نشریه مهندسی برق و الکترونیک ایران (انجمن مهندسین برق و الکترونیک ایران)
سال:1400 | دوره:18 | شماره:1 |تعداد مقالات:14

یکی از مشکلات اصلی دیودهای اثر میدانی(FED)، افزایش جریان خاموشی ان با کاهش طول کانال می باشد. از این رو در این مقاله ساختار جدیدی ارایه شده است که با کاهش سطح اشتراک کانال با نواحی سورس و درین و بدون نیاز به مخازن ها میزان تزریق حامل های اضافی به کانال کاهش یافته و کنترل گیت بر کانال افزایش می یابد. با تکنیک به کار رفته و بدون نیاز به مخازن ها حجم نواحی سورس و درین نسبت به ساختار دیوداثرمیدانی با اتصال جانبی(S-FED) افزایش یافته و موجب بهبود جریان روشن می شود از این رو با مقایسه ساختار ارایه شده و S-FED نشان داده می شود که پارامترهای مهمی همچون جریان روشن، نسبت جریان روشن به خاموش، تاخیر گیت و حاصلضرب انرژی درتاخیرگیت بهبود بخشیده شده است و لذا ساختار ارایه شده می تواند جایگزین مناسبی برای ساختار های متداول باشد.

خواص الکترونیکی و رفتار یکسوسازی دیود های خود سوییچ گرافنی با آلایش گیت های جانبی با اتم های نیتروژن و بور، با استفاده از روش تنگ بست تابعی چگالی، مورد بررسی قرار گرفت. آلایش گیت های ادوات، سبب تغییر هدایت الکتریکی نانو نوار گرافنی گیت ها و کانال نیمه هادی می گردد. در نتیجه، اندازه ولتاژ آستانه بایاس مستقیم به میزان قابل ملاحظه ای کاهش یافته، به صورتی که در ساختارهای 565 آلایش یافته با اتم های بور و نیتروژن، این ولتاژ نزدیک به صفر است. همچنین، جریان الکتریکی عبوری در بایاس مستقیم و معکوس ادوات آلایش یافته، نسبت به ساختار غیر آلاییده، به ترتیب افزایش و کاهش یافته است. در بین همه ساختارها، ساختار 565 آلایش یافته با اتم های بور، دارای بیشترین نسبت یکسوسازی به میزان 55/558 است و ماکزیمم جریان عبوری در بایاس مستقیم در محدوده بایاس اعمالی نیز مربوط به این ساختار، به مقدار μ A56/8 است.

در این مقاله، استفاده از ترانزیستورهای DTMOS به جای ترانزیستورهای ماسفت در یک سلول حافظه CAM سه ارزشی مبتنی بر ممریستور(MTCAM) پیشنهاد می شود. همچنین، تاثیر به کارگیری سه روش بایاس مستقیم بدنه در ترانزیستورهای DTMOS بر عملکرد سلول MTCAM در وضعیت نوشتن بررسی می شود. روش های بایاس بدنه عبارتند از: اتصال مستقیم گیت و بدنه (DT1)، اتصال مستقیم درین و بدنه (DT2) و اتصال گیت و بدنه با منبع ولتاژ 1/0 ولت (DT3). نتایج شبیه سازی سلول های MTCAM مبتنی بر DTMOS در مقایسه با سلول MTCAM مبتنی بر ماسفت نشان می دهد روش DT1 باعث بهبود توان مصرفی کل و حاصل ضرب توان و تاخیر (PDP) به ترتیب به میزان %86 و %42 اما افزایش تاخیر به میزان %30 می شود، روش DT2 باعث بهبود توان مصرفی کل و PDP به ترتیب به میزان %87 و %60 اما افزایش تاخیر به میزان %20 می شود و روش DT3 باعث بهبود توان مصرفی کل و PDP به ترتیب به میزان %89 و 74% اما افزایش تاخیر به میزان %14 می شود. بنابراین، سلول DT3-MTCAM کمترین توان مصرفی و تاخیر را دارد و برای کاربردهای توان پایین مناسب تر است. شبیه سازی ها در فرکانس 40 مگاهرتز و تکنولوژی 180 نانومتر CMOS انجام شده است.

