خازن گیت، اثر خازن اکسید گیت ، خازن کوانتومی و خازن­های پارازیتی حاصل از خطوط میدان الکتریکی جانبی فلز گیت به سمت نواحی سورس و درین می­باشد ]۴۶،۴۷[
شکل(۴-۱): نمایشی از خازن گیت [۴۸].
باتوجه به شکل۴-۲، خازن کوانتومی از طریق تغییرات بار کانال نسبت به ولتاژ کانال قابل محاسبه است ]۴۹[.
(۴-۲)
باید توجه کرد که در ساختارهای در ابعاد نانو، بدلیل کوتاه بودن طول کانال اثر خازن­های پارازیتی زیادتر می­باشد به طوری که می­توانند با خازن­های ذاتی افزاره قابل مقایسه باشند ]۵۰[.
باتوجه به اینکه در GNRFET از دی الکتریک با ضریب ۱۶ استفاده می­ شود. بنابراین معمولا است و این امر سبب می­ شود تا با انجام یک تقسیم ولتاژ، ولتاژ کانال را برابر با ولتاژ گیت بدست آوریم و این بدین معنا است که کنترل ولتاژ کانال با گیت صورت می­گیرد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

(۴-۳)
(۴-۴)
۴-۲- فرکانس قطع بهره جریان واحد
برای بررسی رفتار فرکانس بالای یک ترانزیستور معمولا از فرکانس قطع بهره جریان واحد (فرکانسی که بهره جریان به یک می­رسد) استفاده می­ شود. به فرکانس قطع یک ترانزیستور اثر میدانی نانو نوار گرافن ذاتی، فرکانس قطع ذاتی (اصلی) و به فرکانس قطع یک ترانزیستور اثر میدانی نانو نوار گرافن که شامل خازن­های پارازیتی می­باشد، فرکانس قطع بیرونی (فرعی) می­گویند. هنگامی که خازن­های پارازیتی کوچک هستند، فرکانس قطع بیرونی، به فرکانس قطع ذاتی نزدیک می­ شود.
شکل(۴-۲): مدار معادل سیگنال کوچک یک ترانزیستور نانو نوار گرافن با تقریب شبه ایستا.
برای محاسبه فرکانس قطع () از تقریب شبه-ایستا^[۶۵] استفاده کرده­ایم. تقریب شبه-ایستا در جایی کاربرد دارد که سیگنال در مقایسه با ثابت زمانی تعیین شده توسط خازن گیت ذاتی و اندوکتانس کانال، به آرامی تغییر می­ کند ]۵۱[ مدل مداری سیگنال کوچک برای یک ترانزیستور اثر میدانی نانو نوار گرافن ، بر اساس تقریب شبه ایستا، در شکل ۴-۲ نشان داده شده ­است. که شامل المان­های مقاومتی و خازنی معادل می­باشد و المان­های سلفی معادل، در نظر گرفته نشده­اند و حذف شده ­اند.
با بهره گرفتن از مدل مداری می­توانیم فرکانس قطع را به طور کلی به صورت زیر بنویسیم:
(۴-۵)
که هدایت انتقالی، هدایت کانال، و مقاومت­های پارازیتی سورس و درین، خازن ذاتی گیت، و خازن­های پارازیتی بین گیت و الکترود سورس(درین) می­باشد ]۵۲[. که نیاز به محاسبات الکترواستاتیکی جداگانه­ ای دارد. اگر مقاومت­های پارازیتی در محاسبات در نظر گرفته نشوند در نتیجه داریم:
(۴-۶)
فرکانس قطع ذاتی ترانزیستور بدون خازن­های پارازیتی برابر است با:
(۴-۷)
فرکانس قطع ذاتی را می­توان بر حسب نسبت تغییر جریان به تغییر بار کانال تعیین نمود]۵۳[ :
(۴-۸)
که جریان سورس-درین است و کل بار کانال نانو نوار گرافن، است و به صورت زیر محاسبه می­ شود:
(۴-۹)
