یک تغییر دهنده سطح ولتاژ زیر آستانه سطح کارآمد با استفاده از یک ویلسون اصلاح شده برای کاربرد هایی با توان پایین

An Area Efficient Sub-threshold Voltage Level Shifter using a Modified Wilson Current Mirror for Low Power Applications

چکیده

مقدمه

مطالعات قبلی

طرح LS پیشنهادی

تجزیه و تحلیل منطقی

ویژگی ها

نتایج شبیه سازی

تجزیه و تحلیل تاخیر

تجزیه و تحلیل انرژی در هر گذار

تجزیه و تحلیل قدرت

تجزیه و تحلیل قیاسی

نتیجه گیری

چکیده

در ارتباطات فعلی، یک تکنیک جدید برای پیاده سازی مدار تعویض کننده سطح ولتاژ آستانه کارآمد ناحیه کم توان (LS) معرفی شده است. مدار LS پیشنهادی تنها شامل نه ترانزیستور است و می تواند تا 100 مگاهرتز فرکانس ورودی با موفقیت عمل کند. LS پیشنهادی از ترانزیستور های ولتاژ تک آستانه ساخته شده است که نشان دهنده کم ترین پیچیدگی در ساخت و عملکرد بهتر از نظر تجزیه و تحلیل تاخیر و مصرف برق در مقایسه با سایر طرح های موجود می باشد. شبیه سازی مبتنی بر ابزار CAD در فناوری TSMC 180 نانومتر و مقایسه بین طرح پیشنهادی و سایر طرح های موجود نشان می دهد که طرح پیشنهادی برای طیف مشابهی از تبدیل ولتاژ با بیش ترین بهره وری ناحیه، بهتر از سایر طرح های جدید عمل می کند.

نتیجه گیری

در این مطالعه، محققان یک LS مبتنی بر نه ترانزیستور کم انرژی ارائه کرده اند که می تواند از ولتاژ زیر آستانه عمیق به ولتاژ تغذیه VDDH 1.8 ولت در فرکانس 10 مگاهرتز تبدیل شود. طرح پیشنهادی نشان دهنده تاخیر انتشار 19.9 ns در محدوده گسترده ای از ولتاژ های عامل است. محدوده ولتاژبالا برای فناوری CMOS 180 نانومتر، 1.8 ولت است. LS از ترانزیستور های آستانه متعدد اجتناب می کند، بنابراین، پیچیدگی های ساخت کاهش می یابند. LS پیشنهادی مبتنی بر آینه جریان ویلسون اصلاح شده، نشان دهنده پاسخ منطقی و کارکردی عالی در محدوده گسترده ای از فرکانس ها می باشد. مساحت طرح 92.3 μm2 در فناوری TSMC 180 نانومتر است. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که LS پیشنهادی محققان نشان دهنده PDP بهتر و کارآمدی سطح در مقایسه با سایر طرح های موجود می باشد.

Abstract

In the present communication, a new technique has been introduced for implementing low-power area efficient sub-threshold voltage level shifter (LS) circuit. The proposed LS circuit consists of only nine transistors and can operate up to 100 MHz of input frequency successfully. The proposed LS is made of single threshold voltage transistors which show least complexity in fabrication and better performance in terms of delay analysis and power consumption compared to other available designs. CAD tool-based simulation at TSMC 180 nm technology and comparison between the proposed design and other available designs show that the proposed design performs better than other state-of-the-art designs for a similar range of voltage conversion with the most area efficiency.

6- CONCLUSION

In this paper, the authors have presented a low-power nine transistor-based LS which can up-convert from the deep sub-threshold voltage to the VDDH supply voltage of 1.8 V at a frequency of 10 MHz. The proposed design shows the propagation delay of 19.9 ns over a wide range of operating voltages. The high voltage range is 1.8 Volt for CMOS 180 nm technology. The LS avoids multiple threshold transistors, thereby reducing the fabrication complexities. The modified Wilson current mirrorbased proposed LS shows excellent logical and functional response over a wide range of frequencies. The layout area is 92.3 μm2 at TSMC 180 nm technology. Therefore it can be concluded that authors’ proposed LS shows better PDP and area efficiency compared to available other designs.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

یک تغییر دهنده سطح ولتاژ زیر آستانه سطح کارآمد با استفاده از یک ویلسون اصلاح شده برای کاربرد هایی با توان پایین

An Area Efficient Sub-threshold Voltage Level Shifter using a Modified Wilson Current Mirror for Low Power Applications

طراحی و تحلیل سنسور نوری با حساسیت بالا مبتنی بر ترانزیستور ماسفت با گیت احاطه کننده استوانه ای برای کاربردهای با توان مصرفی کم

Design and analysis of high sensitivity photosensor using Cylindrical Surrounding Gate MOSFET for low power applications

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

طراحی و تحلیل سنسور نوری با حساسیت بالا مبتنی بر ترانزیستور ماسفت با گیت احاطه کننده استوانه ای برای کاربردهای با توان مصرفی کم

Design and analysis of high sensitivity photosensor using Cylindrical Surrounding Gate MOSFET for low power applications