بطورکلی سوییچ های RF MEMS از نظر نوع اتصال شامل دو دسته سوییچ های خازنی و فلز-به-فلز می شوند. سوییچ های خازنی RF MEMS بدلیل توانایی انتقال سیگنال با فرکانس بیشتر و توان بیشتر، سوییچ های بهتری نسبت به سوییچ های فلز-به-فلز محسوب می شوند. این مقاله یک سوییچ RF MEMS خازنی موازی معلق را با ولتاژ تحریک پایین، نسبت خازنی بالا، زمان سوییچینگ خوب و ایزولاسیون بالا ارایه می دهد. در این سوییچ از پل آلومنیومی بدلیل داشتن مدول یانگ بالا و چگالی پایین استفاده شده است که به کاهش زمان سوییچینگ کمک می کند. همچنین آلومنیوم رسانایی الکتریکی خوبی دارد که منجر به افزایش ایزولاسیون می شود. سوییچ ارایه شده بر روی یک خط CPW با امپدانس 50 اهم طراحی شده است و از ZrO2 به عنوان لایه دی الکتریک استفاده شده است. روی سطح پل، 24 حفره قرار داده شده است که منجر به کاهش ضریب دمپینگ و افزایش سرعت سوییچینگ می شود. ولتاژ تحریک برای این سوییچ برابر 5. 7 ولت است و نسبت خازنی 231 می باشد. تجزیه و تحلیل فرکانس رادیویی با استفاده از نرم افزار HFSS انجام شده است. نتایج بدست آمده، ایزولاسیون 27-دسی بل، تلفات ورودی0. 2-دسی بل و تلفات بازگشتی 22-دسی بل در فرکانس 17 گیگاهرتز را نشان می دهد. همچنین زمان سوییچینگ 32 میکروثانیه بدست آمده است.

در این مقاله ابتدا ساختار ترانزیستورهای UTBB تمام تخلیه سیلیکون روی عایق دو لایه را بررسی می کنیم. اهمیت محاسبه زمان تاخیر برای ترانزیستورهای UTBB تمام تخلیه سیلیکون روی عایق در آنجا دیده می شود که علی رغم فواید بایاس مستقیم زیرلایه همیشه نمی توان به زیرلایه بایاس مستقیم اعمال کرد و برای داشتن مصالحه بین سرعت و نشتی لازم است ابتدا زیرلایه در حالت بدون بایاس باشد تا میزان نشتی ثابت بماند سپس بایاس مستقیم را برای داشتن حداکثر سرعت ترانزیستور اعمال کرد. سرعت کلیدزنی این عمل باید بسیار زیاد باشد. زمان تاخیر ترانزیستور در کلیدزنی ولتاژ زیرلایه متاثر از میزان ناخالصی زیرلایه است و هر چه میزان ناخالصی زیر لایه افزایش یابد زمان تاخیر کمتر خواهد بود. به نحوی که برای غلظت زیر لایه برابر1015 زمان تاخیر 1 میکروثانیه است و برای غلظت زیرلایه برابر 1018 این زمان به 0. 03 نانوثانیه کاهش می یابد. درنتیجه غلظت زیرلایه بر زمان روشن شدن ترانزیستور اثر دارد و باید به عنوان یک فاکتور مهم در طراحی مدار لحاظ گردد، چراکه وقتی ترانزیستور به حالت پایدار برسد، زمان تاخیر می تواند باعث ایجاد نویز و جیتر در سیگنال خروجی مدارات دیجیتال شود.

