Nanoelektronikai kvantum-eszközök tér-idő dinamikájának szimulációja a környezeti hatások figyelembevételével = Space-time dynamic simulation of nano-electronic devices considering the effect of the environment

摘要

A kutatás keretein belül a kutatási tervnek megfelelően nano-elektronikai eszközök szimulációja történt meg a hagyományos irányvonalnak tekinthető MOS alapú tranzisztorok, és az új architektúrák egyikét képviselő kvantum-pont sejt automata (QCA) esetén. A QCA-t érintő kutatásaink során modelleztük magát a kvantum sejtet a lehetséges kvantummechanikai időfüggő és időfüggetlen állapotok meghatározásával. Vizsgáltuk a környezeti hőmérséklet hatását a kvantummechanikai elektron állapotokra, valamint a vezérlő tér kapcsolási idejét az egyes állapotokra. Programot készítettünk logikai kapuk modellezésére. Elemeztük a szobahőmérsékleten működő QCA megvalósíthatóságának feltételeit, valamint a technológiai realizálás lehetőségeit. A MOS alapú tranzisztorok vizsgálata során kidolgoztunk 1D és 2D megoldó programot a drift diffúziós és sűrűség gradiens modellre. Megvizsgáltuk a modellek érvényességi körét csökkenő oxid vastagság függvényében. Az elektron eloszlás és kapacitás meghatározásával kvantitatív értékeket kaptunk a kvantum effektus lényeges szerepére. Ezenkívül, ekvivalens áramköri szimulációval kimutattuk, hogy a nemlineáris távvezeték esetén a kvantum hatások jelentős viselkedésbeli eltérést eredményezhetnek. | Based on the research plan, nano-electronic devices have been simulated, namely MOS type transistors and Quantum-dot Cellular Automata (QCA). MOS type transistor represents the traditional architecture, however QCA is a new paradigm of computational. In the case of QCA research the quantum cell has been modeled determining the quantum mechanical time dependent and time independent states. We investigated the effect of environmental temperature on electron states and the switching time between the electron states as a function control field. We prepared a computational program to simulate the logical gates. Realization of QCA on room temperature has been analyzed in the aspect of physical conditions and technological view point. During the research of MOS type transistors we developed 1D and 2D software in case of drift diffusion and density gradient model. The scope of the models has been investigated as a function of oxide thickness. Determining the electron density and capacitance we got quantitative description of significant quantum effects. On the other hand, using equivalent circuit simulation we pointed out the quantum effect - in the case of non-linear transmission line - could cause remarkable distortion.