41
1 12/13 TS. Trần Tiến Phức 1 TRANSISTOR PHÂN TỬ VÕNG BENZENE LIÊN KẾT 1-4 VỚI CÁC NGUYÊN TỐ THUỘC NHÓM HALOGEN C 6 H 4 F 2 , C 6 H 4 Cl 2 , C 6 H 4 Br 2 , C 6 H 4 I 2, TRẦN TIẾN PHỨC 12/13 TS. Trần Tiến Phức 2 TRANSISTOR PHÂN TỬ VÕNG BENZENE LIÊN KẾT 1-4 VỚI CÁC NGUYÊN TỐ THUỘC NHÓM HALOGEN (C 6 H 4 F 2 , C 6 H 4 Cl 2 , C 6 H 4 Br 2 , C 6 H 4 I 2 ) TRẦN TIẾN PHỨC

TRANSISTOR PHÂN TỬ

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: TRANSISTOR PHÂN TỬ

1

12/13 TS. Trần Tiến Phức 1

TRANSISTOR PHÂN TỬ VÕNG BENZENE LIÊN KẾT 1-4 VỚI CÁC NGUYÊN TỐ

THUỘC NHÓM HALOGEN

C6H4F2, C6H4Cl2, C6H4Br2, C6H4I2,

TRẦN TIẾN PHỨC

12/13 TS. Trần Tiến Phức 2

TRANSISTOR PHÂN TỬVÕNG BENZENE LIÊN KẾT 1-4 VỚI CÁC NGUYÊN TỐ

THUỘC NHÓM HALOGEN

(C6H4F2, C6H4Cl2, C6H4Br2, C6H4I2)

TRẦN TIẾN PHỨC

Page 2: TRANSISTOR PHÂN TỬ

2

12/13 TS. Trần Tiến Phức 3

NỘI DUNG

1. Tổng quan

a) Linh kiện điện tử nanô

b) Linh kiện điện tử phân tử

2. Cơ sở lý thuyết của transistor phân tử

3. Các tham số của vật liệu làm kênh dẫn

4. Thuật toán tính dòng IDS

5. Các kết quả

6. Phần mềm và chƣơng trình mô phỏng

a) CAChe

b) Mô phỏng transistor phân tử trong MATLAB

12/13 TS. Trần Tiến Phức 4

Năng lƣợng chuyển mạch và

kích thƣớc linh kiện giảm theo thời gian

Page 3: TRANSISTOR PHÂN TỬ

3

Semiconductor manufacturing processes

10µm – 1971

12/13 TS. Trần Tiến Phức 5

3 µm – 1975

1.5 µm – 1982

1 µm – 1985

800 nm – 1989

600 nm – 1994

350 nm – 1995

250 nm – 1997

180 nm – 1999

130 nm – 2002

90 nm – 2004

65 nm – 2006

45 nm – 2008

32 nm – 2010

22 nm – 2012

14 nm – 2014

10 nm – est. 2015

7 nm – est. 2017

5 nm – est. 2019

12/13 TS. Trần Tiến Phức 6

Emerging research devices – demonstrated and projected parameters

Parameters are used: Proj.- Projected (2020), Demo – Demonstrated (2005). Op. Temp.– Operational

Temperature; RT- Room Temperature. (link)

Page 4: TRANSISTOR PHÂN TỬ

4

Technology

• In 2005, Toshiba demonstrated 15 nm gate length and 10 nm fin width using a

sidewall spacer process It has been suggested that for the 16 nm node, a logic

transistor would have a gate length of about 5 nm

• In December 2007, Toshiba demonstrated a prototype memory unit that uses

15 nanometer thin lines.

• In December 2009, National Nano Device Laboratories, owned by

the Taiwanese government, produced a 16 nm SRAM chip

• In September 2011, Hynix announced the development of 15 nm NAND cells

• In December 2012, Samsung Electronics taped out a 14 nm chip.[15]

• In September 2013, Intel demonstrated an Ultrabook laptop

that uses a 14 nm Broadwell CPU and CEO said "[CPU] will

be shipping by the end of this year."[16] However, he later

announced that due to yield problem he called a “defect

density issue”, shipment will be delayed until Q1 2014.[17]

12/13 TS. Trần Tiến Phức 7

12/13 TS. Trần Tiến Phức 9

Motivation

Our enthusiasm for Nano-technology stems from its potential value in addressing Deep Space technology needs: Autonomous navigation and

maneuvering,

Miniature in-situ sensors,

Radiation and temperature tolerant electronics.

Nano-technology will provide essential computing and sensing capabilities.

Distributed Sensors

Penetrators

Integrated

Inflatable

Sailcraft

Miniaturized-

Rovers

Minaturized-

Spacecraft

Hydrobot

Atmospheric

Probes

Landing on Small Bodies

Page 5: TRANSISTOR PHÂN TỬ

5

12/13 TS. Trần Tiến Phức 11

Phân loại linh kiện điện tử nanô

Linh kieän ñieän töû nanoâ

Giaûm kích thöôùc linh kieän baùn daãn khoái Linh kieän ñieän töû nanoâ hieäu öùng löôïng töû

Linh kieän ñieän töû phaân töû

Linh kieän ñieän töû nguyeân töûLinh kieän lai micro-nanoââ

Transistor ñôn ñieän töû (SET)Chaám löôïng töû(QD) Linh kieän ñöôøng haàm coäng höôûng

Ñioât ñöôøng haàm coäng höôûng (RTD) Transistor ñöôøng haàm coäng höôûng (RTT)

Linh kieän ñieän töû nanoâ baùn daãn

12/13 TS. Trần Tiến Phức 12

Mô phỏng nanoFET

2D trên trang webhttps://www.nanohub.org

Tại Hội nghị Vật lý

Việt-Đức ở Nha Trang

tháng 3 năm 2008 có

báo cáo của Vu Ngoc

Tuoc và Dragica K.

Vasileska

về mô phỏng 3D với

cấu trúc tƣơng tự(Top down)

Nghiên cứu giảm kích thƣớc bán dẫn khối

Page 6: TRANSISTOR PHÂN TỬ

6

12/13 TS. Trần Tiến Phức 13

Ở thang nano, tham số năng lƣợng phụ

thuộc số nguyên tử trong khối vật liệu

Khối Si đƣờng kính 6 Ao chứa 47

nguyên tử.

LUMO = -7,89 eV; HOMO = -8,41eV

Độ rộng vùng cấm: 0,52 eV

Khối Si đƣờng kính 7 Ao chứa 83

nguyên tử.

LUMO = -8,56 eV; HOMO = -8,60eV

Độ rộng vùng cấm: 0,03 eV

12/13 TS. Trần Tiến Phức 14

HIỆU ỨNG ĐƢỜNG HẦM TRONG CHO DÂY PHÂN TỬ

Các nghiên cứu của J.M.Tour vào những năm 1990

Page 7: TRANSISTOR PHÂN TỬ

7

12/13 TS. Trần Tiến Phức 15

Design for a memory cell built from

molecular electronic devicesGreg Y. Tseng và James C. Ellenbogen công bố trên http://www.mitre.org/technology/nanotech vào năm 1999

Dây phân tử để truyền tín hiệu. Các vòng benzene kết hợp với nhóm chức SH hay CH tạo nên transistor và RTD

12/13 TS. Trần Tiến Phức 16

Công trình của nhóm tác giả công bố trên

tạp chí IEEE năm 2002

• Kênh dẫn là phân

tử phenyl dithiol

(PDT) C6H4S2

• Phƣơng pháp:

NEGF (the Non-

Equilibrium

Green’s Function)

Luận án tiến sĩ 2003

Page 8: TRANSISTOR PHÂN TỬ

8

12/13 TS. Trần Tiến Phức 17

12/13 TS. Trần Tiến Phức 18

Page 9: TRANSISTOR PHÂN TỬ

9

12/13 TS. Trần Tiến Phức 19

12/13 TS. Trần Tiến Phức 20

Page 10: TRANSISTOR PHÂN TỬ

10

12/13 TS. Trần Tiến Phức 21

Phác thảo transistor trƣờng có kích thƣớc ở

thang nanômét trong nghiên cứu nàyKênh dẫn là phân tử hay dây phân tử có

mức năng lƣợng phân thành ba vùng.

Vùng hóa trị, (còn gọi là vùng đầy). Mức

năng lƣợng cao nhất trong vùng hóa trị

viết tắt là HOMO (Highest Occupied

Molecular Orbital).

Vùng cấm có độ rộng đủ để các hiệu ứng

nhiệt và tác động nhiễu không thể làm

điện tử dễ dàng vƣợt qua.

Vùng dẫn ở trạng thái ban đầu chƣa có

điện tử chiếm nên các mức năng lƣợng

còn trống (còn gọi là vùng trống). Mức

năng lƣợng thấp nhất trong vùng dẫn

viết tắt là LUMO (Lowest Unoccupied

Molecular Orbital).

12/13 TS. Trần Tiến Phức 22

TRẠNG THÁI CÂN BẰNG BAN ĐẦU CỦA HỆ

• Mức thế điện hóa của hai điện cực D và S ở vào khoảng

giữa của vùng cấm. VD = 0 nên thế điện hóa µ1 = µ2 = µ

TkE

EfB/exp1

10

Page 11: TRANSISTOR PHÂN TỬ

11

12/13 TS. Trần Tiến Phức 23

TÍNH CHẤT DẪN ĐIỆN QUA KÊNH PHÂN TỬ

Hạ hệ mức năng lƣợng

xuống hay nâng mức

Fermi lên

Nâng hệ mức năng

lƣợng lên hay hạ

mức Fermi xuống

12/13 TS. Trần Tiến Phức 24

PHÂN TÍCH ĐỊNH TÍNH DÕNG ĐIỆN TRÊN MỘT

MỨC NĂNG LƢỢNG TÍNH CHO MỘT SPIN

Nguồn nuôi VD ≠ 0 tạo nên sự chênh lệch mức thế điện hóa

ở hai điện cực D và S là µ1 - µ2 = qVD. Thế cổng UG ≠ 0 làm

dịch chuyển vùng dẫn hay vùng hóa trị của kênh phân tử đi

vào khoảng có sự chênh lệch thế điện hóa µ1 và µ2 thì dòng

IDS của mạch ngoài đƣợc tạo thành.

Page 12: TRANSISTOR PHÂN TỬ

12

12/13 TS. Trần Tiến Phức 25

CỰC TÍNH CỦA THẾ CỔNG UG

Thế cổng dƣơng, mức fermi dịch chuyển lên, thứ tự vận chuyển điện tích nhƣ hình a).

Thế cổng âm, mức fermi dịch chuyển xuống, thứ tự vận chuyển điện tích nhƣ hình b).

12/13 TS. Trần Tiến Phức 26

KÊNH DẪN CẢM ỨNG LOẠI N CÓ PHÂN CỰC DƢƠNG

Hình 1.34: Phaân cöïc cho MOSFET keânh caûm öùng loaïi n trong maïch khueách ñaïi

Page 13: TRANSISTOR PHÂN TỬ

13

12/13 TS. Trần Tiến Phức 27

SO SÁNH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CÁC LOẠI

TRANSISTOR

T. LƢỠNG CỰC

Dòng khuyếch tán

FET

Độ rộng kênh dẫn

MOSFET

Mật độ điện tích

T. PHÂN TỬ

Điều khiển số mức năng lƣợng trong vùng có sự chênh lệch thế điện hóa giữa D và S

12/13 TS. Trần Tiến Phức 28

DÕNG ĐIỆN QUA MỖI TIẾP XÖC

• Có N điện tử ở trong kênh với

trạng thái dừng (ổn định dừng):

10

1

1/exp1

1

Ef

TkEEf

B

20

2

2/exp1

1

Ef

TkEEf

B

Nfq

I 11

1

Nfq

I 22

2

Page 14: TRANSISTOR PHÂN TỬ

14

12/13 TS. Trần Tiến Phức 29

ĐỊNH LƢỢNG DÕNG ĐIỆN TRÊN MỘT MỨC

NĂNG LƢỢNG TÍNH CHO MỘT SPIN

• Tính dòng điện theo chiều quy ƣớc và xét tại một trạng

thái dừng (ổn định) thì I1 = - I2 hay I1 + I2 = 0. Ta suy ra:

21

2211

ffN

21

21

2121 ff

qIII

• Chỉ có những mức năng lƣợng lân cận ε một vài giá trị kBT

và ở vào khoảng giữa thế điện hóa µ1 và µ2 có f1() ≠ f2()

là đóng góp vào quá trình tạo nên dòng điện IDS mà thôi.

12/13 TS. Trần Tiến Phức 30

MỨC NĂNG LƢỢNG ĐƢỢC MỞ RỘNG

• Do hệ gồm nhiều nguyên tử nên trạng thái năng lƣợng đƣợc

mở rộng thành một dải có mật độ là D(E) (Density Of States

– DOS). Tính cho cả hai spin trên mức năng lƣợng

22

2/

2/2

EED

Cc EEWLmED 2

Kênh phân tử có kích thƣớc cụ thể

Với:

LR /21

21

Page 15: TRANSISTOR PHÂN TỬ

15

12/13 TS. Trần Tiến Phức 31

SƠ ĐỒ TƢƠNG ĐƢƠNG VỀ ĐIỆN

12/13 TS. Trần Tiến Phức 32

NĂNG LƢỢNG ĐIỆN THẾ CỦA KÊNH DẪN

Về mặt điện học ta có thể coi

kênh phân tử nhƣ một điểm

thì năng lƣợng điện thế của

nó chính là tổng của thế

Laplace UL và cộng thêm một

số hạng tỉ lệ dẫn đến từ sự

thay đổi số điện tử: NC

qUU

E

L 2

D

E

DG

E

GL qV

C

CqV

C

CU

Page 16: TRANSISTOR PHÂN TỬ

16

12/13 TS. Trần Tiến Phức 33

SỐ ĐIỆN TỬ N VÀ DÕNG ĐIỆN I CHO MỘT

MỨC NĂNG LƢỢNG CÓ TÍNH ĐẾN HIỆU ỨNG

MỞ RỘNG

21

2211d

EfEfUEEDN

EfEfUEEDq

I 21

21

21d

12/13 TS. Trần Tiến Phức 34

MỐI QUAN HỆ TỔNG QUÁT

Page 17: TRANSISTOR PHÂN TỬ

17

12/13 TS. Trần Tiến Phức 35

DÕNG ĐIỆN CHO NHIỀU MỨC NĂNG LƢỢNG

CÓ TÍNH ĐẾN HIỆU ỨNG MỞ RỘNG

• Kênh dẫn của transistor nanô có cấu trúc và tƣơng tác gồm

nhiều nguyên tử, vùng dẫn chứa nhiều mức năng lƣợng là

một phƣơng trình rất phức tạp. (Đầy đủ lý thuyết)

Đại lƣợng Thay thế

Mức năng lƣợng ε Ma trận Hamilton [H]

Năng lƣợng 1,2 Ma trận mở rộng [Γ1,2 (E)]

Mật độ trạng thái 2πD(E) Hàm phổ [A(E)]

Giá trị 2π n(E) Hàm tƣơng quan [Gn(E)]

Điện thế U Ma trận điện thế tự tƣơng tích [U]

Số điện tử N Ma trận mật độ [ρ] = ∫(D(E)/2π[Gn(E)]

Các nhóm nghiên cứu trên thế giới đang tìm cách giải phƣơng trình này

12/13 TS. Trần Tiến Phức 37

Vòng benzene liên kết 1-4 với các nguyên tố

có 3 cặp liên kết ghép đôi với Au về hai phía

Page 18: TRANSISTOR PHÂN TỬ

18

12/13 TS. Trần Tiến Phức 38

PHÂN TỬ VÕNG BENZENE VÀ CÁC DẠNG

LIÊN KẾT VỚI NGUYÊN TỐ NHÓM HALOGEN

12/13 TS. Trần Tiến Phức 39

Xác định các tham số của phân tử bằng

CAChe-V 7.5.0.85.

Page 19: TRANSISTOR PHÂN TỬ

19

12/13 TS. Trần Tiến Phức 40

Kiểm tra điều kiện 3 cặp liên kết gép

đôi về mỗi phía

12/13 TS. Trần Tiến Phức 41

Liên kết với các nguyên tử Vàng

(chiếu ngang)

Page 20: TRANSISTOR PHÂN TỬ

20

12/13 TS. Trần Tiến Phức 42

Liên kết với các nguyên tử Vàng (chiếu đứng)

12/13 TS. Trần Tiến Phức 43

Liên kết với các nguyên tử Vàng (chiếu xiên)

Page 21: TRANSISTOR PHÂN TỬ

21

12/13 TS. Trần Tiến Phức 44

Đo kích thƣớc phân tử theo lựcVan der Waals

12/13 TS. Trần Tiến Phức 45

Vùng cấm và mức thế điện hóa nếu sử

dụng Vàng làm điện cực S và D

• LUMO -0.332eV

μ của Vàng trong transistor

vào khoảng - 4.8eV đến

-5.3eV

• HOMO -9.870eV

Page 22: TRANSISTOR PHÂN TỬ

22

12/13 TS. Trần Tiến Phức 46

Xác định vùng dẫn

Đầy

Trống

0eV

12/13 TS. Trần Tiến Phức 47

LUMO và HOMO

Vùng hóa trị

Vùng dẫn

Page 23: TRANSISTOR PHÂN TỬ

23

12/13 TS. Trần Tiến Phức 48

Mật độ mức năng lƣợng trong vùng dẫn

(mật độ LUMO)

12/13 TS. Trần Tiến Phức 49

Số mức năng lƣợng trong mỗi dải

của vùng dẫn

Page 24: TRANSISTOR PHÂN TỬ

24

12/13 TS. Trần Tiến Phức 51

Tham số của phân tử cần thiết để tính IDS

12/13 TS. Trần Tiến Phức 52

Kênh phân tử C6H4O2 VÀ C6H4S2 phân cực âm,

bốn kênh phân tử còn lại phân cực dƣơng

Page 25: TRANSISTOR PHÂN TỬ

25

12/13 TS. Trần Tiến Phức 53

Công thức cấu tạo, mức năng lƣợng, công thức phân tử của vật liệu làm kênh dẫn

UG < 0

UG > 0

12/13 TS. Trần Tiến Phức 54

Dải dẫn và số mức năng lƣợng trong vùng

dẫn ảnh hƣởng đến chất lƣợng transistor

• Số mức năng lƣợng trong vùng dẫn càng nhiều và dải dẫn rộng làm

đặc trƣng bảo hòa ở thế cao, nguồn nuôi transistor lớn, dễ bị đánh

thủng do điện trƣờng ở kích thƣớc linh kiện nhỏ. “Bad transistor”

Page 26: TRANSISTOR PHÂN TỬ

26

12/13 TS. Trần Tiến Phức 55

Điểm khác biệt

• Trong bán dẫn khối

Đƣờng đặc trƣng I-V

của transistor trƣờng

đƣợc mô tả bằng các

phƣơng trình khác

nhau ở phần có độ dốc

lớn và phần gần bão

hòa. Các phƣơng trình

này có thể đƣợc suy ra

bằng phƣơng pháp

khớp phím hàm từ đồ

thị thực nghiệm.

• Ở transistor phân tử

Thực nghiệm đang ở thì

tƣơng lai. Về mặt lý

thuyết, đƣờng đặc

trƣng đƣợc vẽ lên từ

việc nối các điểm của

kết quả giải một

phƣơng trình tính dòng

IDS ứng với các tham số

kích thƣớc, nhiệt độ,

điện thế VG và VD xác

định.

12/13 TS. Trần Tiến Phức 56

Lƣu đồ thuật toán

tính IDS trong

Matlab

Page 27: TRANSISTOR PHÂN TỬ

27

12/13 TS. Trần Tiến Phức 57

Các hằng số vật lý

q điện tích của điện tử 1,602 10-19 C

h hằng số Planck 6,626 10-34 J s

Ћ = h / 2π 1,055 10-34 J

o hằng số điện môi của chân không

8,854 10-12 F/m

G0 = q2 / h lƣợng tử độ dẫn

38,7 10-6 S

= 1 / (25,8 103 Ω)

12/13 TS. Trần Tiến Phức 58

Các tham số phân tử và điều kiện

ban đầu

1. Kích thƣớc dài của phân tử làm

kênh dẫn L

2. Kích thƣớc rộng của phân tử làm

kênh dẫn W

3. Thế cổng VG

4. Nhiệt độ T

(thông qua các Slider trong MATLAB)

Page 28: TRANSISTOR PHÂN TỬ

28

12/13 TS. Trần Tiến Phức 59

Tính CG; CS; CD; D0; N0

CG theo biểu thức 2.1

t

WLCG

04

CS = CD = 0,05 CG

D0= mcWL/πħ2

N0=2*dE*sum(D.*f0); %Khi

biết dE thì phép tích phân thay

bằng phép lấy tổng trong

Matlab.

12/13 TS. Trần Tiến Phức 60

Tính thế Laplace của kênh dẫn

Khi các tham số đo kích thƣớc

phân tử đƣợc xác định ở một mức

lƣợng tử nào đó thì các tụ điện CS;

CD; CG và CE là hoàn toàn xác định.

Thế Laplace UL của kênh phân tử

là hàm của các biến VG và VD. UL

đƣợc tính theo biểu thức (1.34).

D

E

DG

E

GL qV

C

CqV

C

CU

Page 29: TRANSISTOR PHÂN TỬ

29

12/13 TS. Trần Tiến Phức 61

Vòng lặp do sự bổ sung điện tử vào kênh dẫn

để nâng lên một mức năng lƣợng mới

while dU>1e-6

f1=1./(1+exp((E+UL+U+ep-mu1)./kT));

f2=1./(1+exp((E+UL+U+ep-mu2)./kT));

N(iV)=dE*sum(D.*((f1.*g1/g)+(f2.*g2/g)));

Unew=U0*(N(iV)-N0);

dU=abs(U-Unew);

U=U+0.1*(Unew-U);

end

NUNC

qUU

E

L 0

2

12/13 TS. Trần Tiến Phức 62

Giá trị dòng điện khi có số mức năng lƣợng ở

trong vùng chênh lệch thế điện hóa và mật độ

trạng thái xác định

I(iV)=dE*I0*(sum(D.*(f1-f2)))*g1*g2/g;

Page 30: TRANSISTOR PHÂN TỬ

30

12/13 TS. Trần Tiến Phức 63

Họ đặc trƣng dòng – thế

12/13 TS. Trần Tiến Phức 64

Ảnh hƣởng của nhiệt độ lên đặc trƣng I-V

• Trong bán dẫn khối, hiệu

ứng nhiệt của các

transistor phụ thuộc dây

chuyền công nghệ và khó

đạt độ đồng nhất.

• Trong transistor phân tử,

vật liệu kênh dẫn có tính

đồng nhất cao nên hiệu

ứng nhiệt tuân theo quy

luật xác định. Đây là điểm

thuận lợi để thiết kế mạch

bù nhiệt trong các ứng

dụng cụ thể.

EfEfUEEDq

I 21

21

21d

TkE

EfB/exp1

10

Page 31: TRANSISTOR PHÂN TỬ

31

12/13 TS. Trần Tiến Phức 65

Vật liệu kênh dẫn khác nhau

12/13 TS. Trần Tiến Phức 66

Hiệu ứng thay đổi kích thƣớc dài của kênh

phân tử ảnh hƣởng lên đặc trƣng I-V

• Kết quả đo kích thƣớcphân tử trong CAChe chothấy có sự lƣợng tử hóa.

• Sự lƣợng tử hóa kíchthƣớc dài của phân tử làmkênh dẫn không làm thayđổi đặc trƣng I-V.

• Phù hợp với Thuyết lƣợngtử: Độ dẫn cực đại trên mộtmức năng lƣợng là mộthằng số.

G0 = q2 / h = 38,7 10-6 S

= 1/(25,8 103 Ω)

0,8405; 0,8716; 0,9027; 0,9339;

0,9650; 0,9962; 1,0273 (Đơn vị nm)

Page 32: TRANSISTOR PHÂN TỬ

32

12/13 TS. Trần Tiến Phức 67

Hiệu ứng thay đổi kích thƣớc rộng của

kênh phân tử

• Sự lƣợng tử hóa kích thƣớc

rộng của phân tử làm kênh

dẫn làm thay đổi giá trị đặc

trƣng I-V (đặc biệt là vùng

bão hòa).

• Thay đổi kích thƣớc rộng

không làm thay đổi dạng

đƣờng đặc trƣng nên

transistor vẫn có giá trị ứng

dụng.

0,6026; 0,6249; 0,6472; 0,6695

0,6918; 0,7142; 0,7365 (nanômét)

12/13 TS. Trần Tiến Phức 68

Giải thích ảnh hƣởng của kích thƣớc

kênh phân tử lên đặc trƣng I-V• Các trạng thái trên cùng một

mức năng lƣợng của kênhphân tử theo hƣớng trục DSphân bố nhƣ một tấm lƣới.

• Thay đổi kích thƣớc dàikhông làm thay đổi số trạngthái.

• Tăng kích thƣớc rộng sẽ làmtăng số trạng thái và ngƣợclại.

• Số trạng thái điện tử chiếmcó ý nghĩa quyết định giá trịdòng điện truyền qua theohƣớng trục DS

Page 33: TRANSISTOR PHÂN TỬ

33

12/13 TS. Trần Tiến Phức 69

Giao diện chính

12/13 TS. Trần Tiến Phức 70

Kênh phân tử C6H4F2

Page 34: TRANSISTOR PHÂN TỬ

34

12/13 TS. Trần Tiến Phức 71

Đề xuất thực nghiệm kiểm chứng

12/13 TS. Trần Tiến Phức 72

Đề xuất thực nghiệm kiểm chứng

UG = 0

Page 35: TRANSISTOR PHÂN TỬ

35

12/13 TS. Trần Tiến Phức 73

KẾT LUẬN (1-2)

1. Tác giả đã thiết kế đƣợc các phân tử C6H4F2; C6H4Cl2;

C6H4Br2; C6H4I2 (chƣa có sẵn ở thƣ viện trong CAChe), tối

ƣu hóa cấu trúc, tính toán và xác định đƣợc các tham số

cần thiết: kích thƣớc, mức năng lƣợng … đáp ứng đầy đủ

việc chạy chƣơng trình tính dòng IDS trong MATLAB.

2. Tác giả đã thiết lập 02 kiểu định dạng file tính dòng IDS.

a. Định dạng *.m để tiện so sánh tham số của các

transistor khác nhau.

b. Định dạng *fig trong GUI của MATLAB để mô tả cấu

trúc transistor, đơn giản hóa và thực hiện nhanh chóng,

chính xác bƣớc nhập số liệu vào chƣơng trình tính

toán để khảo sát đặc trƣng I-V.

12/13 TS. Trần Tiến Phức 74

KẾT LUẬN (3)3. Thiết kế một giao diện đồ họa trong GUI của MATLAB để khảo

sát transistor rất thân thiện và trực quan. Có thể khảo sát các

transistor này thông qua tổ hợp chập của 5 yếu tố:

a. Vật liệu làm kênh dẫn tùy chọn từ các phân tử C6H4F2,

C6H4Cl2, C6H4Br2, C6H4I2 thông qua một Pop-up Menu.

b. Nhiệt độ thay đổi bởi sáu mức cách nhau 40 K trong khoảng

từ 193 K đến 393 K (– 80oC đến 120oC) thông qua Slider.

c. Thế cổng VG thay đổi bởi sáu mức cách nhau 0.1 V trong

khoảng từ 0 V đến 0,5 V thông qua Slider.

d. Kích thƣớc rộng W của phân tử thay đổi sáu mức theo đúng

nhƣ mức lƣợng tử hóa đo đƣợc từ mô phỏng hóa học

CAChe.

e. Kích thƣớc dài L của phân tử thay đổi sáu mức theo đúng

nhƣ mức lƣợng tử hóa đo đƣợc từ mô phỏng hóa học

CAChe.

Page 36: TRANSISTOR PHÂN TỬ

36

12/13 TS. Trần Tiến Phức 75

KẾT LUẬN (4)4. Tác giả đã mô phỏng đƣợc loại Transistor kênh phân tử mới

a. Kênh phân tử là vòng benzene liên kết 1- 4 với các nguyên tố

thuộc nhóm Halogen. Đây là các vật liệu hóa học đã có bán trên

thị trƣờng.

b. Cấu trúc transistor có dạng tƣơng tự nhƣ của MOSFET ở bán

dẫn khối.

c. Kích thƣớc transistor khoảng 2 đến 3 nanômét.

d. Họ đặc trƣng I-V có dạng tƣơng tự nhƣ của MOSFET ở bán dẫn

khối.

e. Transistor hoạt động với thế cổng dƣơng nên dễ ứng dụng trong

mạch tích hợp, giảm đƣợc điện áp nguồn nuôi.

f. Dòng và thế trong mạch điện nhỏ (IDS 10-7 A; UDS 1V) nên

công suất tiêu tán thấp, cho phép tăng mật độ linh kiện trên một

chip đơn.

12/13 TS. Trần Tiến Phức 76

KẾT LUẬN (5-6)

5. Trong bốn loại transistor đã xét, khả năng cung cấp công

suất lớn nhất thuộc về transistor sử dụng kênh phân tử

C6H4I2; thấp hơn tiếp theo là transistor sử dụng kênh phân

tử C6H4Br2; thấp nhất là transistor sử dụng kênh phân tử

C6H4Cl2.