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

اجرای مدل TFET SPICE برای تجزیه و تحلیل مدارهای بسیار کم توان

Implementation of TFET SPICE Model for Ultra-Low Power Circuit Analysis

چکیده

1- مقدمه

2- مدل سازی دستگاه

الف) مدل MOSFET

ب) مدل سازی های TFET

3- ارزیابی مدل

4- جمع بندی

چکیده

ما در این مقاله یک مدل فشرده برای ترانزیستور های تاثیر میدان تونلی (TFET) را ارائه کرده ایم، که تخمین کانال های مختلف را ترکیب میکند. بار کلی برای جریان تخلیه ، با استفاده از مجموع وزن دار بار تونلی و بار اکسید برای ناحیه ی همپوشانی گیت بر روی سورس، توصیف شده است. برای به دست آوردن مدل فشرده ی TFET برای شبیه سازی مدار هایی که در تمام منطقه های ولتاژی فعالیت میکند، جریان عملیاتی تحت این ولتاژ گیت به سورس و شرایط ولتاژ درین به سورس در این مطالعه در نظر گرفته شده است. Verilog ، که یک توصیف برای مدل پیشنهاد شده ی ما است، در یک شبیه ساز مدار اجرا شده است. پارامتر های مدل برای ساختار های متداول TFET ، با مقایسه ی نتایج شبیه سازی های دو بعدی TCAD ، به دست آمده است. بعد از تایید این شبیه سازی ها در سطح ترانزیستور، شبیه سازی های سطح مدار با نوسان کننده ی حلقه ای 81 مرحله ای با استفاده از مدل ما، انجام میشود.

4- جمع بندی

در این مطالعه، مدل فشرده برای TFET ها ، که از BSIM4 استفاده میکند، ارائه شده است. برای به دست آوردن مدل های فشرده ی TFET برای شبیه سازی مدار که در هر ناحیه ی ولتاژ اعمال میشود، جریان عملیاتی تحت Vgs و Vds در نظر گرفته میشود. پارامتر های مدل برای جریان تونل BTB، جریان نشتی برای TFET های متداول استخراج شده است و در این روند از مقایسه ی نتایج دو بعدی TCAD استفاده شده است . در این روند، S.S. های شدید کمتر از 60mV در هر ده دوره و پیوستگی ناحیه ی انتقال از حالت معکوس ضعیف تا معکوس قوی مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه سازی های سطح مدار با نوسان کننده های حلقه ای 81 مرحله ای با استفاده از مدل ها، اجرا شده است. ازین رو، مدل پیشنهاد شده ی ما یک ابزار مفید برای توصیف عملکرد مدارهای فوق کم توان بر روی TFET میباشد.

Abstract

We proposed a compact model for tunneling field effect transistors (TFETs), which combines BSIM4. Our proposed model for tunneling current is based on a drift-diffusion model under the gradual-channel approximation. The total charge for the drain current has been described by a weighted sum of the tunneling charge and the oxide charge for gate-to-source overlap region. In order to obtain TFETs compact model for circuit simulation that operates in every voltage region, the operating current under the various gate-to-source voltage and drain-to-source voltage conditions are considered. Verilog-A description for our proposed model are implemented in the circuit simulator. Model parameters are extracted for conventional TFETs structure by comparing with in-house 2-D TCAD simulation results. After the transistor-level verification, the circuit-level simulation of 81-stage ring-oscillator using our proposed model has been performed.

IV- CONCLUSION

In this study, the compact model of TFETs, which combines BSIM4, has been proposed. In order to obtain TFETs compact model for circuit simulation that operates in every voltage region, the operating current under the various Vgs and Vds conditions are considered. Model parameters for BTB tunneling current, leakage current were extracted for the conventional TFETs structure by comparing with 2D TCAD simulation results. In our formation, the steep S.S. less than 60mV/decade and the continuity of transition region from weak inversion to strong inversion have been expressed. The circuit-level simulation of 81-stage ring-oscillator using our proposed model was performed. Therefore, our proposed model will be a useful tool for characterizing an ultra-low circuit performance of TFETs.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

اجرای مدل TFET SPICE برای تجزیه وتحلیل مدار های بسیار کم توان

Implementation of TFET SPICE Model for Ultra-Low Power Circuit Analysis

مدل سازی ANFIS برای تشخیص باکتری بر سنسور زیستی GNR

ANFIS modeling for bacteria detection based on GNR biosensor

چکیده

مقدمه

آزمایشات

مدل پیشنهاد شده

مدل ANFIS

پیش بینی سنسورهای زیستی باکتریایی با استفاده از مدل ANFIS

نتایج

پایان

چکیده

پیشینه تحقیق: یکی از آلوتروپ های کربن، گرافن با ساختاری شش گوشه است که به صورت لایه ایی و در دو بعد گسترش می یابد. این ساختار دو بعدی با ایجاد سطح و ارتفاع بزرگتر، حساسیت بیشتری در نانوسنسورهای مبتنی بر گرافن، فراهم می کند. به علاوه به دلیل ویژگی های خاص گرافن مثل خواص الکتریکی، نوری و فیزیکی از آن به عنوان یک کاندید مناسب تر نسبت به دیگر مواد، جهت استفاده در سنسورها یاد می شود.
نتیجه: در این پژوهش، یک مجموعه از مدل های جدید با به کارگیری اثر میدان ترانزیستور (FET)، ساختارهای گرافن مورد استفاده را ایجاد کرده و از مشخصات جریان- ولتاژ (I-V) گرافن استفاده شد تا مکانیزم حساسیت را مدل سازی کند. از یک سیستم استنتاج عصبی-فازی سازگار (ANFIS)نیز استفاده شد تا مدل دیگری برای مشخصات جریان- ولتاژ (I-V) فراهم کند.
نتایج: مشاهده شد که رسانایی گرافن، زمانی که در معرض باکتری با غلظت cfu/ mL 104-0 قرار می گیرد، به شدت افزایش می یابد. بنابراین، نتایج نشان داد که مدل پیشنهاد شده سازگاری قابل قبولی با داده های آزمایشگاهی دارد و این سنسور زیستی می تواند با سطح حساسیت بالاتری، باکتری E. coli را شناسایی کند.

مقدمه

کشف باکتری Escherichia coli در تاریخ بشریت به سال 1885 میلادی باز می گردد و منسوب به باکتری شناس آلمانی TheodorEscheric است. او به رابطه ی بین تغییر شکل های خاص باکتری ها با اسهال و بیماری های گوارشی در نوزادان پی برد که یافته قابل توجهی در زمینه بهداشت عمومی بود. بنابراین به پاس تلاش های او نام این باکتری ها از Bacterium Coli به Escherichia coli تغییر یافت. قابل ذکر است که اغلب باکتری های E.coli باعث ایجاد هیچ گونه بیماری در انسان نمی شوند و حتی بعضا در جهت بهبود سلامت انسان عمل می کنند. اما برخی از این باکتری ها باعث ایجاد عفونت هایی شده که در گوارش اختلال ایجاد نمی کنند اما حجم ادرار را افزایش می دهند. E.coli ها در ساختار چندین سنسور زیستی مثل سنسورهای زیستی نوری، سنسورهای مبتنی بر فوتو دیود، سنسورهای زیستی راهنمای موج یک پارچه ، تکنیک های حساسیت الکتروشیمیایی یا سنسورهای زیستی نانو لوله های کربنی مبتنی بر یک ساختار FET که حد حساسیت خیلی بالایی دارند، مورد استفاده قرار گرفته اند. با این حال اغلب این آزمایشات به برچسب های خاص، برای تشخیص باکتری نیاز داشتند و بنابراین یک روش ساده تر مورد نیاز بود. بسیاری از سنسورهای ساخته شده قابل کنترل نیستند یا میزان حساسیت آن ها به طور قابل توجه ایی کمتر از حد مورد انتظار است. خواص و اسامی نانو مواد استفاده شده در سنسورهای E.coli به عنوان بخشی از نانوبیو تکنولوژی در جدول 1 آمده است.

نتیجه گیری

گرافن،وقتی در تماس با E. coliقرار گیرد، تغییرات قابل اندازه گیری در رسانایی را نشان می دهد. بنابراین پیشنهاد داده شد تا از این رفتار گرافن برای شناسایی این نوع باکتری استفاده شود. مشتق پارامتر کنترل غلظت باکتری(ψ) به یک مدل تحلیلی معرفی شده و مکررا محاسبه شد. سنسور تولید شده نیاز به برچسب ندارد، سریع و به شدت حساس است و باکتری های E. coli حتی در غلظت های کمتر از cfu/mL10 را شناسایی می کند. با مقایسه ی بین نتایج فراهم شده از مدل های تحلیلی و ANFIS می توان تخمین دقیق تری زد . با کمک این مدل ها یک شناخت واقعی از کارآیی سنسور زیستیِ در معرض E. coli بدست می آید که می تواند نیاز به انجام آزمایش های تجربی را حداقل کند.

Abstract

BACKGROUND: Graphene is an allotrope of carbon with two-dimensional (2D) monolayer honeycombs. A larger detection area and higher sensitivity can be provided by a graphene based nanosenor because of its two-dimensional structure. In addition, owing to its special characteristics including electrical, optical and physical properties, graphene is a known more suitable candidate than other materials for use in sensor applications.
RESULT: In this research, a set of novel models employing field effect transistor (FET) structures using graphene has been proposed and the current–voltage (I-V) characteristics of graphene have been employed to model the sensing mechanism. An adaptive neuro fuzzy inference system (ANFIS) algorithm has been used to provide another model for the current–voltage (I-V) characteristic.
CONCLUSION: It has been observed that the graphene device experiences a large increase in conductance when exposed to Escherichia coli bacteria at 0–104 cfu mL−1 concentrations. Accordingly, the proposed model exhibits satisfactory agreement with the experimental data and this biosensor can detect E. coli bacteria providing high levels of sensitivity.

INTRODUCTION

The discovery of Escherichia coli bacteria in human colon goes back to 1885 and is associated with German bacteriologist Theodor Escherich. He found correlations between particular strains of the bacteria and diarrhoea and gastroenteritis in infants which was a significant finding in the public health area; hence the change of the name of the bacteria from Bacterium Coli to Escherichia Coli in his honor.1,2 It must be noted that most E. coli bacteria do not cause any illness in humans, and some act to the benefit of the human body. However, several E. coli bacteria cause infections that are not gastrointestinal disorders, but rather those of the urinary tract.3,4 In E. coli sensing several biosensor structures have been used, such as optical biosensors, photodiode based sensing,5 integrated waveguide biosensors6 electro-chemical sensing techniques7 – 10 or carbon nanotube biosensors based on a FET structure with very high limits of sensing.11 – 14 Nonetheless, most of these experiments need the use of labels for detection; hence, a simpler method is required. Many of these biosensor fabrications are unmanageable or the limit of sensing is remarkably lower than preferred. Properties and definition of nanomaterials utilized as part of nanobiotechnology for E. coli sensing is recorded in Table 1.

CONCLUSION

The graphene component shows measureable changes in conductance when in contact with E. Coli, and this behavior is proposed to be used for the detection of this type of bacteria. A bacteria concentration control parameter (?) is introduced in the derivation of the analytical model and is calculated iteratively. The sensor created is label-free, rapid, extremely sensitive and selective for the detection of bacteria E. Coli, with a very low sensing limit of 10 cfu mL−1. Comparison between the results obtained from the analytical and ANFIS models enables more accurate estimations. With the aid of the proposed models, a realistic understanding of the biosensor performance under exposure to E. coli can be gained minimizing the need for empirical experiments.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مدل سازی ANFIS برای تشخیص باکتری بر سنسور زیستی GNR

ANFIS modeling for bacteria detection based on GNR biosensor

مدلسازی فشرده و اثر اتصال در ترانزیستور فیلم نازک (TFT)

Compact Modeling and Contact Effects in Thin Film Transistors

چکیده

1- مقدمه

2- ویژگیهای اتصال فلزی

A- توابع کار نیمه هادی و فلز

B- کیفیت اتصال و ناحیه نزدیک به بین وجهی

C- هندسه اتصال

D- ناحیه گذر(انتقال)

3- اثرات اتصال در OTFT ها

A- مدلهای اثرات اتصال

B- چه چیزی فراموش شده است؟

4- مدل فشرده برای ناحیۀ اتصال ترانزیستورهای OTFT

5- افزودن در یک مدل ترانزیستور OTFT

6- روش استخراج پارامتر

A- اهمیت یک مدل فشرده با اثرات اتصال

B- روش استخراجی ما

6- نتایج و بررسی ها

A- اثرات اندازۀ سازه

B- ترانزیستور دارای ناپایداری

C- اثرات دما

D- اثرات مانع یا حائل انرژی (Energy Barrier)

8- ایده هایی برای کارهای آینده

9- نتیجه گیری

چکیده

یک مدل فشرده برای تعیین ویژگیهای ولتاژ- جریان ترانزیستورهای لایه نازک آلی (OTFT) که در برگیرندۀ اثرات نواحی اتصال (contact regions) میباشد، پیشنهاد شد. حالات فیزیکی و ساختاری مختلف اتصالات با مواد آلی و سایر مواد نوظهور مثل گرافن، دی کالوژنیدها (dichalcogenide )ی نیمه هادی مثل MoS2 یا ابزار نانو سیمی (NW)، تشریح میگردند. رفتار الکتریکی اتصالات در ترانزیستورهای OTFT بررسی میشود و مدلهای مداری که آنها را تشریح میکنند مورد بررسی قرار میگیرند. دو روند در منحنیهای ولتاژ- جریان مشاهده میشوند: خطی (linear) و غیرخطی(nonlinear)، و مدلهای مختلفی برای تشریح آنها مورد استفاده قرار میگیرند. یک مدل یکپارچه شده برای ناحیۀ اتصال (یا ناحیۀ تماسcontact region) که هر دو روند را ایجاد میکند و ویژگیهای فیزیکی و ساختاری مختلف اتصالات در خود جای میدهد، توسعه داده میشود. این مدل بوسیلۀ یک پارامتر تشریح میشود و در یک مدل تحلیلی عمومی برای ترانزیستورهای لایه نازک(TFT) معرفی میگردد. تغییرپذیری در ساختارهای OTFT ، مواد و روشهای ساخت، منجر به انعطاف بسیار زیاد در مقادیر پارامترهای مدل میشود. در این رابطه، یک تکنیک تعیین ویژگی برای مشخص کردن مقدار پارامترهای مدل از داده های آزمایشی نیز توسعه داده میشود. تستهای فیزیکی مختلفی برای اعتبارسنجی نتایج تکنیک پیشنهاد میشوند. این روش روی داده های اخیر آزمایشی برای ترانزیستورهای بر پایۀ پنتاسن (pentacene-based transistors) اعمال میگردد. همخوانی خوب بین داده های آزمایشی و نتایج تحلیلی ما، راهی را برای ارتباط دادن پارامترهای مدل با منبع فیزیکی یا هندسی اثرات اتصالی در ترانزیستورهای OTFT فراهم میسازد.

9- نتیجه گیری

ما با بررسی دقیق دستیابی های گذشته و حال در مدلسازی اثرات اتصالی ترانزیستورهای OTFT مدلی را برای منحنی های ولتاژ- جریان در ناحیۀ اتصال ارائه داده ایم که روندهای مختلف دیده شده در داده های آزمایشی را با هم تلفیق می سازد. این مدل که مشخصۀ آن تنها یک پارامتر می باشد، در یک مدل بار کلی گنجانده شده است که دربرگیرندۀ یک تحرک گیت وابسته به ولتاژ نیز می باشد و براحتی به مدل کلی ترانزیستور FET با یک تحرک ثابت و بدون آثار اتصالی قابل کاهش دادن می باشد. ما یک روش تعیین خصوصیت برای بدست آوردن مقادیر پارامترهای مدل OTFTپیشنهاد داده ایم که نیازی به بازسنش بیشتر در مقایسه با مدلهای کریستالی ترانزیستورهای FET ندارد. ما تطابق خوب و قابل اطمینانی بین داده های آزمایشی با مدل عمومی TFT یافته ایم. ما سازگاری در ارتباط بین منبع فیزیکی اثرات اتصالی و پارامترهای مدل را چک کرده ایم. مدل پیشنهادی برای تشریح سازه های مختلف یا فرایندهای ساخت که در آنها از مواد آلی مشابه در ترانزیستور OTFT استفاده میشود، یک ابزار قدرتمند میباشد. این مدل در یک روش نسبتا آسان و سازگار، رفتار اساسی ترانزیستورها را هنگامیکه دما، طول و عرض کانال و موانع مختلف انرژی در ناحیۀ اتصال تغییر داده میشوند به ما نشان میدهد و همچنین اطلاعاتی در مورد چگالی بار آزاد در امتداد کانال ترانزیستور فراهم میسازد.

Abstract

A compact model for the current–voltage characteristics of organic thin-film transistors (OTFTs), which includes the effects of the contact regions, is proposed. Different physical and morphological aspects of contacts with organic or other emerging materials such as graphene, semiconducting dichalcogenides such as MoS2, or NW devices are described. The electrical behavior of the contacts is studied in OTFTs, and circuit models that describe them are reviewed. Two trends are observed in the current-voltage curves of the contacts of different OTFTs: linear and nonlinear, and different models are used to explain them. A unified model for the contact region that reproduces both trends and gathers the different physical and structural features of the contacts is developed. It is described by a single parameter and introduced in a generic analytical model for TFTs. The variability in OTFT structures, materials, and fabrication approaches gives rise to a strong variability in the values of the parameters of the model. In this regard, a characterization technique to determine the value of the parameters of the model from experimental data is also developed. Different physical tests are proposed to validate the results of the technique. The procedure is applied to recent experimental data for different pentacene-based transistors. The good agreement between the experimental data and our analytical results provides a way to relate the parameters of the model with the physical or geometrical origin of the contact effects in OTFTs.

IX- CONCLUSION

By carefully inspecting past and current achievements in modeling the contact effects of OTFTs, we have proposed a model for the current–voltage curves at the contact region that unifies different trends found in experimental data. This model, which is characterized by only one parameter, has been embedded in a generic charge drift model that also includes a gate voltage-dependent mobility. The model is easily reduced to the generic FET model with a constant mobility and no contact effects. We have proposed a characterization procedure to extract the values of the parameters of the OTFT model, which does not need major reassessment as compared to those for crystalline FETs. We have obtained reliable and good fitting of the TFT generic model to experimental data. We have checked the consistency in the bridge between physical origin of the contact effects and the parameters of the model. The proposed model is a powerful tool to describe the large amount of different structures or fabrication processes the same type organic material in an OTFT can be subjected to. The model captures, in a consistent and relatively simple way, the essential behavior of transistors when temperature, channel length, and width and different energy barriers at the contact region are varied. It also provides information about the free charge density along the transistor channel.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مدلسازی فشرده و اثر اتصال در ترانزیستور فیلم نازک (TFT)

Compact Modeling and Contact Effects in Thin Film Transistors

ترانزیستور بدون پیوند گیت-دوبل دی الکتریک-گیت-گوناگون (HGJLT) با اثرات تونل باند-به-باند کاهش یافته در رژیم زیرآستانه

Hetero-gate-dielectric double gate junctionless transistor (HGJLT) with reduced band-to-band tunnelling effects in subthreshold regime

Abstract

We propose a hetero-gate-dielectric double gate junctionless transistor (HGJLT), taking high-k gate insulator at source side and low-k gate insulator at drain side, which reduces the effects of band-to-band tunnelling (BTBT) in the sub-threshold region. A junctionless transistor (JLT) is turned off by the depletion of carriers in the highly doped thin channel (device layer) which results in a significant band overlap between the valence band of the channel region and the conduction band of the drain region, due to off-state drain bias, that triggers electrons to tunnel from the valence band of the channel region to the conduction band of the drain region leaving behind holes in the channel.These effects of band-to-band tunnelling increase the sub-threshold leakage current, and the accumulation of holes in the channel forms a parasitic bipolar junction transistor (n–p–n BJT for channel JLT) in the lateral direction by the source (emitter), channel (base) and drain (collector) regions in JLT structure in off-state. The proposed HGJLT reduces the subthreshold leakage current and suppresses the parasitic BJT action in off-state by reducing the band-to-band tunnelling probability.

1 Introduction

Recently, junctionless transistors (JLT)Œ1, based on Lilienfeld’s device, are being studied to overcome the scaling limitation of MOSFETs due to the simple fabrication steps of JLTs compared with those in conventional MOSFETs. Junctionless transistors do not have any metallurgical p–n junction unlike MOSFETs. They have NCN CN C or PCP CP C structures with thin body and highly doped channel and the source, channel and drain have uniform doping. A JLT is turned off by the depletion of carriers in the channel by a suitable work function difference of gate material and channel and turned on by bulk conduction of current through the thin highly doped channel. Different types of structures for junctionless transistor have also been proposed and fabricated, such as, junctionless nanowire gate-all-around (GAA) architectures, multi-gated nanowire architectures with silicon-on-insulator (SOI) and with bulk substrate, planar junctionless transistor on bulk substrate, planar junctionless transistor with non-uniform doping etc.

Many research works explore the physics of the junctionless transistorŒ4; 5; 8; 9 and the effect of band-to-band tunnelling (BTBT) on their characteristics has been studied in Refs. [10– 15]. The effect of band-to-band tunnelling, in off-state of JLT, has been studied in detail in Ref. [10]. In off-state, the suitable off current is maintained by the depletion of carriers in the channel on applying the work function difference in between the gate metal and the channel (MS/ and on application of drain bias, the conduction band of drain overlaps the valence band of the channel that triggers the electron to tunnel from the valence band of the channel to the conduction band of the drain (n-channel JLT). When an electron tunnels from the valence band of the channel to the conduction band of the drain, it creates holes in the channel and due to accumulation of holes in the channel, a parasitic bipolar junction transistor (n–p–n BJT for channel JLT) is formed in the lateral direction by the source (emitter), channel (base) and drain (collector) regions in JLT structure in off-state.The accumulation of holes increases the potential of a floating-body channel (base of parasitic BJT) and turns on the parasitic BJT by forward biasing the base-emitter junction, resulting in a large drain current (collector current of the BJT) in off-state of JLT. In this context, large static power dissipation due to large leakage current in off-state, which increases with the decrease of gate length from one technological node to the next one, has become a big problem for low standby power (LSTP) applications. Here, band-to-band tunnelling (BTBT) in off-state significantly affects the sub-threshold leakage current, and has to be handled carefully to reduce the static power dissipation.

Recently, the hetero-gate-dielectric tunnel field effect transistors (HGTFETs) have been theoretically proposed16; 17 and also experimentally investigatedŒ18 to improve electrical characteristics. It has been shown that the hetero-gate-dielectric tunnel field effect transistors (HGTFETs) have higher on current, lower ambipolar leakage current and smaller subthreshold slope without sacrificing chip density. The physics of ambipolar leakage current in TFETs is the same as the effect of bandto-band tunnelling in JLTs. Hence, combining the advantages of the hetero-gate-dielectric structure and junctionless transistor, we propose a hetero-gate-dielectric double gate junction- less transistor (HGJLT) to optimize electrical characteristics by reducing the band-to-band tunnelling (BTBT) current in sub threshold regimes. It has been shown that HGJLT has lower sub threshold leakage current and it suppresses the parasitic BJT action.

ترانزیستور اثر میدانی بر اساس پروتون

Field effect transistor based on protons as charge carriers

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ترانزیستور اثر میدانی بر اساس پروتون

Field effect transistor based on protons as charge carriers

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

سنجش آنزیمی توسط ترانزیستورهای الکتروشیمیایی

Enzymatic sensing with organic electrochemical transistors

1. مقدمه

2. مواد و روش

3. نتایج و بحث

4. نتیجه‌گیری

از زمان توسعه ترانزیستورهای الکتروشیمیایی (OECTs) در دهه 1980، توجه زیادی را در کاربردهای زیست‌محیطی به خود جلب کرده است. همراه با گسترش تکنولوژی نیمه‌هادی آلی، این دستگاه‌ها ازنظر مراقبتی و تشخیص‌های گسترده پزشکی خانگی موجود، قابلیت حرکت به سمت مراقبت‌های بهداشتی را دارند. متأسفانه مکانیسم کارکرد آن‌ها به‌خوبی شناخته نشده است، و این مانع توسعه بیشتر این تکنولوژی حیاتی می‌شود. در این مقاله سنسور گلوکز بر پایه OECT ها و آنزیم اکسایش-کاهش اکسیداز گلوکز مورد بررسی قرار گرفتند. یک منحنی کلی توصیف‌کننده عملکرد دستگاه در مقیاسی مناسب از مشخصات انتقال در غلظت‌های مختلف گلوکز، نشان داده شده است. نتایج،  فیزیک اصولی دستگاه و ایجاد ارتباطی میان پاسخ سنسور و غلظت ماده تجزیه شونده (آنالیت ) را بیان می‌کند. این درک بهبودیافته راهی برای بهینه‌سازی نسبی سنسور آنزیمی بر پایه ترانزیستور الکتروشیمیایی آلی را هموار می‌سازد.

1. مقدمه

حوزه الکترونیک آلی در میانه توسعه عظیم با نیمه‌هادی‌های آلی در کاربرد دستگاه‌های الکترونیکی و نوری مانند لامپ دیودی، سلول فوتوولتائیک، و ترانزیستور فیلم نازک، در نظر گرفته می‌شود.1 مزیت‌های کلیدی این مواد شامل قابلیت تنظیم خواص الکترونیکی آن‌ها با ترکیب شیمیایی و سازگاری با روش ساخت نورد است، که می‌تواند تولیدی فوق‌العاده کم‌هزینه باشد. تمرکز کنونی در این حوزه استفاده از دستگاه‌های پایه آلی به‌عنوان مبدل در سنسورهای زیستی و شیمیایی است.2-6 به‌طور خاص، ترانزیستورهای فیلم نازک آلی (OTFTs) به دلیل بازخوانی الکتریکی ساده آن‌ها، تقویت ذاتی سیگنال، کوچک‌سازی مستقیم، و ترکیب ساده آن‌ها با آرایه‌ها و مدارها در کاربردهای سنسوری موردتوجه قرار گرفتند. تا امروز، OTFT ها به‌منظور سنجش تغییر شکل و فشار مکانیکی، رطوبت و بخار آلی، PH و غلظت یونی، و انواع آنالیت های زیستی مربوطه استفاده شدند.2-7 

4. نتیجه‌گیری

رفتار سنسورهای آنزیمی OECT پایه بررسی شد. PEDOT:PSS به‌عنوان پلیمر رسانا استفاده شد، و اکسیداز گلوکزی آنزیم اکسایش کاهش به‌منظور تشخیص گلوکز به الکترولیت OECT اعمال شد. مقیاس بندی مناسب مشخصات انتقال ترانزیستور در غلظت‌های گلوکز مختلف، یک منحنی کلی از جریان منبع-تخلیه برحسب ولتاژ ورودی مؤثر می‌دهد. این مشاهده به تفهیم فیزیک سنسورهای آنزیمی OECT پایه کمک کرد. یک ولتاژ ورودی مؤثر برای احتساب توزیع القایی به پتانسیل در الکترود ورودی استفاده شد. ارتباطی میان جریان منبع-تخلیه و غلظت آنالیت ایجاد شد و منجر به سازگاری عالی با داده‌های آزمایشگاهی شد. این درک بهبودیافته راه را برای بهینه‌سازی نسبی سنسورهای آنزیمی OECT پایه هموار می‌سازد.

Since their development in the 1980’s organic electrochemical transistors (OECTs) have attracted a great deal of interest for biosensor applications. Coupled with the current proliferation of organic semiconductor technologies, these devices have the potential to revolutionize healthcare by making point-of-care and home-based medical diagnostics widely available. Unfortunately, their mechanism of operation is poorly understood, and this hinders further development of this important technology. In this paper glucose sensors based on OECTs and the redox enzyme glucose oxidase are investigated. Through appropriate scaling of the transfer characteristics at various glucose concentrations, a universal curve describing device operation is shown to exist. This result elucidates the underlying device physics and establishes a connection between sensor response and analyte concentration. This improved understanding paves the way for rational optimization of enzymatic sensors based on organic electrochemical transistors.

1. Introduction

The field of organic electronics is in the midst of tremendous development, with organic semiconductors being considered for applications in electronic and optoelectronic devices, including light emitting diodes, photovoltaic cells, and thinfilm transistors.1 Key advantages of these materials include tunability of their electronic properties via chemical synthesis and compatibility with roll-to-roll fabrication, which can yield ultra-low cost manufacturing. An emerging focus in the field involves the use of organic-based devices as transducers in chemical and biological sensors.2–6 In particular, organic thinfilm transistors (OTFTs) are attracting a great deal of interest for sensor applications due to their simple electrical readout, inherent signal amplification, straightforward miniaturization, and facile incorporation into arrays and circuits. To date, OTFTs have been used to sense mechanical deformation and pressure, humidity and organic vapors, pH and ion concentrations, and a variety of biologically relevant analytes.2–7

4. Conclusions

The behavior of OECT-based enzymatic sensors was investigated. PEDOT:PSS was used as the conducting polymer, and the redox enzyme glucose oxidase was introduced to the electrolyte of the OECT in order to detect glucose. Appropriate scaling of the transistor transfer characteristics at various glucose concentrations yielded a universal curve of the source–drain current versus effective gate voltage. This observation helped elucidate the physics of OECT-based enzymatic sensors. An effective gate voltage was used to account for Faradaic contributions to the potential at the gate electrode. A connection between source–drain current and analyte concentration was developed and resulted in an excellent fit to experimental data. This improved understanding paves the way for rational optimization of OECT-based enzymatic sensors.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

سنجش آنزیمی توسط ترانزیستورهای الکتروشیمیایی

Enzymatic sensing with organic electrochemical transistors

 بررسی رفتار گذرا و حالت پایدار از ترانزیستور الکتروشیمیایی آلی

Steady-State and Transient Behavior of Organic Electrochemical Transistors

1- مقدمه
2- تشریح مطالب و نتایج آن
2-1- مدل دستگاه
2-2- رفتار حالت پایدار
2-3- رفتار گذرا
3- نتیجه گیری
4- آزمایش

در سال های اخیر، ترانزیستورهای الکتروشیمیایی زیستی (OECTها) به عنوان تجهیزات جذاب برای انواع برنامه های کاربردی به ویژه موضوع حسگرها مطرح شده اند،. اگر چه مشخصه های الکتریکی OECTها با مشخصه های ترانزیستورهای اثر میدانی زیستی معمولی مشابه است، اما هنوز مدل های مناسب OECT گسترش نیافته است. به طور خاص، شناخت کمی در مورد ویژگی های گذرای OECTها وجود دارد، که توسط یک فعل و انفعال پیچیده بین جنبش (حرکت) یونی و الکترونیکی تعیین می شود. در این مقاله یک مدل ساده ارائه شده است تا پاسخ حالت ماندگار و گذرای OECTها با در نظر گرفتن این تجهیز از نظر مدار الکترونیکی و یونی مجددا بررسی شود. یک عبارت تحلیلی ساده می‌تواند برای مناسب سازی ویژگی های حالت پایدار OECT مورد استفاده قرار گیرد. برای حالت گذرا، مقایسه با داده های تجربی امکان برآورد تغییر محل حفره در پلی (اتیلن دی اکسیفن 3و 4) ناخالص شده با پلی (سولفونات استایرن) فراهم کرده است. این کار راه را برای بهینه سازی منطقی OECTها آسان کرده است. (در این مقاله منظور از داپینگ یا داپ شدن، فرآیند افزودن ناخالصی شیمیایی است)

1- مقدمه

حوزه الکترونیک زیستی به طور قابل توجهی در 20 سال گذشته عمدتا به دلیل بسیاری از ویژگی های مناسب نیمه‌هادی‌های زیستی گسترش یافته است، این ویژگی ها عبارتند از: هزینه کم، پردازش و تنظیم آسان از طریق شیمی ترکیبی. [1] در میان نیمه هادی ها، ترانزیستورهای زیستی با لایه نازک (OTFTها) به دلیل کارایی در الکترونیک (مدار) چاپی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. [2] در زیر مجموعه نیمه هادی ها، ترانزیستور الکتروشیمیایی زیستی (OECTها) با توجه به نحوه ساخت ساده و کار در ولتاژهای پایین خود را از دیگر ترانزیستورها متمایز کرده است [3]. توانایی کار در محیط های مرطوب (آبی) و ادغام با میکروفلودیک ها (سیال ها)، OECTها را برای انواع برنامه های کاربردی، به خصوص حسگرها تبدیل به یک انتخاب مناسب کرده است [4].

3- نتیجه گیری

در این مقاله ما یک مدل ارائه کردیم که رفتار حالت پایدار و گذرای OECTها را توصیف می کند. با استفاده از یک روش دو مداری، ماهیت یونی و الکترونیکی OECTها بررسی شد و رفتار دستگاه واقعی بازسازی گردید. این مدل در زمان استفاده برای مناسب سازی رفتار معمولی دستگاه در حالت پایدار بسیار قابل قبول بود. جریان گذرای سورس درین وجود دو نوع رفتار خاص کاهش یکنواخت یا افزایش و بهبود را پیش بینی کرده بود. با تغییر ولتاژ درین، هر دو نوع پاسخ در PEDOT:PSS OECT نشان داده شد. این مدل نشان می دهد که تنظیم مناسب پارامترهای دستگاه چگونه می تواند به عنوان ابزاری برای مینیمم کردن زمان پاسخ OECTها مورد استفاده قرار گیرد. پارامترهای معمولی مواد استخراج شده از مقایسه با آزمایش، تخمین معقول و منطقی برای PEDOT:PSS است. به طور کلی، این مدل ساده یک ابزار قدرتمند برای طراحی OECTها می باشد، که با تغییراتی می تواند برای طراحی های بسیار متفاوت ترانزیستورها مورد استفاده قرار گیرد.

In recent years, organic electrochemical transistors (OECTs) have emerged as attractive devices for a variety of applications, particularly in the area of sensing. While the electrical characteristics of OECTs are analogous to those of conventional organic field effect transistors, appropriate models for OECTs have not yet been developed. In particular, little is known about the transient characteristics of OECTs, which are determined by a complex interplay between ionic and electronic motion. In this paper a simple model is presented that reproduces the steady-state and transient response of OECTs by considering these devices in terms of an ionic and an electronic circuit. A simple analytical expression is derived that can be used to fit steady-state OECT characteristics. For the transient regime, comparison with experimental data allowed an estimation of the hole mobility in poly(3,4-ethylenedioxythiophene) doped with poly(styrene sulfonate). This work paves the way for rational optimization of OECTs.

1- Introduction

The field of organic electronics has grown significantly in the past 20 years largely due to the many desirable properties of organic semiconductors such as low cost, ease of processing and tunability through synthetic chemistry.[1] Among organic semiconductor devices, organic thin film transistors (OTFTs) have attracted considerable interest for their application in printed electronics.[2] Within the subset of OTFTs, organic electrochemical transistors (OECTs) have distinguished themselves in recent years given their simple fabrication and low voltage operation.[3] The ability to operate in aqueous environments and the integration with microfluidics make OECTs excellent candidates for a variety of applications, especially in the area of sensing.[4]

3- Conclusions

In this paper we have presented a model that describes the steady-state and transient behavior of OECTs. Utilizing a two circuit approach, the ionic and electronic nature of OECTs was accounted for and realistic device behavior was reproduced. The model showed excellent agreement when used to fit typical device behavior at steady-state. The source-drain current transient was predicted to exhibit two types of characteristic behavior: monotonic decay or spike-and-recovery. Both types of response were demonstrated in a PEDOT:PSS OECT by variation of the drain voltage. The model shows how tuning of the appropriate device parameters can be used as a means to minimize the response time of OECTs. Typical materials parameters extracted from comparison with experiment were reasonable estimates for the mobility of PEDOT:PSS. In general, this simple model is a powerful tool for design of OECTs, which can be modified to account for many variations in device design.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

 بررسی رفتار گذرا و حالت پایدار از ترانزیستور الکتروشیمیایی آلی

Steady-State and Transient Behavior of Organic Electrochemical Transistors

 ابزار CAD پیشرفته برای مدل سازی نویز از ترانزیستورهای اثر میدان میکروموج/ RF با عرض های دروازه بزرگ

 Advanced CAD tool for noise modeling of RF/microwave field effect transistors with large gate widths

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ابزار CAD ارتقا یافته برای مدل سازی نویز از ترانزیستورهای اثر میدان میکروموج/ RF با عرض های گیت بزرگ

 Advanced CAD tool for noise modeling of RF/microwave field effect transistors with large gate widths

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.