نانومواد

تقویت نظری دستگاه های در مقیاس نانو

تقویت نظری دستگاه های در مقیاس نانو

 

تقویت نظری دستگاه های در مقیاس نانو
فرمالیسم و ​​تجزیه و تحلیل تقسیم QFL که به تازگی توسعه یافته است ، منجر به ایجاد روش های جدیدی برای توصیف وسایل نیمه هادی بسیار کوچک و طراحی به کمک کامپیوتر (TCAD) نسل بعدی دستگاه های نانو الکترونیکی / انرژی / زیست می شود. اعتبار: یونگ-هون کیم ، KAIST

تقویت نظری دستگاه های در مقیاس نانو شرکتهای نیمه هادی در تلاشند دستگاههایی را بسازند که اندازه آنها فقط نانومتر باشد و بیشتر چالش در این است که بتوانند با دقت بیشتری فیزیک زمینه را در آن مقیاس نانو توصیف کنند. اما یک رویکرد جدید محاسباتی که از یک دهه پیش در حال انجام است می تواند این موانع را برطرف کند.

در چند دهه گذشته دستگاههایی که از نیمه هادیها از رایانه گرفته تا سلولهای خورشیدی استفاده می کنند ، از پیشرفتهای چشمگیری برخوردار بوده اند. معروف ، یکی از بنیانگذاران اینتل ، گوردون مور ، مشاهده کرد که تعداد ترانزیستورها در یک مدار مجتمع تقریباً هر دو سال دو برابر می شود – و این “قانون مور” برای مدتی صادق بود.

در سالهای اخیر ، وقتی شرکتهایی که سعی در مهندسی ترانزیستورهای در مقیاس نانو دارند ، به محدودیتهای کوچک سازی در سطح اتمی می رسند ، چنین دستاوردهایی کند شده است.

محققان دانشکده مهندسی برق در KAIST رویکرد جدیدی را در زمینه فیزیک زمینه ای نیمه هادی ها ایجاد کرده اند.

“سرپرست این تحقیق گفت:” با استفاده از سیستم های کوانتومی باز به عنوان هدف اصلی تحقیق در آزمایشگاه ، ما در حال مرور مفاهیمی بودیم که مسلم شناخته شده بودند و حتی در کتاب های استاندارد فیزیک نیمه هادی مانند افت ولتاژ در دستگاه های نیمه هادی عملیاتی وجود دارد. پروفسور یونگ هون کیم “با پرسش از اینکه چگونه می توان همه این مفاهیم را در مقیاس نانو درک کرد و احتمالاً تجدید نظر کرد ، روشن بود که چیزی در مورد درک فعلی ما ناقص است.”

“و در حالی که تراشه های نیمه هادی در سطح اتمی کوچک می شوند ، ارائه تئوری بهتر برای توصیف وسایل نیمه هادی به یک کار فوری تبدیل شده است. “

درک فعلی بیان می کند که نیمه هادی ها موادی هستند که مانند خانه های نیمه راه بین هادی ها مانند مس یا فولاد و عایق ها مانند لاستیک یا پلی استایرن عمل می کنند. آنها گاهی اوقات برق را هدایت می کنند ، اما نه همیشه. این امر آنها را به یک ماده عالی برای کنترل عمدی جریان جریان تبدیل می کند ، که به نوبه خود برای ساخت کلیدهای روشن / خاموش ساده – ترانزیستورها – که پایه و اساس حافظه و دستگاه های منطقی در رایانه ها هستند ، مفید است.

برای “روشن کردن” یک نیمه هادی ، یک منبع جریان یا نور اعمال می شود ، یک الکترون در یک اتم هیجان زده می شود تا از آنچه که “باند ظرفیت” نامیده می شود ، پر شود و تا ” باند رسانایی

، ‘که در اصل پر نشده است یا فقط تا حدی با الکترون پر شده است. الکترونهایی که به لطف محرکهای خارجی و “سوراخهای” باقی مانده به باند هدایت رسیده اند اکنون قادر به حرکت هستند و به عنوان حاملهای بار برای جریان جریان الکتریکی عمل می کنند.

مفهوم فیزیکی که جمعیتهای الکترونهای موجود در باند هدایت و سوراخهای باند ظرفیت و انرژی مورد نیاز برای انجام این پرش را توصیف می کند ، در اصطلاح “سطح فرمی” فرموله می شود. به عنوان مثال ، شما باید سطح الکترونها و سوراخهای فرمی را بدانید تا بدانید که چه مقدار انرژی از سلول خورشیدی دریافت می کنید ، از جمله تلفات.

اما مفهوم سطح Fermi فقط تا زمانی که به عنوان یک نیمه هادی دستگاه a > در تعادل است – روی یک قفسه نشسته و کاری نمی کند – و تمام نکته نیمه هادی a > دستگاه ها قرار دادن آنها در قفسه نیست.

حدود ۷۰ سال پیش ، ویلیام شوکلی ، مخترع برنده جایزه نوبل ترانزیستور در آزمایشگاه های بل ، با کمی دروغ نظری ، “سطح شبه فرمی” یا QFL روبرو شد ، پیش بینی و اندازه گیری تعامل بین سوراخهای باند ظرفیت و الکترونهای باند هدایت ، و این تاکنون بسیار خوب کار کرده است.

“پروفسور کیم گفت:” اما وقتی شما فقط در مقیاس چند نانومتر کار می کنید ، روشهای محاسبه نظری یا اندازه گیری تجربی تقسیم QFL ها فقط در دسترس نبود. “

این بدان معنی است که در این مقیاس ، مواردی مانند خطاهای مربوط به افت ولتاژ اهمیت بسیار بیشتری پیدا می کنند.

تیم کیم نزدیک به ده سال در تهیه یک توصیف نظری جدید از انتقال الکترون کوانتومی در مقیاس نانو که می تواند جایگزین روش استاندارد شود- و نرم افزاری که به آنها امکان استفاده از آن را می دهد ، کار کردند. این شامل توسعه بیشتر کمی از ریاضیات معروف به نظریه تابعی تراکم است که معادلات توصیف کننده فعل و انفعالات الکترون را ساده می کند و این امر در زمینه های دیگر مانند کشف مواد محاسباتی با بازده بالا بسیار مفید بوده است.

برای اولین بار ، آنها توانستند تقسیم QFL را محاسبه کنند ، درک جدیدی از رابطه بین افت ولتاژ و انتقال الکترون کوانتومی در دستگاه های مقیاس اتمی ارائه می دهند.

علاوه بر بررسی انواع مختلف پدیده های جالب و غیر تعادلی کوانتومی با روش جدید ، این تیم اکنون در حال توسعه بیشتر نرم افزار خود به یک ابزار طراحی با کمک رایانه است که توسط شرکت های نیمه هادی برای توسعه و ساخت پیشرفته دستگاه های نیمه هادی .

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا