هندسة الحصر الكمي لتحسين كفاءة الطاقة في ترانزستورات أنابيب الكربون النانوية المتعرجة فائقة الانخفاض في استهلاك الطاقة
الملخص
تقدم هذه الدراسة منهجاً في هندسة الحصر الكمي لتحسين كفاءة الطاقة في ترانزستورات تأثير المجال المصنعة من أنابيب الكربون النانوية(CNTFETs)، من خلال الاستفادة من الحصر الكمي المعتمد على القطر في أنابيب الكربون النانوية المتعرجة. وقد تم استخدام نموذج تحليلي يعتمد على صيغة لانداور لمحاكاة خصائص التيار-الجهد، وعلى العلاقات النظرية لفجوة النطاق المستمدة من نموذج الرباط المحكم.
تم توسيع النموذج ليشمل مقاومة التلامس(100 kΩ)، والسعات الطفيلية، وحساب حاصل (نتاج) القدرة-التأخير (PDP)، ودراسة سرعة التبديل من خلال زمن التأخير (τ) وتردد القطع (fT)، ونمذجة التسخين الذاتي (Self-heating)، وتحليل حساسية الأداء لانحرافات التصنيع. كما تمت مقارنة عازلين SiO₂ و HfO₂ ودراسة تأثير ذلك على الأداء.
تظهر النتائج أن تقليل قطر الأنبوب النانوي من 1.588 نانومتر إلى 0.556 نانومتر يزيد فجوة النطاق من 0.537eV إلى 1.533eV، مما يكبح تيار التسريب (IOFF) بأكثر من ثمانية مراتب قياسية، محققاً نسبة ION/IOFF تتجاوز 10¹². كما يقلل عازل HfO₂ من IOFF بمقدار 4.4 مرات ولكنه يزيد PDP بمقدار 6.4 مرات. تتراوح سرعة التبديل بين 0.27-2.40ps وتردد القطع بين 66-595GHz، ويرتفع التسخين الذاتي بمقدار 19-30K . كما تم تحديد النطاق القطري 1.0-1.2nm كمنطقة تصميم مثلى، مع توصيات بالتكامل الهجين مع تقنيات CMOS الحالية في تطبيقات SRAM وأجهزة IoT . تؤكد هذه النتائج أن هندسة الحصر الكمي تتيح مفاضلة تصميمية مرنة بين التسريب، السرعة، واستهلاك الطاقة الديناميكية، مما يسمح بتخصيص أداء الترانزستور وفقاً لمتطلبات التطبيق المحددة، بدءاً من أجهزة الاستشعار منخفضة الطاقة وصولاً إلى المعالجات عالية التردد.
