سمینارهای متعددی در کشور، در مورد ترانزیستورهای نانولوله ی کربنی تا به حال انجام شده و مقالات زیادی در این زمینه انتشار یافته است. بعضی از پژوهشگران به مباحث علمی جدید در این زمینه پرداخته اند. در این سمینارها از نظرات بعضی از محققان و اساتید دانشگاه، که در این زمینه فعال هستند، استفاده کردیم ، از جمله : دکتر کیوان ناوی، دکتر محمد عشقی،دکتر شادرخ سماوی، دکتر مهدی دولتشاهی، دکتر محمد رضا رشادینژاد و دکتر مسعود جباری . این متن، چکیده و خلاصه ای از مبانی این تحقیق می باشد.
به دلیل نیاز جامعه به کاهش حجم مدارهای محاسباتی، سرعت عملکرد بالا و توان مصرفی کم در سالهای اخیر، سایز ترانزیستورهای CMOS به طور مداوم، کاهش می یافت. با کوچکتر کردن MOSFETها از ۱۰۰ نانومتر، اثراتی پیش خواهد آمد که برای MOSFETهـای بـا انـدازه هـای بزرگتر مهم نبوده اند. وقتیکه کانال، کوتاه شود، کنترل الکتروستاتیکی گیت روی کانال بـه خـوبی صـورت نمیگیرد و باعث اثرهای کانال-کوتاهی میشود که منجر بـه نسـبت جریـان روشـن بـه خـاموش کمتـر و انحراف مشخصات ولتاژ–جریان آن از مشخصات متناظر برای MOSFETهای با طول بزرگتر مـیشـود. بـرای MOSFETهای با کانال بزرگتر، انتقال بار از میان کانال از طریق عبور حاملها از بالای سد پتانسیل صـورت میگیرد و جریان نشتی به خاطر اکسید گیت ضخیم، قابل صرفنظرکـردن اسـت ولـی در بعـد نـانو، هـمتونلزنی سورس و درین و همتونلزنی گیت به طور عمدهای جریان نشتی را افـزایش مـیدهنـد و جریـان نشتی در تونلزنی حالت خاموش نیز افزایش مییابد. همچنین در کانالهای با طول کوتـاه، شـدت میـدان الکتریکی بسیار بالا میرود. این میدانها با کمترشدن طول کانال در ابعاد نانو به نحو قابل توجهی افـزایش مییابند. این میدانهای بزرگ دو پیامد مخرب را به همراه دارند؛ اول اینکـه جریـانهـای نشـتی بـالایی را تولید میکنند و دوم اینکه اگر میدان خیلی بالا رود، شکست بهمنـی رخ داده کـه مـیتوانـد مـوج جریـان بزرگی را تولید کرده و به افزاره آسیب کلی برساند. به تمامی این موارد میتوان پیچیدگی ساخت در ابعـاد نانو را هم اضافه کرد که تغییر اندکی در پیادهسازی اندازهها در این مقیـاس، باعـث خـروج افـزاره از ناحیـه عملکرد مورد نظر میشود.
پدیدآمدن مشکلات ذکر شده، باعث شده است کـه علـم طراحی مدارهای دیجیتال همـواره درپـی یـافتن راه حـلهـایی مناسب، برای غلبه بر این مشکلات و کاهش هرچه بیشتر اندازه افزارهها باشد. یکی از این راههـا، اسـتفاده از مواد جایگزین Si، در افزارهها بوده است. یعنی یافتن موادی که در مقیاسهای بسیار کوچک بتواننـد عملکرد بهتری نسبت به Si، داشته و انتقال حاملها در آنها به صورت مؤثرتری قابل کنترل باشـد. یکی از گزینهها، استفاده از نانولولههایکربنی به عنوان کانال در افزارههـای اثـرمیـدان مـیباشـد. نتـایج مطلوب بدست آمده از ساخت و شبیهسازی این افزارهها، باعث طرحشدن افـزارههـای اثـرمیـدان نانولولـهکربنی، به عنوان یکی از گزینههای محتمل برای تکنولوژیهای آتی ساخت مدارهای مجتمع دیجیتال شده است.
