Першопринципи розрахуноку одноелектронних транзисторів на нанотубках вуглецю та бору
Анотація
Низьке споживання енергії, невеликий розмір пристрою та краща керованість носіїв заряду – це фактори, які зробили одноелектронний транзистор (SET) придатним кандидатом для молекулярної електроніки, але є деякі вдосконалення, які можна зробити для його практичного використання. Одноелектронний транзистор (SET) працює на основі тунелювання електронів через два тунельних переходи. Вибір відповідного острівного матеріалу відіграє ключову роль у тунелюванні електронів через тунельні переходи. В даній роботі виконані розрахунки першопринципів одноелектронних транзисторів на основі вуглецевих та нанотрубок на основі бору. Використовували три типи конфігурацій нанотрубок, тобто зигзаг (5,0), крісло (3,3) та хіральний тип (4,2), з найменшим можливим діаметром (приблизно 4A°). Розрахунки проводилися за допомогою пакету моделювання Atomistic Toolkit (ATK-VNL), який є пакетом на основі теорії функціональної щільності (DFT). У цій роботі для демонстрації властивостей SET на основі нанотрубок використовується наближення локальної щільності (LDA), а також узагальнене наближення градієнта (GGA). Ці підходи були реалізовані для нанотрубок, що лежать трохи вище діелектричного затвору. По обидва боки діелектрика присутні електроди, джерело ліворуч і стік справа. Використовувались металеві електроди із золота (W = 5,28еВ) та діелектричного матеріалу з діелектричною сталою . Енергії зарядки та додаткові енергії обох типів SET на основі нанотрубок як в ізольованому, так і в електростатичному середовищі були розраховані за допомогою наближень. Обчислені значення енергій заряджання в електростатичному середовищі виявились меншими, ніж енергії заряджання в ізольованій конфігурації, що показує перенормування рівнів молекулярної енергії. Обговорено варіації загальної енергії від напруги на затвору та діаграми стійкості заряду (CSD).
Завантаження
Посилання
D. Darau, G. Begemann, A. Donarini, M. Grifoni, M. Grifoni, Physics Review B, 79(23), 235404 (2009), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.235404.
T.A. Gschneidtner, Y.A. Diaz Fernandez and K. Moth-Poulsen, Progress in self-assembled single-molecule electronic devices, J. Materials Chemistry C, 1(43), 7127 (2013), https://doi.org/10.1039/C3TC31483A.
The Chip that Jack Built, Texas Instruments, accessed May 29, 2008.
G. Fiori, M. Pala and G. Iannaccone, IEEE Transactions on Nanotechnology, 4(4), 415-421 (2005), https://doi.org/10.1109/TNANO.2005.851284.
A. Chen, J. Hutchby, V. Zhirnov and G. Bourianoff, Emerging Nanoelectronics Devices, (John Wiley & Sons, 2015), pp. 540.
J. Wu, J. Min and Y. Taur, IEEE Transactions on Electron Devices”, 62(9), 3019–3024 (2015), https://doi.org/10.1109/TED.2015.2458977.
C. Bäuerle, D.C. Glattli, T. Meunier, F. Portier, P. Roche, P. Roulleau and X. Waintal, Reports on Progress in Physics, 81(5), 056503 (2018), https://doi.org/10.1088/1361-6633/aaa98a.
J. Jalil, Y. Zhu, C. Ekanayake and Y. Ruan, Nanotechnology, 28(14), 142002 (2017), https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa57aa.
S.I. Garduño, A. Cerdeira, M. Estrada, J. Alvarado, V. Kilchystka and D. Flandre, J. Applied Physics, 109, 084524 (2011), https://doi.org/10.1063/1.3575324.
K.K. Likharev, Proceedings of the IEEE, 87, 606-632 (1999), https://doi.org/10.1109/5.752518.
M.L. Perrin, B. Enrique and H.S.J. van der Zant, Chemical Society Reviews 44, 902- 919 (2015), https://doi.org/10.1039/C4CS00231H.
Y. Takahashi, Y. Ono, A. Fujiwara and H. Inokawa, J. Physics. Condensed Matter, 14, 995 1033 (2002), https://doi.org/10.1088/0953-8984/14/39/201.
V.K. Hosseini, M.T. Ahmadi, S. Afrang and R. Ismail, J. Electron. Mater. 46(7), 4294–4298 (2017), https://doi.org/10.1007/s11664-017-5354-7.
V.V. Shorokhov, D.E. Presnov, S.V. Amitonov, Y.A. Pashkin and V.A. Krupenin, Nanoscale, 9, 613-620 (2017) https://doi.org/10.1039/C6NR07258E.
F. Wang, J. Fang, Sh. Chang, Sh. Qin, X. Zhang, H. Xu, Physics Letters A, 381, 476-480 (2017), https://doi.org/10.1016/j.physleta.2016.11.015.
V. Khadem Hosseini, M T. Ahmadi, S. Afrang and R. Ismail, J. Electron. Mater. 46, 4294-4298 (2017), https://doi.org/10.1007/s11664-017-5354-7.
Z.A.K. Durrani, Single-electron devices and circuits in silicon, (Imperial College Press, London, 2010).
F. Willy and Y. Darma, J. Physics: Conference Series, 739, 012048 (2016), https://doi.org/10.1088/1742-6596/739/1/012048.
K. Seike, Y. Kanai, Y. Ohno, K. Maehashi, K. Inoue and K. Matsumoto, Japanese Journal of Applied Physics, 54, 06FF05 (2015), https://doi.org/10.7567/JJAP.54.06FF05.
X. Yang, Y Ding and J. Ni, Physics Review B, 77, 041402(R), (2008), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.041402.
D. Zhang, R. Zhu and C. Liu, J. Mater. Chem., 16, 2429-2433, (2006), https://doi.org/10.1039/B517480E.
A. Quandt and A.Y. Liu and I. Boustani, Physical Review B, 64, 125422 (2001), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.125422.
D. Ciuparu, R.F. Klie, Y. Zhu and L. Pfefferle, J. Physical Chemistry B, 108, 3967-3969 (2004), https://doi.org/10.1021/jp049301b.
A. Quandt and I. Boustani, Chem. Phys. Chem. 6, 2001-2008 (2005), https://doi.org/10.1002/cphc.200500205.
V. Bezugly, J. Kunstmann, B. Grundkotter-Stock, T Frauenheim, T. Niehaus and G. Cuniberti, ACS Nano 5, 4997-5005 (2011), https://doi.org/10.1021/nn201099a.
F. Liu, C. Shen, Z. Su, X. Ding, S. Deng, J. Chen, N. Xuand and H. Gao, Jour. Mater. Chem. 20, 2197–2205 (2010), https://doi.org/10.1039/B919260C.
V. Bezugly, J. Kunstmann, B. Grundkotter-Stock, T. Frauenheim, T. Niehaus and G. Cuniberti, ACS Nano, 5, 4997-5005 (2011), https://doi.org/10.1021/nn201099a.
L.C. Qin, X. Zhao, K. Hirahara, Y. Miyamoto, Y. Ando and S. Iijima, Nature, 408, 50 (2000), https://doi.org/10.1038/35040699.
Atomistic Toolkit-Virtual Nanolab. Quantum wise A/S, http://quantumwise.com/
M. Brandbyge, J.L. Mozos, P. Ordejón, J. Taylor and K. Stokbro, Physical Review B, 65, 165401 (2002), https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.165401.
J. Robertson, The European Physical Journal-Applied Physics, 28, 265-291 (2004), https://doi.org/10.1051/epjap:2004206.
Synopsys Inc. Mountain, CA94043, http://docs.quantumwise.com/tutorials/work_function_ag_100/work_function_ag_100.html.
K.I. Hashim, J. Applied Mathematics and Physics, 6, 1324-1331 (2018), https://doi.org/10.4236/jamp.2018.66111.
K. Capelle, Brazillian Journal of Physics, 36, 1318-1343 (2006), http://dx.doi.org/10.1590/S0103-97332006000700035.
R. Nityananda, J. Science Education, 22(8), 809-811 (2017), https://doi.org/10.1007/s12045-017-0529-3.
U. Mordovina, T. E. Reinhard, I. Theophilou, H. Appel and A. Rubio, J. Chemical Theory and Computation, 15, 5209-5220 (2019), https://doi.org/10.1021/acs.jctc.9b00063.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
