiên Nhân văn dục Kỹ thuật Nơng Y Lâm - Ngư Dược Mơi trường Cơ Ứng dụng Triển khai x x 12 tháng THỜI GIAN THỰC HIỆN Từ tháng 12 năm 2009 đến tháng 11 năm 2010 CƠ QUAN CHỦ TRÌ Tên quan: Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Địa chỉ: 01 Võ Văn Ngân, Q Thủ Đức, Tp Hồ Chí Minh Điện thoại : (84-8) 8968641; (84-8) 7221223 (Phòng Hành - Quản trị) Fax: (84-8) 8964922 Website: http://www.hcmute.edu.vn CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Họ tên : HUỲNH HỒNG TRUNG Học vị, chức danh KH: Thạc sĩ Chức vụ: Cán giảng dạy Địa CQ: 01 Võ Văn Ngân, Q Thủ Đức, Tp HCM Địa NR: P303, 39 Yersin, P Cầu Ơng Lãnh, Q 1, Tp HCM Điện thoại CQ: Điện thoại NR : Điện thoại di động: (84) 0989214960 Fax: E-mail: lhoangtrungedu@yahoo.com NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Họ tên Đơn vị cơng tác lĩnh Nội dung nghiên cứu cụ thể vực chun mơn giao - Bộ mơn Vật lý, Nghiên cứu mơ Khoa Khoa học Transistor điện tử bản, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM - Vật lý điện tử nano Huỳnh Hồng Trung Chữ ký ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị ngồi nước Nội dung phối hợp nghiên cứu Họ tên người đại diện đơn vị 10 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC 10.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Trong năm gần với phát triển vượt bậc khoa học cơng nghệ giới mang đến cho nhân loại kết đáng trân trọng Nổi bật số chung ta khơng thể khơng kể đến phát triển khơng ngừng lĩnh vực cơng nghệ thơng tin điện tử, phần nhỏ lại đời cơng nghệ nano Sự đời cơng nghệ nano quy luật tất yếu tiến triển khơng ngừng khoa học - kỹ thuật thời điểm tồn thới gới Mục đích tiến triển khơng ngừng khơng nằm ngồi dự định chế tạo linh kiện điện tử cho chúng truyền đạt, lưu trữ xử lý thơng tin với tốc độ cực cao, kích thước cực nhỏ đồng thời tiêu thụ lượng cực thấp, linh kiện điện tử linh kiện tiêu biểu nano-electronics devices Trong họ linh kiện điện tử transistor điện tử SET linh kiện quan trọng có đặc tính linh kiện chuyển mạch điều khiển cực cổng số điện tử điều khiển điện tử Do đặc tính độc đáo transistor điện tử SET mà linh kiện điện tử thơng thường khơng có, để đáp ứng u cầu đặt ngày cao xã hội nên tác giả chọn đề tài nghiên cứu: “Mơ đặc tuyến Volt – Ampere Transistor điện tử” 10.2 Danh mục cơng trình liên quan (Họ tên tác giả; Nhan đề báo, ấn phẩm; Các yếu tố xuất bản) a) Của chủ nhiệm người tham gia thực đề tài b) Của người khác A Rahman (December 2005), Exploring new channel materials for nanoscale CMOS devices: A simulation approach, Purdue University, in USA Hiroshi Inokawa and Yasuo Takahashi (Feb 2003), “A compact analytical model for asymmetric single electron tunneling transistor”, IEEE Trans Electron Devices, vol 50, no International technology roadmap for semiconductor, emerging research devices, 2005 edition Jiwoong Park (2003), Electron transport in single molecule transistors, Berkeley, University of California Konstantin K Likharev (April 1999), “Single electron devices and their applications”, Published in Proc IEEE, vol 87, pp 606-632 Ken Uchida, Junji Koga (July 2003), “Programmable single- electron transistor logic for future low-power intelligent LSI: Proposal and room-temperature operation”, IEEE Trans Electron Devices, vol 50, no 7 K Uchida, K Matsuzawa, J Koga, R Ohba, S Takagi, and A Toriumi (Apr 2000), “Analytical single electron transistor (SET) model design and analysis of realistic SET circuits”, Jnp J Appl Phys., vol 39, pp 2321-2324 11 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Khoa học cơng nghệ nano tương lai đóng vai trò quan trọng lĩnh vực vật lý, hóa học, vật liệu mới, điện tử, y học, khí chế tạo, … Điện tử học nano lĩnh vực nghiên cứu mạnh giới Khoa học đời sống đòi hỏi có thiết bị điện tử siêu nhỏ, tiêu tán cơng suất thấp, hiệu suất sử dụng lượng cao, hoạt động ổn định dải nhiệt độ rộng, mơi trường có áp lực lớn hay chân khơng Đó động lực thúc đẩy mạnh mẽ nghiên cứu linh kiện điện tử nano Trong linh kiện điện tử nano, transistor điện tử linh kiện sáng giá cần nghiên cứu khảo sát Chính điều trên, chúng tơi chọn thực đề tài: “Mơ đặc tuyến Volt – Ampere transistor điện tử” 12 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Nghiên cứu linh kiện điện tử nano-electronics devices: Transistor điện tử (SET – Single Electron Transistor) Xây dựng mơ hình tốn học tính dòng qua transistor điện tử SET Mơ đặc tuyến Volt – Ampere transistor điện tử SET nhận xét 13 CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Sưu tầm tài liệu, mạng Internet Định hướng nghiên cứu xác định cấu trúc vật lý linh kiện Transistor điện tử SET Xây dựng mơ hình tốn học tính dòng qua transistor điện tử SET Viết chương trình mơ đặc tuyến Volt – Ampere dựa phần mềm MatLab Chạy mơ máy tính nhận xét ảnh hưởng nhiệt độ, điện áp vật liệu lên đặc tuyến Volt – Ampere 14 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN Số TT Các nội dung, cơng việc thực chủ yếu Sưu tầm tài liệu, mạng Internet Xác định cấu trúc vật lý linh kiện Transistor điện tử SET Xây dựng mơ hình tốn học tính dòng qua transistor điện tử SET Viết chương trình mơ đặc tuyến Volt – Ampere dựa phần mềm MatLab Chạy mơ máy tính nhận xét ảnh hưởng nhiệt độ, điện áp vật liệu lên đặc tuyến Volt – Ampere Sản phẩm phải đạt Tài liệu tham khảo Cấu trúc vật lý SET Mơ hình tốn học tính dòng Phần mềm mơ Thời gian (bắt đầu-kết thúc) Người thực Từ 12/2009 đến 02/2010 02/2010 Lê Hồng Minh Từ 03/2010 Huỳnh Hồng Trung đến 04/2010 Từ 04/2010 Vũ Thị Ngọc Thu đến 07/2010 Nhận xét ảnh Từ 08/2010 Huỳnh Hồng Trung hưởng nhiệt đến 10/2010 độ, điện áp vật liệu 15 SẢN PHẨM VÀ ĐỊA CHỈ ỨNG DỤNG • Loại sản phẩm Mẫu Giống trồng Tiêu chuẩn Tài liệu dự báo Bản kiến nghị Vật liệu Thiết bị máy móc Dây chuyền cơng nghệ Giống gia súc Qui trình cơng nghệ Phương pháp Qui phạm Sơ đồ Báo cáo phân tích Đề án Luận chứng kinh tế Chương trình máy tính x Sản phẩm khác : Phần mềm mơ máy tính • Tên sản phẩm, số lượng u cầu khoa học sản phẩm Số Tên sản phẩm Số lượng TT Phần mềm mơ đặc tuyến 01 Volt – Ampere SET Tham gia báo cáo triển lãm 01 hội nghị khoa học u cầu khoa học • • • Số học viên cao học nghiên cứu sinh đào tạo Số báo cơng bố: 01 Địa ứng dụng (tên địa phương, đơn vị ứng dụng) Đưa kết vào giảng dạy lý thuyết cấp đại học cao học tại: - Khoa Điện tử - Viễn thơng, Đại học Khoa học Tự nhiên Tp HCM - Ngành Kỹ thuật Điện tử (cao học), Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM 16 KINH PHÍ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ NGUỒN KINH PHÍ Tổng kinh phí: 5.000.000VNĐ (Năm triệu đồng Việt Nam) Trong đó: Kinh phí nghiệp khoa học cơng nghệ: 5.000.000 VNĐ Các nguồn kinh phí khác (cơ sở hỗ trợ, tài trợ cá nhân, tổ chức ): Nhu cầu kinh phí năm: 5.000.000 VNĐ tháng 03 năm 2010 Dự trù kinh phí theo mục chi (Th khốn chun mơn; Ngun vật liệu, lượng; Thiết bị máy móc; Chi khác): Th khốn chun mơn Soạn thảo đề cương nghiên cứu sơ 100.000 Viết đề cương nghiên cứu chi tiết 100.000 Th khốn 1: Sưu tầm tài liệu, truy cập Internet in 800.000 Th khốn 2: Xây dựng mơ hình tốn học tính dòng qua SET 500.000 Th khốn 3: Viết chương trình mơ đặc tuyến Volt – Ampere SET 800.000 Giám định chương trình mơ đặc tuyến Volt – Ampere SET 300.000 Viết báo cáo tổng hợp 500.000 Viết báo cáo tóm tắt 300.000 Sửa hồn chỉnh báo cáo 200.000 In báo cáo tóm tắt 400.000 Tham gia hội nghị khoa học 500.000 Chi phí nghiệm thu đề tài 500.000 Tổng cộng 5.000.000 Ngày 03 tháng 03 năm 2010 Ngày 03 tháng 03 năm 2010 Khoa chủ quản Chủ nhiệm đề tài (Ký tên, đóng dấu) (Họ tên, ký) TS Võ Thanh Tân Huỳnh Hồng Trung Ngày tháng năm 2010 Hiệu trưởng