تشعشع پرتو پرانرژی فرابنفش بر دیودهای نوری PIN، پارامترهای مطلوب این نوع فوتودیودها را کاهش می دهد. در این مقاله با ارایه مدل شبیه سازی، به بررسی اثرات تابش اشعه فرابنفش بر مشخصه ی جریان روشنی در دو نوع دیود نوری گالیوم آرسنایدی و سیلیکونی پرداخته و جهت تایید روابط تحلیلی، به کمک نرم افزار سیلواکو-اطلس هر دو مدل دیودی شبیه سازی می شود. ابتدا دو مدل (سیلیکونی و گالیوم آرسنایدی) تحت تابش منبع فرابنفش با طول موج 300 نانومتر قرار گرفته و سپس، به بررسی پاسخ آن ها در چندین بایاس معکوس پرداخته می شود. درنهایت مشاهده می شود که پس از تابش، جریان تاریکی در هر دو مدل دیود نوری، به طور قابل توجهی افزایش یافته است. همچنین جریان روشنی در دیود نوری گالیوم آرسناید خیلی بیشتر از مدل مشابه سیلیکونی آن است. این پدیده ناشی از حساسیت بالاتر فوتودیودهای گالیوم آرسنایدی به اشعه ی پر انرژی است. تشعشع پرتو پرانرژی فرابنفش بر دیودهای نوری PIN، پارامترهای مطلوب این نوع فوتودیودها را کاهش می دهد. در این مقاله با ارایه مدل شبیه سازی، به بررسی اثرات تابش اشعه فرابنفش بر مشخصه ی جریان روشنی در دو نوع دیود نوری گالیوم آرسنایدی و سیلیکونی پرداخته و جهت تایید روابط تحلیلی، به کمک نرم افزار سیلواکو-اطلس هر دو مدل دیودی شبیه سازی می شود. ابتدا دو مدل (سیلیکونی و گالیوم آرسنایدی) تحت تابش منبع فرابنفش با طول موج 300 نانومتر قرار گرفته و سپس، به بررسی پاسخ آن ها در چندین بایاس معکوس پرداخته می شود. درنهایت مشاهده می شود که پس از تابش، جریان تاریکی در هر دو مدل دیود نوری، به طور قابل توجهی افزایش یافته است. همچنین جریان روشنی در دیود نوری گالیوم آرسناید خیلی بیشتر از مدل مشابه سیلیکونی آن است. این پدیده ناشی از حساسیت بالاتر فوتودیودهای گالیوم آرسنایدی به اشعه ی پر انرژی است.

چکیده-با پیشرفت تکنولوژی و کوچک شدن اندازه ی ترانزیستورها به ویژه در تکنولوژی های کمتر از 90 نانومتر، یکی از بزرگترین مشکلات مدارهای CMOS متعارف مصرف توان ایستای بالا به خاطر افزایش نمایی جریان نشتی ترانزیستور ها است. افزاره های spintronic از جمله پیوند تونل مغناطیسی ((magnetic tunnel junction MTJ به علت مصرف توان ایستای پایین, غیرفرار بودن, سازگاری با ترانزیستورهای CMOS و امکان ساخت در چگالی های بالا یکی از گزینه های جایگزین برای طراحی مدار های ترکیبی MTJ/CMOS هستند. در سال های اخیر چندین حافظه مغناطیسی با استفاده از MTJ طراحی و ارایه شده است. این حافظه ها از مشکلاتی مانند مصرف توان بالا و سرعت پایین رنج می برند. در این مقاله روش نوشتن جدیدی برای کاهش توان پویای مصرفی مدار و اصلاحاتی برای کاهش توان ایستا در مدار مورد استفاده برای نوشتن در MTJ ها ارایه شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که حافظه پیشنهادی نسبت به حافظه های پیشین تا 97 درصد توان ایستا و تا 71 درصد توان پویای کمتری مصرف می کند.

در این مقاله، عملکرد یک مدولاتور نوری مبتنی بر ماده ای با خواص ضریب گذردهی نزدیک صفر(ایندیوم تین اکساید)در باند فرکانسی مخابرات نوری به ازای ضخامت های متفاوت لایه تجمع بار بررسی می شود. در این مدولاتور از طرح خازن فلز-اکسید-نیمه هادی برای تغییر بار الکتریکی در لبه دی الکتریک و ایندیوم تین اکساید استفاده می شود. از حل کننده مد انتشاری برای یافتن پارامترهای اساسی مدولاتور استفاده می شود. در این مقاله از یک مدل رایج برای معرفی لایه تجمع بار در ایندیوم تین اکساید استفاده می شود. پاسخ بدست آمده وجود یک بیشینه در نمودار تلفات الحاقی در ولتاژ 3/2 ولت با ضخامت لایه ی 1 نانومتر را نشان می دهد. این مقدار حدود dB/μ m 4/8 است. نتایج بدست آمده از تغییرات ضخامت لایه های ایندیوم تین اکساید و دی الکتریک استفاده شده، افت میزان تلفات و نرخ خاموشی به ازای افزایش آنها را نشان می دهد. همچنین افزایش ضخامت بار الکتریکی در ایندیوم تین اکساید باعث افزایش ولتاژ خاموشی در مدولاتور می شود. در ضمن این کار میزان تلفات الحاقی را نیز افزایش می دهد.

