Upload
truongdat
View
223
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
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
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)
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
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
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
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
8
12/13 TS. Trần Tiến Phức 17
12/13 TS. Trần Tiến Phức 18
9
12/13 TS. Trần Tiến Phức 19
12/13 TS. Trần Tiến Phức 20
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
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.
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
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
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
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
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
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
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.
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)
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)
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
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
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
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
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”
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
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)
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
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;
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
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)
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
33
12/13 TS. Trần Tiến Phức 69
Giao diện chính
12/13 TS. Trần Tiến Phức 70
Kênh phân tử C6H4F2
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
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.
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.
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”)
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
39
Quan tâm của NASA
12/13 TS. Trần Tiến Phức 81
Quan tâm của Harvad
12/13 TS. Trần Tiến Phức 82
40
Các nơi khác trên thế giới
12/13 TS. Trần Tiến Phức 83
Canada
12/13 TS. Trần Tiến Phức 84
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