6. Khảo sát hiệu ứng nhiệt cho thấy:

a. Khả năng ứng dụng các transistor này ở dải nhiệt độ

rộng hơn so với bán dẫn Si hiện nay.

b. Quy luật biến đổi nhiệt rõ ràng và chính xác nên dễ

thiết kế mạch bù nhiệt trong các ứng dụng cụ thể.

Page 37: TRANSISTOR PHÂN TỬ

37

12/13 TS. Trần Tiến Phức 77

KẾT LUẬN (7)

7. Xét ảnh hƣởng của sự lƣợng tử hóa kích thƣớc kênh dẫn (chƣa

đƣợc đề cập tới ở các công trình nghiên cứu trƣớc đây).

a. Sự lƣợng tử hóa kích thƣớc rộng kênh phân tử làm thay đổi đƣờng đặc

trƣng vì nó làm thay đổi số trạng thái trên cùng một mức năng lƣợng

tham gia vào quá trình dẫn điện tạo nên dòng IDS.

b. Sự lƣợng tử hóa kích thƣớc dài kênh phân tử không làm thay đổi đƣờng

đặc trƣng vì số mức năng lƣợng dẫn điện tử tạo nên dòng IDS chạy dọc

theo hƣớng trục DS và số mức đó không thay đổi theo chiều dài kênh.

Kết quả này hoàn toàn phù hợp với Thuyết lƣợng tử: Độ dẫn cực đại trên

một mức năng lƣợng là một hằng số.

c. Tác giả đã đƣa ra mô hình lƣới trạng thái của một mức năng lƣợng để

giải thích ảnh hƣởng của kích thƣớc dài và rộng của kênh phân tử lên

đặc trƣng I-V.

12/13 TS. Trần Tiến Phức 78

NỘI DUNG LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI ĐÃ ĐƢỢC

CÔNG BỐ TẠI

• Seminar: Bộ môn Điện tử, khoa Điện tử Viễn thông

Viện Nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang

• Hội nghị khoa học:

Hội nghị Khoa học lần thứ 5, Trường Đại học KHTN Tp. HCM (2006)

Hội nghị Vật lý Chất rắn toàn quốc lần thứ 5, (Vũng Tàu 2007)

Hội nghị Vật lý Việt – Đức lần thứ 11 (VGS11 - 2008).

Hội nghị quốc tế về Khoa học vật liệu tiên tiến và Công nghệ nanô

(AMSN2008)

• Tạp chí:

Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, ĐHQG Tp. HCM (2008)

Tạp chí Advances in Natural Sciences (2008)

Journal of Physics Conference series by IOP publisher, UK. (Search trên

Google với từ khóa: “Tran Tien Phuc”+”012055”)

Page 38: TRANSISTOR PHÂN TỬ

38

12/13 TS. Trần Tiến Phức 79

NỘI DUNG BÁO CÁO1. Tổng quan

a) Linh kiện điện tử nanô

b) Linh kiện điện tử phân tử

2. Cơ sở lý thuyết của transistor phân tử

3. Tham số vật liệu

4. Thuật toán

5. Các kết quả

6. Phần mềm và chƣơng trình mô phỏng

a) CAChe Hyperlink

b) Mô phỏng transistor phân tử trong MATLAB Hyperlink

Công bố với thế giới

12/13 TS. Trần Tiến Phức 80

Page 39: TRANSISTOR PHÂN TỬ

39

Quan tâm của NASA

12/13 TS. Trần Tiến Phức 81

Quan tâm của Harvad

12/13 TS. Trần Tiến Phức 82

Page 40: TRANSISTOR PHÂN TỬ

40

Các nơi khác trên thế giới

12/13 TS. Trần Tiến Phức 83

Canada

12/13 TS. Trần Tiến Phức 84

Page 41: TRANSISTOR PHÂN TỬ

41

Trung quốc

12/13 TS. Trần Tiến Phức 85

Các nhóm nghiên cứu khác

• Thay thế vật liệu làm điện cực [14]

• Nghiên cứu các loại transistor phân tử mới [28]

• Giới thiệu [6]

12/13 TS. Trần Tiến Phức 86