در این مقاله یک فیلتر پلاسمونیکی ساخته شده از یک رینگ شکاف دار، دو ساختار U شکل و دو موجبر مستقیم طراحی و بررسی شده است. در ساختار پیشنهادی رینگ شکاف دار و ساختار U شکل بین دو موجبر مستقیم واقع شده اند. شبیه سازی ها براساس روش FDTD صورت پذیرفته است. فیلتر دارای ساختار فلز-عایق-فلز است. رینگ شکاف دار، ساختارهای U شکل و موجبرهای مستقیم متشکل از هوا هستند که در زمینه نقره واقع شده اند. در ساختار پیشنهادی با توجه به زاویه شکاف می توان شدت توان انتقالی و میزان تشدید را تنظیم کرد و تغییر داد. فیلتر پیشنهادی امکان محدود سازی نور در ابعاد زیر طول موجی (در حد نانو) را داشته که آن را برای مدارات مجتمع نوری مناسب می سازد. بنابراین با تنظیم پارامترهای ساختار امکان دست یابی به شدت توان انتقالی برابر با 90% مقدور خواهد بود.

تکنولوژی اتوماتای سلولی نقطه ای کوانتومی یک راهکار جایگزین برای غلبه بر محدودیتهای حاکم بر تکنولوژی CMOS است. در این مقاله، یک ساختار جدید برای لچ نوع D در تکنولوژی اتوماتای سلولی نقطه ای کوانتومی که دارای پایه های نشاندن و بازنشانی است، ارایه شده است. ساختار پیشنهادی علیرغم داشتن پایه های نشاندن و بازنشاندن، تنها دارای 35 سلول کوانتومی، تاخیری معادل با نیم سیکل کلاک و سطح مقطع اشغالی برابر با 39204 نانومترمربع است. سپس از این ساختار برای پیاده سازی فلیپ فلاپهای نوع D دارای پایه های نشاندن و بازنشاندن حساس به لبه بالارونده، پایین رونده و هر دو لبه استفاده شده است. به عنوان نمونه ساختار پیشنهادی فلیپ فلاپ نوع D حساس به لبه بالا رونده با پایه های نشاندن و بازنشانی دارای 55 سلول کوانتومی، تاخیر 75/0 سیکل کلاک و سطح مقطع اشغالی 61404 نانومترمربع است. در ادامه جهت اثبات صحت رفتاری مدار پیشنهادی در مدارهای پیچیده تر، این ساختارها در قالب آشکارساز فاز-فرکانس، تقسیم کننده فرکانسی و شمارنده مورد استفاده قرار گرفته است. برای ساختارهای پیشنهادی شبیه سازی پارامترهای توان نیز صورت گرفته است.

در این مقاله هدف طراحی یک واحد حساب و منطق 64×64 بیتی با توان، تاخیر پایین و سرعت بالا می باشد. واحد حساب و منطق عملیات محاسباتی نظیر جمع و ضرب را انجام می دهد. جمع کننده ها نقش مهمی در واحد حساب و منطق دارند. برای طراحی جمع کننده، از ترکیب جمع کننده های انتخاب کننده ی نقلی و جمع کننده پیش بینی کننده نقلی و همچنین از مدار "جمع کننده با یک" برای دستیابی به سرعت بالا و سخت افزار کم استفاده شده است. در طراحی ضرب کننده از الگوریتم بوث و از ساختار والاس استفاده شده است. ضرب کننده ارایه شده بر اساس تکنیک خط لوله می باشد. در ساختار والاس از کمپرسورها برای فشرده سازی حاصلضرب های جزیی استفاده شده است. استفاده از الگوریتم بوث برای تولید حاصلضرب های جزیی، منجر به بهبود سرعت ضرب کننده شده است. تاخیر و توان مصرفی بدست آمده برای جمع کننده 64 بیتی در ولتاژ تغذیه 3. 1 ولت و فرکانس 2 گیگا هرتز به ترتیب برابر 112 پیکو ثانیه و 12 میلی وات و برای ضرب کننده، تاخیر برابر با 291 پیکوثانیه و توان 950 میلی وات می باشد. ساختارهای ارایه شده با استفاده از تکنولوژی CMOS 130nm پیاده سازی شده اند.

در این مقاله با استفاده از نانو میله ها و نانوذرات اکسید روی، زیست حسگرهایی جهت تشخیص غلظت های مختلف باکتری ای کولای موجود در آب ساخته شده است. نوآوری این مقاله در طراحی و ساخت زیست حسگرهای باکتری ای کولای از نوع مقاومتی می باشد. برای ساخت این حسگرها، الکترودها به صورت مدار چاپی (PCB) به شکل دندانه شانه ای طراحی و ساخته شده اند. نانومیله های اکسید روی به روش هیدروترمال بر روی الکترودها رشد داده شدند. همچنین از روش لایه نشانی قطره ای جهت قراردادن نانوذرات اکسید روی بر روی الکترودهای مسی استفاده گردیده است. توسط زیست حسگر، غلظت های متفاوتی از باکتری ای کولای موجود در آب اندازه گیری شده است. هنگامی که زیست حسگر در معرض باکتری قرار می گیرد به دلیل واکنشی که با اکسید روی رخ می دهد مقاومت بین الکترودها تغییر می یابد. خروجی زیست حسگر ولتاژ تقویت شده ای است که تابعی از تغییر مقاومت بین الکترود های دندانه شانه ای است. غلظت باکتری توسط زیست حسگر در معرض نور فرابنفش اندازه گیری شده است و اثر غلظت نانوذرات اکسید روی و ابعاد PCB بر روی ولتاژ و حساسیت زیست حسگر بررسی شده است. نتایج اندازه گیری توسط زیست حسگرهای پیشنهادی با یکدیگر مقایسه شده و بهترین زیست حسگر با بالاترین حساسیت معرفی گردیده است.

در این مقاله طراحی و شبیه سازی دو بعدی یک حسگر دمای بلور فوتونی حساسیت بالا ارایه شده است. شبیه سازی های عددی با استفاده از روش تفاضل-محدود حوزه-زمان، توسط نرم افزار Rsoft و به صورت دو بعدی انجام شده است. ساختار پیشنهادی از یک کاواک پرشده با آب مقطر که در مرکز یک موج بر نوری قرار گرفته، تشکیل شده است. ویژگی های عملکردی حسگر پیشنهادی با در نظر گرفتن فاکتورهای تغییرات دمایی ضریب شکست سیلسیوم (ماده زمینه) و آب مقطر (ماده پر کننده کاواک) و نیز تغییرات دمایی ابعاد ساختار حسگر، مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است که شعاع کاواک و شعاع حفره هایی که از طرفین آن را احاطه کرده اند، نقش مهمی در عملکرد حسگر پیشنهادی دارند. بر اساس نتایج حاصل از شبیه سازی عددی، مقدار طول موج تشدید کاواک طراحی شده به طور خطی با دما تغییر می کند. در ساختار حسگر بهینه شده مقدار حساسیت، مقدار متوسط ضریب کیفیت و عبوردهی به ترتیب عبارتند از: 79/149، 6105 و 6/0، که حسگر فوق را مناسب برای کاربردهای اندازه گیری نوری دما می سازد.

در این مقاله طراحی و شبیه سازی سه بعدی (3D) یک حسگر فشار فوتونیک کریستال (PC) ارایه شده است. حسگر فشار پیشنهادی مبتنی بر یک تیغه فوتونیک کریستال دو بعدی از جنس PbMoO4 است. شبیه سازی ها با استفاده از روش المان محدود (FEM) و تفاضل-محدود حوزه-زمان (FDTD)، توسط نرم افزار CST STUDIO SUITE و به صورت سه بعدی انجام شده است. حساسیت حسگر پیشنهادی نسبت به تغییر شکل هندسی و نیز تغییر ضریب شکست ناشی از اعمال فشار محاسبه شده است. بر اساس نتایج شبیه سازی با اعمال یک فشار مشخص، هر دو عامل مورد بررسی باعث کاهش طول موج تشدید طیف عبوری از ساختار می شوند. بین مقدار فشار اعمال شده به ساختار و جا به جایی طول موج تشدید یک رابطه خطی برقرار است. مقدار ضریب کیفیت قله تشدید طیف عبوری و نیز مقدار حساسیت حسگر فشار پیشنهادی به ترتیب عبارتند از 2. 858nm/GPa-و 1040.