چکیده

در این مقاله معرفی و مقایسه جدیدترین ساختارهای ترانزیستورهای اثر میدانی که توانائی بالائی در بهرهبـرداری از ویژگـیهـای منحصر به فرد گرافن دارند/ انجام شده است انالیزها در این مقالـه بـر اسـاس شـبیهسـازی سـاختار بـا اسـتفاده از شـبیه سـازی NANOTCAD میباشد که در مقیاس نانو معادله پایسون شرودینگر را با استفاده از تابع سـبز غیـر یکنواخـت حـل مـیکنـد و همچنین یک ترانزیستور اثر میدان کاملا دو بعدی با سدهای مختلف در ناحیه کانال با در نظر گـرفتن تمـام فاکتورهـای مـوثر از جمله برخوردها ظرفیتهای خازنی پارازیت و پارامتر جهش و… شبیه سازی شده و نسبت جریان روشن به خاموش بزرگتـر از ۱۰۴ دست یافته شده است همچنین برتری این ساختار نسبت به ترانزیستورهای عمودی با کانال گرافنی و ترانزیستورهای اثـر میـدان نانولوله کربنی بررسی شده است

کلمات کلیدی: گرافن هگزا گونال برون نیترید هگزا گونال برون کربن نیترید ترانزیستور عمودی ترانزیستور دو بعدی

.۱ مقدمه:

در ده سال اخیر هنوز گرافن تنهاترین شبه فلز با شکاف انرژی صفر است کـه مـی توانـد سـریعترین تراشـه هـای کـامپیوتری و صفحات لمسی انعطاف پذیر و همچنین سلول های خورشیدی با بازده بالا با آن ساخته شود با وجود موبیلیتی بالای الکترونها و حفرهها در گرافن و ویژگیهای شبه ایدهآل و نازکی تک لایه گرافنی ئ ترانزیستورهای فت با کانال گرافنـی بـه علـت نداشـتن شکاف انرژی در کانال گرافن نمیتوانند به طور موثر خاموش شوند برای ایجاد یک شکاف انرژی در گرافن چندین ساختار میتواند موثر باشد که چند تا این روشها به صورت زیر است

. اولین راهکار گرافن دولایه است که با اعمال یک میدان الکتریکی میتوانیم شکاف انرژی را تنظیم کنـیم [ ۱] و راهکـار بعـدی قرار دادن گرافن روی زیرلایهای مناسب، که اثرات تخریبی کمتری روی ویژگیهای بی نظیر گرافن داشته باشد که یکی از حالت قرار دادن گرافن روی لایهای عایق میباشد که در این حالت برون نیترید شش ضلعی ۱ hBN به عنوان مادهای با شکاف انـرژی بسیار وسیع و ثابت شبکهای بسیار شبیه به گرافن گزینه بسـیار مناسـبی مـیباشـد. در چنـین سـاختارهایی ترکیبـات متفـاوتی از grephen/BN میتوان به دست آورد [۲,۳] برای مثال میتوان ترکیب گرافن دولایه و BN را در نظر گرفت که شـکاف انـرژی با اعمال میدان الکتریکی میتواند تنظیم شود و یا میتوان سیستم سه لایه BN/G/BN و یا G/BN/G که یکـی از راهکارهـای مناسب برای باز کردن شکاف انرژی در گرافن میباشد را در نظر گرفت. [۱]

۱Hexa gonal boron nitride

ایجاد یک سد پتانسیل در کانال ترانزیستور بسیار مهم است که بتواند جریان بین دو الکترود را متوقف سازد که این سد پتانسـیل می تواند در ناحیه ای از همان جنس تشکیل شود و یا برای بهینه سازی ویژگی های توقیفجریان سد انرژی را می تـوان باکنـار هم گذاشتن مواد با جنس ها و شکاف انرژی های متفاوت ایجاد کرد مانند ترانزیستورهای دو قطبی چنـد اتصـالی۲ کـه در سـال ۱۹۵۱ معرفی شده است [۴]و از اواخر سال ۸۰ در قطعات الکترونیکی بسیار سریع مورد اسـتفاده قـرار مـی گیـرد. در سـال ۱۹۶۱ تفکر استفاده از (hetero barier) یعنی سد پتانسیلی با استفاده از چندین ماده متفـاوت داده شـده اسـت و در ترانزیسـتورهای بـا لیستیک الکترون داغ[۵ ]) ۳ و ترانزیستورهای تونل زنی رزونانسی ۴ استفاده شده است.

استفاده از سد با موادمتفاوت۵ برای گرافن بسیار مهم و با ارزش است چرا که گرافن شـکاف انـرژی صـفر دارد بنـابراین پتانسـیل سدهای انرژی در کانال گرافن خالص کیفیت ضعیفی در متوقف کردن جریان۶ دارند.

استفاده از سد با مواد متفاوت می توانند به صورت افقی و یا عمودی تشکیل یابند با وجود اینکه سـاخت ترانزیسـتورهای عمـودی بسیار آسانتر از ترانزیستورهای افقی می باشد, [۶]اما ساختار عمودی یک مشکل ذاتی دارد که نمی توان بـا پیشـرفت در سـاخت قطعه این مشکل حل شود، و آن احاطه گیت بالا و پائین توسط بخشی از کانال گرافنی است کـه باعـث کنتـرل الکترواسـتاتیکی ضعیفی از سد کانال توسط ولتاژ گیت می شود چنان که با توجه به مدل خازنی این ساختار در زیر نیز می توان متوجه این مشکل شد.