Nanoelectronics

Nanoelectronics Download : http://www.kmitl.ac.th/~ktthutiy

p>>n n>>p - + - + x - + Zero Bias voltage, V(x) ~0.7 volts (for Si) At zero bias (vD=0), very few electrons or holes can overcome this built-in voltage barrier of ~ 0.7 volts (and exactly balanced by diffusion) iD = 0

Transistors Marius Grundmann, “The Physics of Semiconductors”, Springer, 2006

Marius Grundmann, “The Physics of Semiconductors”, Springer, 2006

Field-effect transistor Field-effect transistor ทำงานด้วยหลักของการควบคุมด้วยแรงดันไฟ (Voltage-Control) โดยการอาศัยค่าแรงดันไฟระหว่างขาเกต (Gate) ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกระแสทางออก จังชันฟิลด์เอฟเฟ็คท์ทรานซิสเตอร์หรือเจเฟท ควบคุมกระแสที่ไหลผ่านช่องเดินกระแส (Channel) ด้วยค่าการรีเวิร์สจังชัน

Field-Effect Transistors

อิเล็กตรอนที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเท่ากับหรือเล็กกว่า 50 นาโนเมตร จะถูกเร่งจากสนามไฟฟ้าให้เคลื่อนที่เร็วขึ้น จนทำให้เกิดการรั่วไหลของอิเล็กตรอนออกจากทรานซิสเตอร์กลายไปเป็นพลังงานความร้อน • เนื่องจากทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กมากและอยู่ใกล้ชิดกันมากขึ้นจนอาจเป็นสาเหตุให้อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ทะลุ (tunneling) ผ่านเกทไปยังอีกด้านหนึ่งของทรานซิสเตอร์ได้โดยไม่ต้องอาศัยกำแพงศักย์ • ไม่สามารถสร้างวงจรไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กกว่า 50 นาโนเมตรได้ ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา, ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ

Here n1 and n2 are the number of electrons passed through the tunnel barriers 1 and 2, respectively, so that n = n1 - n2, while the total island capacitance, C∑, is now a sum of CG, C1, C2, and whatever stray capacitance the island may have.

ความเดิมจากครั้งที่แล้วความเดิมจากครั้งที่แล้ว

1. โครงสร้างแบบบ่อควอนตัม (Quantum well: QW) ซึ่งในโครงสร้างแบบนี้การเคลื่อนที่ของพาหะจะสามารถทำได้ในสองมิติเท่านั้นซึ่งอาจจะเรียกว่า one-dimensional confinement 2. โครงสร้างแบบสายควอนตัม (Quantum wire) ซึ่งในโครงสร้างแบบนี้การเคลื่อนที่ของพาหะจะสามารถทำได้ในหนึ่งมิติเท่านั้นซึ่งอาจจะเรียกว่า two-dimensional confinement 3. โครงสร้างแบบจุดควอนตัม (Quantum dot: QD) ซึ่งในโครงสร้างแบบนี้การเคลื่อนที่ของพาหะจะสามารถทำได้ในศูนย์มิติเท่านั้นซึ่งอาจจะเรียกว่า three-dimensional confinement

one-dimensional confinement two-dimensional confinement three-dimensional confinement

Work function

Type I Type II (staggered) Type II (misaligned)

ปัจจัยที่มีผลต่อคุณสมบัติที่สำคัญของ QW • กำแพงศักย์ของอิเล็กตรอน • กำแพงศักย์ของโฮล • ความหนาของชั้นกำแพง • ความหนาของชั้นบ่อ

ปรากฏการณ์ควอนตัมไซซ์จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อปรากฏการณ์ควอนตัมไซซ์จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อ ความหนาของชั้นบ่อสอดคล้องกับเงื่อนไขดังต่อไปนี้ • ความหนาของชั้นบ่อต้องน้อยกว่าความยาวคลื่นของเดอบรอยล์ • ความหนาของชั้นบ่อต้องน้อยกว่าระยะทางการแพร่ซึมของอิเล็กตรอน ระยะทางการแพร่ซึมของอิเล็กตรอน เวลาการกระเจิงของอิเล็กตรอน

Exerciseจงคำนวณค่าระดับพลังงานควอนไตซ์ E1 และ E2 ของอิเล็กตรอนในควอนตัมเวลล์ชนิด GaAs/AlAs ซึ่งชั้นบ่อมีความหนา 100 A และมวลประสิทธิผล

Exerciseจงคำนวณค่าระดับพลังงานควอนไตซ์ E1 ซึ่งมี หนา 50 A เป็นชั้นบ่อใน QW ชนิด InGaAs/InP กำหนดให้มวลประสิทธิผลของอิเล็กตรอน

Nanowire MOSFET http://ult-rikj.blogspot.com/2011/07/nanoelectronics-molecular-scale.html

Nanoscale electronics • The current state of microelectronics and • extensions to the nanoscale • Nanotechnology-based Strategies: • Single-Electron Tunneling • Nanotechnology-based Strategies: • Molecular wires • Nanoelectronic devices(OLED, OPV, etc.)

Nanotechnology-based Strategies: Single-Electron Tunneling Theory of Single-Electron Devices Krzysztof Iniewski, “Nanoelectronics :Nanowires, Molecular Electronics, and Nanodevices”, McGraw-Hill, 2011.

Krzysztof Iniewski, “Nanoelectronics :Nanowires, Molecular Electronics, and Nanodevices”, McGraw-Hill, 2011.C

Nanotechnology-based Strategies: Molecular wires

“ball and stick” 4,4′-biphenyldithiol (BPD) molecule

polyphenylene-based molecular rectifying diodes embedded in Tour wires

Nanoelectronics