که چگالی الکترون به عنوان تابعی از موقعیت کانال و طول کانال می­باشد. با توجه به معادله (۴-۹)، می­توان نتیجه گرفت که فرکانس قطع با خازن­های پارازیتی نسبت عکس دارد. همچنین با تغییر ابعاد فلز گیت می­توان خازن­های پارازیتی را تغییر داد. برای مثال با کاهش طول اتصال گیت نسبت به منطقه کانال، فاصله­ی بین گیت و الکترود سورس (درین)^[۶۶] بیشتر می­ شود و از این طریق خازن­های پارازیتی کاهش می­یابند و فرکانس قطع افزایش می‏یابد]۵۴[. یا با افزایش ضخامت فلز گیت، خازن­های پارازیتی افزایش یافته و فرکانس قطع کاهش می­یابد.
تغییر ابعاد طول کانال می ­تواند خازن ذاتی گیت را تغییر دهد. با کاهش طول کانال، خازن ذاتی گیت کاهش می­یابد و سبب افزایش فرکانس قطع می­ شود.
۴-۳- زمان تاخیر در هر بار عمل کلید زنی ()
خازن گیتی که بین گیت-سورس و گیت-درین از طریق میدان‏های پارازیتی و بواسطه­ی دی‏الکتریک با ضریب گذردهی زیاد ایجاد شده­است، دلیل اصلی محدودیت زمان تاخیر سریع، می­باشد ]۵۵[.زمان تاخیر یکی از مهمترین معیارهای عملکرد در کاربردهای الکترونیک دیجیتال می­باشد و تعیین‏کننده­ سرعت کلیدزنی ترانزیستور می­باشد. زمان تاخیر در هر بار عمل کلیدزنی به صورت زیر محاسبه می­ شود:
(۴-۱۰)
که بار کلی کانال در حالت روشنایی () ، بار کلی کانال در حالت خاموشی () و جریان روشنایی می­باشد]۵۴[.
می­توان نتیجه گرفت که با افزایش طول کانال و بزرگ­تر شدن خازن گیت، بار داخل کانال دیرتر تخلیه شده و سبب افزایش تاخیر خواهد شد.
۴-۴- توان مصرفی^[۶۷](PDP)
توان مصرفی میانگین انرژی مصرف شده در هر بار عمل کلید زنی و به عبارتی معادل می باشد با:[۷۰].
(PDP) = P_av. Tp
=∆q.V_DD = ().v_DD (۴-۱۱)
۴-۵- شبیه سازی ترانزیستورهای اثر میدانی مبتنی بر نانو نوار گرافن
در این بخش سعی می کنیم با بهره گرفتن از روش شبیه سازی تابع گرین غیر تعادلی، ابتدا منحنی ساختار نوار انرژی و چگالی الکترون و سپس منحنی مشخصه در ولتاژهای مختلف و منحنی مشخصه در ولتاژهای مختلف برای ساختار مشخص از ترانزیستورهای اثر میدانی مبتنی بر نانو نوار گرافن(GNRFET ماسفتی) با بهره گیری از تابع گرین غیر تعادلی ترسیم و سپس منحنی پارامترهای موثر بر حالت های گذرا در ترانزیستورهای اثر میدانی همانند منحنی مشخصه () ، منحنی مشخصه () ، متغیرهای موثر بر آن شامل مشخصه () و منحنی مشخصه () ، منحنی مشخصه () را نمایش دهیم. نهایتا با مهندسی ساختار این افزاره، این پارامترها و یا به عبارتی اثرات پاسخ گذرا را در چندین ساختار پیشنهادی شامل گیت Over lap و Underlap شده و گیت ایده آل بر روی سورس و درین را بررسی خواهیم نمود.
۴-۵-۱- مشخصات افزاره GNRFETماسفتی

شکل(۴-۳): نمایش طول قسمت های مختلف GNRFET ماسفتی با توجه به ساختار اصلی.[۳۸]
همان­طور که در شکل۴-۳ مشاهده می­ شود، طول نواحی سورس و درین این ترانزیستور یکسان است و از هر دو سو به GNR ذاتی منتهی شود، که نقش کانال را ایفا می­ کند. ابعاد افزاره مطرح شده برای شبیه­سازی به شرح زیر می­باشد:

طول افزاره: ۷۰ نانومتر
طول گیت: ۳۰ نانومتر
طول کانال: ۳۰ نانومتر
طول سورس: ۲۰ نانومتر