МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗМЕРОВ ОСТРОВКОВ ОДНОЭЛЕКТРОННЫХ МАТРИЦ ТУННЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДОВ НА СТОКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

February 19, 2013 by admin Комментировать »

Абрамов И. И., Лавринович А. М. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники П. Бровки 6, Минск, 220013, Беларусь E-mail: nanodev@bsuir.edu.by

Аннотация – Описаны результаты моделирования одноэлектронных матриц туннельных переходов с различным количеством островков с использованием разработанной физико-топологической модели.

I.                                        Введение

Рис. 1. ВАХ матриц туннельных переходов 2×2 при различных размерах островков.

Fig. 1. IV-characteristics of the 2D (2×2) array for various islands sizes

Одним ИЗ перспективных направлений в создании элементов ИС наноэлектроники являются одноэлектронные многоостровковые структуры. В настоящее время активно ведется исследование этих структур и создание различных приборов на их основе. Серьезной проблемой при исследовании таких структур является расчет различных электрических характеристик в зависимости от конструктивно-технологичес- ких параметров.

Для теоретического исследования одноэлектрон- ных структур используются различные подходы и модели [1]. Наиболее распространенные модели по- луклассического подхода основаны на эквивалентной схеме прибора [2, 3]. В этом случае исходными данными являются сопротивления и емкости туннельных переходов. Такие модели позволяют рассчитать характеристики одноэлектронных структур с минимальными вычислительными затратами, однако связь ИСХОДНЫХ данных с реальными размерами и параметрами материалов весьма условна. Для адекватного описания вольт-амперных характеристик (ВАХ) необходимо использование физико-топологи- ческих моделей.

Целью данной работы является иллюстрация возможностей предложенной физико-топологической модели для исследования одноэлектронных матриц туннельных переходов с различным количеством островков.

II.                                       Модели

Впервые физико-топологическая модель была предложена в работах [4, 5] и позволяла рассчитать ВАХ металлического одноэлектронного транзистора в зависимости от геометрических размеров и параметров материалов. С ее помощью было исследовано влияние различных факторов на ВАХ [4-7]. Предложенный ПОДХОД был в дальнейшем распространен на случаи одноэлектронных цепочек, а в последующем и матриц туннельных переходов [8-11]. В настоящее время физико-топологическая модель модифицирована на случай различного количество островков. Все предложенные модели были реализованы в программах, включенных в систему моделирования наноэлек- тронных приборов NANODEV [12, 13].

III.               Результаты моделирования

На рис. 1 приведены результаты расчета ВАХ матрицы туннельных переходов с количеством островков 2×2 при различных размерах островков. Материалом матрицы является Au/Si02. Размеры островков 2×2 нм, 2,5×2,5 нм, 3×3 нм, а расстояние между всеми элементами структуры – 2 нм.

На рис. 2 приведены результаты расчета ВАХ матрицы туннельных переходов с количеством островков 3×3. Моделирование проводилось при размерах островков 2×2 нм, 3×3 нм, 4×4 нм.

Из рисунков ВИДНО, ЧТО размеры островков существенно влияют на ВАХ одноэлектронных матриц. В целом, рост тока в структуре связан с увеличением размеров островков.

Моделирование проводилось для 1000 туннельных событий.

Puc. 2. BAX матриц туннельных переходов 3×3 при различных размерах островков.

Fig. 2. IV-characteristics of the 2D (3×3) array for various islands sizes

При ЭТОМ отметим, что моделирование требует значительных затрат вычислительных ресурсов

ПЭВМ. Так, полный расчет ВАХ матрицы туннельных переходов с количеством островков 4×4 требует около 100 часов на компьютере в процессором AMD Athlon 2800 MHz.

IV.                                  Заключение

Результаты моделирования иллюстрируют широкие возможности исследования одноэлекгронных матриц туннельных переходов с различным количеством островков с помощью разработанной физикотопологической модели и системы NANODEV в зависимости от параметров конструкции и материалов.

V.                           Список литературы

[1]  Likharev к. К. Н Proc. IEEE 87, 606 (1999).

[2]  Amman М., Mullen Κ. Ben-Jacob Ε. // J. Appl. Phys. 65 (1), 339 (1989).

[3]  Korotkov A. N.. Chen R. H„ Likharev K. K. H J. Appl. Phys.

78 (4), 2520(1995).

[4]  Абрамов 1/1.1/1., 1Човик E. Г. И Микроэлектроника, 29(3),

197 (2000).

[5]  Абрамов И. 1/1., 1Човик Е. Г. Численное моделирование металлических одноэлектронных транзисторов. Минск, Бестпринт, 2000, 164 с.

[6]  Абрамов И. И., Новик Е. Г. //ФТП, 34(8), 1014 (2000).

[7]  Абрамов И. И., Игнатенко С. А., Новик Е. Г. // Микросис- темная техника, 5, 18 (2003).

[8]  Абрамов И. И., 1пгнатенко С. А., Новик Е. Г. // ФТП, 36(10), 1272 (2002).

[9]  Абрамов 1/1. И., 1Агнатенко С. А., Новик Е. Г. Н ФТП,

37(5), 583 (2003).

[10]          Abramov 1. /., Ignatenko S. А. // Proc. SPIE, 2004, v.5401, p. 432-441.

[11]          Абрамов И. И., Игнатенко С. А. // Материалы 13-й Межд. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2003), 2003, Севастополь, с.530-531.

[12]          Абрамов И. И., Гончаренко И. А., Игнатенко С. А. Королев А. В., Новик Е. Г., Рогачев А. И. // Микроэлектроника, 32(2), 124 (2003).

[13]          Абрамов И. И., Абрамов К. И., Гончаренко И. А., Игнатенко С. А., Казанцев А. П., Коломейцева Н. В., Лавринович А. М., Павленок С. Н., Строгова А. С. И Материалы 15-й Межд. конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2005), 2005, Севастополь, т. 2, с. 621-622.

SIMULATION OF ISLANDS SIZE INFLUENCE ON IV-CHARACTERISTICS

I. I. Abramov, A. M. Lavrinovich Belarusian State University of Informatics and Radioeiectronics 6, P. Brovki str, Minsk 220013, Belarus Ph.: +375-17-239-8877, e-maii: nanodev@bsuir.edu.by

Abstract – Described in this paper are simulation results of single-electron 2D arrays using physical models for various islands number.

I.                                        Introduction

One of perspective directions in development of 1C devices in nanoelectronics is multi-island single-electron structure. At present research of these structures and development of various devices on their basis is actively investigated. A serious problem at research of such structures is calculation of various electric characteristics depending on design and materials.

At theoretical research various approaches and models [1] have been used. Electrical models are the most widespread. Those models allow calculating characteristics of singleelectron structures with minimal computer resources; however relation of initial data with the real sizes and materials’ parameters is rather poor. In order to adequately describe electrical characteristics physical model is used.

The purpose ofthe paper is to illustrate opportunities ofthe physical model proposed for more adequate analysis of singleelectron 2D arrays with various islands number.

II.                                            Models

For the first time the physical model has been described in [4, 5] and allowed to calculate IV-characteristics of the metal single-electron transistor depending on material geometrical sizes and parameters. The approach offered in the further has been widespread in cases of single-electron 1D and 2D arrays [8-11]. All the models offered have been realized in the software which has been included into nanoelectronic device simulation system NANODEV [12, 13].

III.                                Simulation Results

Presented in fig. 1 are the results for IV-characteristics of 2D arrays with the island number 2×2 for various island sizes. The material was Аи/ЗЮг. The island sizes – 2×2 nm, 2,5×2,5 nm, 3×3 nm, distance between all elements of structures – 2 nm.

In fig. 2 the results for IV-characteristics of 2D arrays with islands number 3×3 are presented. Simulation has obtained for islands sizes 2×2 nm, 3×3 nm, 4×4 nm. It is obvious, that the islands’ sizes influence essentially on IV-characteristics of 2D arrays.

Increasing ofthe current in structure is the result ofthe islands sizes increasing.

Simulation has been carried out for 1000 tunnel events.

It should be noted, that simulation demands significant amount of computer resources. Thus, full IV-characteristic calculation of single-electron 2D array with islands number 4×4 requires about 100 hours at the PC with AMD Athlon 2800 MHz processor.

IV.                                      Conclusion

Simulation results illustrate the opportunities of investigation of single-electron arrays with various number of islands by means of the physical model designed and system NANODEV depending on design and materials’ parameters.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты