Абрамов І І, Лавринович О М Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки П Бровки 6, Мінськ, 220013, Білорусь E-mail: nanodev@bsuireduby

Анотація – Описано результати моделювання одноелектронних матриць тунельних переходів з різною кількістю острівців з використанням розробленої фізико-топологічної моделі

I                                        Введення

Рис 1 ВАХ матриць тунельних переходів 2×2 при різних розмірах острівців

Fig 1 IV-characteristics of the 2D (2×2) array for various islands sizes

Одним з перспективних напрямків у створенні елементів ІС наноелектроніки є одноелектронні многоостровковие структури В даний час активно ведеться дослідження цих структур і створення різних приладів на їх основі Серйозною проблемою при дослідженні таких структур є розрахунок різних електричних характеристик залежно від конструктивно-технологічне-ких параметрів

Для теоретичного дослідження одноелектронних-них структур використовуються різні підходи та моделі [1] Найбільш поширені моделі по-луклассіческого підходи засновані на еквівалентній схемі приладу [2, 3] У цьому випадку вихідними даними є опору та ємності тунельних переходів Такі моделі дозволяють розрахувати характеристики одноелектронних структур з мінімальними обчислювальними витратами, проте звязок ВИХІДНИХ даних з реальними розмірами і параметрами матеріалів досить умовна Для адекватного опису вольт-амперних характеристик (ВАХ) необхідне використання фізико-топологи-чеських моделей

Метою даної роботи є ілюстрація можливостей запропонованої фізико-топологічної моделі для дослідження одноелектронних матриць тунельних переходів з різною кількістю острівців

II                                       Моделі

Вперше фізико-топологічна модель була запропонована в роботах [4, 5] і дозволяла розрахувати ВАХ металевого одноелектронного транзистора в залежності від геометричних розмірів і параметрів матеріалів З її допомогою було досліджено вплив різних чинників на ВАХ [4-7] Запропонований ПІДХІД був надалі поширений на випадки одноелектронних ланцюжків, а в подальшому і матриць тунельних переходів [8-11] В даний час фізико-топологічна модель модифікована на випадок різного кількість острівців Всі запропоновані моделі були реалізовані в програмах, включених в систему моделювання наноелек-тронних приладів NANODEV [12, 13]

III Результати моделювання

На рис 1 наведені результати розрахунку ВАХ матриці тунельних переходів з кількістю острівців 2×2 при різних розмірах острівців Матеріалом матриці є Au/Si02 Розміри острівців 2×2 нм, 2,5 x2, 5 нм, 3×3 нм, а відстань між усіма елементами структури – 2 нм

На рис 2 наведені результати розрахунку ВАХ матриці тунельних переходів з кількістю острівців 3×3 Моделювання проводилося при розмірах острівців 2×2 нм, 3×3 нм, 4×4 нм

З малюнків ВИДНО, ЩО розміри острівців суттєво впливають на ВАХ одноелектронних матриць В цілому, зростання струму в структурі повязаний із збільшенням розмірів острівців

Моделювання проводилося для 1000 тунельних подій

Puc 2 BAX матриць тунельних переходів 3×3 при різних розмірах острівців

Fig 2 IV-characteristics of the 2D (3×3) array for various islands sizes

При ЦЬОМУ відзначимо, що моделювання вимагає значних витрат обчислювальних ресурсів

ПЕОМ Так, повний розрахунок ВАХ матриці тунельних переходів з кількістю острівців 4×4 вимагає близько 100 годин на компютері в процесором AMD Athlon 2800 MHz

IV                                  Висновок

Результати моделювання ілюструють широкі можливості дослідження одноелекгронних матриць тунельних переходів з різною кількістю острівців за допомогою розробленої фізікотопологіческой моделі та системи NANODEV залежно від параметрів конструкції і матеріалів

V                           Список літератури

[1] Likharev к К Н Proc IEEE 87, 606 (1999)

[2] Amman М, Mullen Κ Ben-Jacob Ε / / J Appl Phys 65 (1), 339 (1989)

[3]  Korotkov A N. Chen R H„ Likharev K K H J Appl Phys

78 (4), 2520(1995)

[4] Абрамов 1/11/1, 1Човік E Г І Мікроелектроніка, 29 (3),

197 (2000)

[5] Абрамов І 1/1, 1Човік Є Г Чисельне моделювання металевих одноелектронних транзисторів Мінськ, Бестпринт, 2000, 164 с

[6] Абрамов І І, Новик Е Г / / ФТП, 34 (8), 1014 (2000)

[7] Абрамов І І, Ігнатенко С А, Новик Е Г / / Мікросіс-темна техніка, 5, 18 (2003)

[8] Абрамов І І, 1пгнатенко С А, Новик Е Г / / ФТП, 36 (10), 1272 (2002)

[9] Абрамов 1/1 І, 1Агнатенко С А, Новик Е Г Н ФТП,

37(5), 583 (2003)

[10] Abramov 1 /, Ignatenko S А / / Proc SPIE, 2004, v5401, p 432-441

[11] Абрамов І І, Ігнатенко С А / / Матеріали 13-й Міжн конф «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології» (КриМіКо2003), 2003, Севастополь, с530-531

[12] Абрамов І І, Гончаренко І А, Ігнатенко С А Корольов А В, Новик Е Г, Рогачов А І / / Мікроелектроніка, 32 (2), 124 (2003)

[13] Абрамов І І, Абрамов К І, Гончаренко І А, Ігнатенко С А, Казанцев А П, Коломейцева Н В, Лавринович О М, Павленок С Н, Строгова А С І Матеріали 15-й Міжн конф «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології» (КриМіКо2005), 2005, Севастополь, т 2, с 621-622

SIMULATION OF ISLANDS SIZE INFLUENCE ON IV-CHARACTERISTICS

I I Abramov, A M Lavrinovich Belarusian State University of Informatics and Radioeiectronics 6, P Brovki str, Minsk 220013, Belarus Ph: +375-17-239-8877, e-maii: nanodev@bsuireduby

Abstract – Described in this paper are simulation results of single-electron 2D arrays using physical models for various islands number

I                                        Introduction

One of perspective directions in development of 1C devices in nanoelectronics is multi-island single-electron structure At present research of these structures and development of various devices on their basis is actively investigated A serious problem at research of such structures is calculation of various electric characteristics depending on design and materials

At theoretical research various approaches and models [1] have been used Electrical models are the most widespread Those models allow calculating characteristics of singleelectron structures with minimal computer resources however relation of initial data with the real sizes and materials’ parameters is rather poor In order to adequately describe electrical characteristics physical model is used

The purpose ofthe paper is to illustrate opportunities ofthe physical model proposed for more adequate analysis of singleelectron 2D arrays with various islands number

II                                            Models

For the first time the physical model has been described in [4, 5] and allowed to calculate IV-characteristics of the metal single-electron transistor depending on material geometrical sizes and parameters The approach offered in the further has been widespread in cases of single-electron 1D and 2D arrays [8-11] All the models offered have been realized in the software which has been included into nanoelectronic device simulation system NANODEV [12, 13]

III                                Simulation Results

Presented in fig 1 are the results for IV-characteristics of 2D arrays with the island number 2×2 for various island sizes The material was Аі / ЗЮг The island sizes – 2×2 nm, 2,5 x2, 5 nm, 3×3 nm, distance between all elements of structures – 2 nm

In fig 2 the results for IV-characteristics of 2D arrays with islands number 3×3 are presented Simulation has obtained for islands sizes 2×2 nm, 3×3 nm, 4×4 nm It is obvious, that the islands’ sizes influence essentially on IV-characteristics of 2D arrays

Increasing ofthe current in structure is the result ofthe islands sizes increasing

Simulation has been carried out for 1000 tunnel events

It should be noted, that simulation demands significant amount of computer resources Thus, full IV-characteristic calculation of single-electron 2D array with islands number 4×4 requires about 100 hours at the PC with AMD Athlon 2800 MHz processor

IV                                      Conclusion

Simulation results illustrate the opportunities of investigation of single-electron arrays with various number of islands by means of the physical model designed and system NANODEV depending on design and materials’ parameters

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р