به این ترانزیستورها CNTFET(Carbon Nanotube Field Effect Tansistor) میگویند. هدایت الکتریکی نانولولهکربنی، از خواص جالب توجه آن است. در مطالعات متعددی، میزان قابلیت تحرک، که از آزمایشهای رسانایی در ترانزیستورها بدست میآید، گزارش شده است و نوعاً در حدود ۱۰۴-۱۰۳ سانتیمتر مربع بر ولت ثانیه است. قراردادن عایق با ضریب دیالکتریک بالا، بر روی نانولوله، قابلیت تحرک حامل را کاهش نمیدهد که این امر به علت ساختار هندسی نانولوله است که منجر به حذف باندهای آویزان میشود. این نانولوله های کربنی،گرما را به صورت مؤثری انتقال میدهند از اینرو میتوانند به عنوان خنک کننده ی سریع عمل کنند.
با توجه به کارایی خیره کننده ترانزیستورهای نانولوله کربنی، تمایل محققین به سمت این حوزه، در سالهای اخیر، بیشتر شده.
در سال ۱۹۹۱، Ijima، ساختاری جدید از مولکولهای کربن را به نام نانولوله های چنددیواره ی کربنی، معرفی کرد. در سال ۱۹۹۳، Ijima و همکارانش توانستند با ارائه نانولوله های تک دیواره ی کربنی، مشکلاتی را که بر سر راه MOSFET وجود داشت، برطرف کنند. نانولوله ها، با کمک ورقهای از جنس گرافیت، که حول یک بردار، پیچیده شده است، تهیه میشوند. با تغییر اندازه و جهت بردار فوق و همچنین، چینش اتمها حول محور نانولوله، میتوان قطر نانولوله را تغییر داد.
تغییر قطر، باعث میشود که نانولوله در قطرهای گوناگون، خاصیت الکتریکی متفاوتی از خود نشان دهد.
به عنوان مثال، زمانی که رابطهی n-m≠ ۳iبرقرار باشد، نانولوله از خود خاصیت نیمه هادی نشان میدهد. به همین دلیل، این ماده میتواند به عنوان جایگزینی مناسـب در کانـال ترانزیـستور در نـظر گرفته شـود تا بتـوان ترانزیستورهایی با ابعاد کمتر از ۲۲ نانومتر، ساخت. برای بیان مزایای استفاده از نانولولـه هـای کربنی، در ساخت ترانزیستورها میتوان از عملکرد بدون عیب در مقیاس کمتر از ۲۲ نانومتر، سرعت بسیار بالا به دلیل خاصیت انتقال بالستیک در طول کانال، توان مصرفی کم به دلیل ابعاد مینیاتوری،تولید جریان الکتریکی زیاد، تنظیم ولتاژ آستانه با تغییر قطر نانولوله، جنبش الکترونی زیاد، کنترل بهتر بر روی تشکیل کانال، هندسه و ابعاد مشابه نوع pو n، نام برد. با ساخت این ترانزیستورها، دریچه ای جدید بر محقّقان، گشوده شد که باعث ارائه ی مقالات بسیاری در چند سال گذشته بوده است. در میان خواص گوناگون نانولوله کربنی از همه بیشتر، خاصیت تغییر ولتاژ آستانه، توجه طرّاحان را به خود جلب کرد. ولتاژ آستانه ی ترانزیستور رابطه ای عکس با قطر نانولوله دارد. از آنجا که قطر نانولوله قابل تغییر است، ولتاژ آستانه ی این نوع ترانزیستورها را میتوان تغییر داد
تهیه و تنظیم : محمد رضا همتی وابسته به گروه فن آوا
