close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Презентация

код для вставкиСкачать
НИЯУ МИФИ
НИИ системных исследований РАН
Моделирование
аналоговых устройств
графеновой электроники
А.А. ЦЕЛЫКОВСКИЙ, И.А. ДАНИЛОВ,
Г.И. ЗЕБРЕВ
V Всероссийская научно-техническая
конференция «МЭС-2012»
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Содержание
Особенности графеновых транзисторов (ГТ)
Возможные применения ГТ
Моделирование схем на основе ГТ
Зачем это нужно?
Как моделировалось
Заключение
НИЯУ МИФИ
1
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Графеновые транзисторы
Отсутствие запрещенной зоны
Большие токи утечки,
невозможность применения в цифровой
электронике
Высокие подвижность (~ 10 000 см2/(Вс)) и крутизна
ID vs VGS
Амбиполярная проводимость
Симметричная передаточная характеристика
Возможность минимизировать короткоканальные
эффекты
Хорошие перспективы в высокочастотной
аналоговой электронике
НИЯУ МИФИ
НИИСИ РАН
2
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Возможные применения ГТ
Частоты отсечки ГТ до 427 ГГц (июль 2012 г.)
[Samsung, IBM, University of California]
77 ГГц
адаптивный
круиз-контроль в
автомобилях
94 ГГц
медицина,
радары, передача
данных
> 100 ГГц
радары, медицина,
терагерцовая
спектроскопия
Высокочастотная электроника – наиболее перспективная
область применения ГТ
НИЯУ МИФИ
3
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Преимущества графена в аналоговой
электронике
+ В аналоговых усилителях
• ток утечки в статическом режиме не является
критическим параметром
• можно использовать основное практическое
преимущество графена – высокую подвижность
Ключевой параметр: частота отсечки – максимальная
частота, соответствующая единичному усилению по
мощности
g
fT m
2 W L C G G
~ подвиж ност ь носит елей
+ Амбиполярная проводимость – отличительная
черта ГТ
НИЯУ МИФИ
4
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Амбиполярная проводимость ГТ
ID
В зависимости от полярности
смещения на затворе
основными носителями в канале
могут быть как электроны, так и
дырки
VGS
Благодаря отсутствию
запрещенной зоны
передаточная характеристика ГТ
непрерывна
Крутизна меняет знак
I D 2V D S W
gm C
V
1
exp
0
CH S 0
V
2
L
V
G S V
S0 DS
НИЯУ МИФИ
5
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Графеновый умножитель частоты и выпрямитель
Используется амбиполярная проводимость
ID
h+
ID
e−
ID(VNP)
VG
e−
h+
Выход
(б)
t
gm
Вход
VG
t
Предлагаемое условное
изображение ГТ отражает его
амбиполярные свойства
НИЯУ МИФИ
(а)
6
(в)
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Реализация выпрямителя
ГТ в режиме насыщения
скорости: передаточная
характеристика линейна и
повторяет характеристику
выпрямителя
+1 В
f = 250 МГц
VIN
−1 В
IDS
ID vs input VG
VOUT
500 МГц
1 ГГц
−1 В
НИЯУ МИФИ
VNP
Спектр выходного сигнала
(шаг 500 МГц)
+1 В
7
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Умножитель частоты
ГТ в режиме
электростатического запирания:
квадратичная передаточная
характеристика
+1 В
f = 250 МГц
VIN
−1 В
VOUT
ID vs input VG
IDS
500 МГц
1 ГГц
Спектр выходного сигнала
(шаг 500 МГц)
Паразитные
гармоники
выражены слабо
−1 В
НИЯУ МИФИ
VNP
+1 В
8
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Схема фазовой манипуляции
VOUT
VIN
Амбиполярная проводимость дает возможность манипуляции фазой
Цифровой сигнал переключает канал между электронной
проводимостью (при положительном смещении) и дырочной
проводимостью (при отрицательном смещении)
Источник
несущей
частоты
НИЯУ МИФИ
Источник
двоичных
данных
Изменение знака крутизны эквивалентно
сдвигу фазы на π
9
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
ID
Три режима графенового усилителя
VOUT(t)
Инвертор
частота повторяется,
сдвиг фазы 180°
VG(IN)
VNP
VOUT(t)
Повторитель
частота и фаза
повторяются
Одна схема может играть
роль удвоителя частоты
и осуществлять
двухпозиционную
фазовую манипуляцию
VOUT(t)
Удвоитель частоты
НИЯУ МИФИ
10
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Смеситель
f1 − f2 = 20 МГц
f1 + f2 = 40 МГц
f1 = 10 МГц
f2 = 30 МГц
Смешение двух
сигналов с
частотами f1 и f2
Благодаря симметрии и квадратичности передаточной
характеристики на выходе подавляются нечетные гармоники,
имеющие отрицательное влияние на работу смесителя
НИЯУ МИФИ
11
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Режимы работы ГТ
Получены численные критерии выбора режима работы ГТ
в зависимости от применения
Если требуется преобразовать без искажений гармонический
сигнал в гармонический,
передаточная характеристика должна быть квадратичной
Работа в режиме электростатического запирания
VG < VDD/2 и VG < voptL/μ0
Примеры: умножитель частоты, смеситель
Если нужна максимальная частота отсечки,
при этом передаточная характеристика может быть линейной
Работа в режиме насыщения скорости или
при малом смещении на стоке
VDD > 2voptL/μ0
и VG > voptL/μ0
ИЛИ
VDD << VG
Примеры: схема двухпозиционной фазовой манипуляции,
двухполупериодный выпрямитель
НИЯУ МИФИ
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Зачем это нужно?
Сравнение с некоторыми КМОП-схемами
Двухполупериодный
выпрямитель
Удвоитель частоты
Смеситель
Особенности ГТ позволяют упростить схемотехнику
некоторых устройств
НИЯУ МИФИ
13
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Как моделировалось
Разработана компактная модель ГТ с двойным затвором
Модель реализована на языке Verilog-A, что делает
возможной её интеграцию в современные SPICEподобные САПР
Verilog-A:
промышленный стандарт языка
моделирования для аналоговых ИМС
подмножество Verilog-AMS
поддерживается большинством
современных программ-симуляторов
прост и удобен для разработки моделей
НИЯУ МИФИ
14
НИИСИ РАН
Моделирование аналоговых устройств графеновой электроники
МЭС-2012
Заключение
Разработана компактная модель ГТ на языке
Verilog-A, предназначенная для схемотехнического
проектирования в современных САПР
Проведено моделирование ряда аналоговых
устройств на основе ГТ
Амбиполярная проводимость и неразрывная
передаточная характеристика графенового
транзистора открывают перспективы для новых
вариантов реализации базовых аналоговых
устройств
НИЯУ МИФИ
15
НИИСИ РАН
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
12
Размер файла
1 743 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа