Abstract
As a result of CMOS technology approaching its physical limits and of the semiconductor market has started asking for materials that are able to implement new smarter devices, Graphene and composites are emerging as potential replacements for Silicon. Unlike true semiconductors, however, Graphene shows a zero-gap energy band structure that could potentially limit its use in digital applications. Nevertheless, recent works have proven the possibility of implementing electrostatically controlled pn-junctions which serve as a basic primitive for a new class of digital logic gates. These gates naturally behave as a 2-to-1 multiplexer in which the polarity of the input select line can be dynamically reconfigured: the Reconfigurable Graphene MUltipleXer (RG-MUX). Interconnection of multiple RG-MUXs with proper assignments of the inputs signals allow to implement all the basic Boolean logic functions. In this work we investigate the electrical properties of RG-MUXs. More specifically, we introduce a power consumption model that could be used in future design and optimization tools for digital circuits. Characterization data obtained through SPICE-level simulations of a RG-MUX are collected and used to validate the model
چکیده
در نتیجه نزدیک شدن فناوری CMOS به حدود فیزیکی و نیز نیمه هادی ها، بازار به دنبال موادی است که در دستگاه های هوشمندتر جدید قابل پیاده سازی باشد. به عنوان جایگزینی برای سیلیکون گرافین و ترکیباتی وارد عرصه شده اند. با این حال، برخلاف نیمه هادی های واقعی، گرافین یک ساختار باند انرژی صفر را نشان می دهد که بصورت بالقوه می تواند استفاده خود را در کاربردهای دیجیتال محدود کند. با این حال، کارهای اخیر امکان پیاده سازی اتصالات pn را که بصورت الکترواستاتیکی کنترل شده اند و به عنوان یک پایه اصلی برای یک رده جدید گیت های منطقی دیجیتال استفاده می شوند، به اثبات رسانده است. این گیت ها بصورت یک تسهیم کننده 2 به 1 بصورت طبیعی رفتار می کنند که در آن قطبیت خط انتخاب ورودی را می توان بصورت دینامیکی مجدداً پیکربندی نمود که این تسهیم کننده ها، تسهیم کننده (RG-MUX) گرافینی با قابلیت پیکربندی مجدد نام دارد. اتصال بین چند RG-MUX با تخصیص های صحیح سیگنال های ورودی، این امکان را می دهد تا کلیه توابع منطقی بولی پایه را پیاده سازی کنیم. در این تحقیق ما مشخصات الکتریکی RG-MUXها را بررسی می کنیم. بطور خاص تر، ما یک مدل مصرف انرژی را معرفی می کنیم که در روش های آتی طراحی و بهینه سازی برای مدارهای دیجیتال قابل استفاده هستند. داده های مشخصه یابی که از طریق شبیه سازی های سطح SPICE یک RG-MUX حاصل شده اند، گردآوری شده و برای تأیید مدل بکار می روند.
1-مقدمه
در آینده نزدیک، مدارهای الکترونیک می توانند از مشخصات منحصربفرد گرافین برای پیاده سازی یک نسل جدید از سیستم های الکترونیکی با ویژگی های مکانیکی ارتقا یافته مانند قابلیت بسط، انعطاف پذیری و شفافیت بهره گیرند. با این حال، گرافین به دلیل ساختار اتمی دو بعدی خود، خصوصیات الکتریکی را نشان می دهد که اساساً متفاوت از نیمه هادی های استفاده شده در ترانزیستورهای اثر میدانی (FET) امروزی می باشند. مناسب ترین خصوصیت، نبود یک گاف انرژی بین باندهای رسانایی و ظرفی می باشد که درحقیقت در انرژی فرمی (EF) این دو در کنار یکدیگر قرار می گیرند. این امر مانع از این می شود که مواد حالت OFF را اجرا کنند و ساخت دستگاه های دیجیتال با نسبت جریان ON/OFF منطقی پیچیده شود. راه حل های متفاوتی در سال های اخیر برای فائق آمدن بر این عیب پیشنهاد شده است. اغلب آنها مانند مقاله (2) و (3)، با یک روش اساسی مواجه می شوند که این روش، برش ورق های گرافینی به نوارهای باریک (که نانوریبون گرافین یا GNR نام دارد) می باشد...