بررسی امکان‌سنجی استفاده از نانولوله‌های P2SiS، As2GeSe و As2GeTe در نسل جدید ترانزیستورها

محورهای موضوعی : کاربرد نانوساختارها

پروین بهزادی ^{1 *}

1 - شرکت تولید و بهره‌برداری سد و نیروگاه دز، اندیمشک، ایران

تاریخ دریافت : 1403/07/08 تاریخ پذیرش : 1403/08/17 تاریخ انتشار : 1403/06/05

کلید واژه: نانولوله, نانوورقه, ترانزیستور, MOSFET. ,

چکیده مقاله :

 

این پژوهش با استفاده از روش ابتدا به ساکن در چارچوب نظریۀ تابعی چگالی و توسط بسته محاسباتی کوانتوم اسپرسو در تقریب شیب تعمیم یافته انجام شده است. ویژگی‌های ساختاری همچون ثابت شبکه، انرژی کرنش و انرژی نسبی تشکیل و ویژگی الکترونی مانند ساختار نواری برای سه ساختار دسته‌مبلی نانوورقه‌های P2SiS، As2GeSeو  A2GeTe و نانولوله این ترکیبات با ساختار دسته‌مبلی (10،10) مورد بررسی قرار گرفته است و با توجه به ویژگی‌های الکتریکی منحصر به فرد نانولوله این ترکیبات در ترانزیستورها، ویژگی‌های الکتریکی آنها با نانولوله کربنی مقایسه شده است. همچنین برای نانولوله A2GeTe به ازای ساختارهای دسته‌مبلی (4،4)، (6،6)، (8،8) و (10،10) ساختار نواری رسم گردیده است و در ادامه ساختار نواری نانوورقه‌های P2SiS، As2GeSe و A2GeTe با ساختار نواری گرافن مقایسه گردیده است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که ساختار نواری نانوورقه‌ها و نانولوله‌های این ترکیبات، گاف نواری را به دست می‌دهد. بنابراین همه ترکیبات ذکرشده، نیمرسانا می‌باشند. همچنین از بررسی قطرهای مختلف نانولوله‌های دسته‌مبلی ترکیب A2GeTe، ساختارهای نواری‌ بسیار نزدیک به یکدیگر به دست آمده است. که این مؤید گاف نواری تقریباً یکسانی به ازای قطرهای مختلف برای نانولوله A2GeTe ست. دو عامل نیمرسانایی و ثابت ماندن گاف نواری نانولوله‌های P2SiS، As2GeSe و A2GeTe دو مزیت مهم استفاده از این نانولوله‌ها به جای نانولوله‌های کربنی در ترانزیستورها است.

 

 

چکیده انگلیسی:

This research has been done using the first-to-static method in the framework of the density functional theory and by the Quantum Espresso computing package in the generalized slope approximation. Structural properties such as lattice constant, strain energy and relative energy of formation and electronic properties such as band structure for three stack structures of P₂SiS, As₂GeSe and As₂GeTe nanosheets and nanotubes of these compounds with stack structure (10,10) have been investigated and according to the electrical characteristics The unique nanotube of these compounds in transistors, their electrical properties have been compared with carbon nanotube. Also, for As₂GeTe nanotubes, a band structure has been drawn for (4,4), (6,6), (8,8) and (10,10) structures, and then the band structure of P₂SiS, As₂GeSe and As₂GeTe nanosheets with a band structure has been drawn. Graphene has been compared. The obtained results show that the band structure of nanosheets and nanotubes of these compounds gives the band gap. Therefore, all the mentioned compounds are semiconductors. Also, by examining different diameters of As₂GeTe composite nanotubes, strip structures very close to each other have been obtained. This confirms the nearly identical band gap for different diameters for As₂GeTe nanotubes. Semiconductivity and band gap stability of P₂SiS, As₂GeSe and As₂GeTe nanotubes are two important advantages of using these nanotubes instead of carbon nanotubes in transistors.

منابع و مأخذ:


[1]properties and applications of carbon nanotube structures. Journal of nanoscience and nanotechnology, 7(4-5), 1239-1267.
[2] Li, Q. W., Li, Y., Zhang, X. F., Chikkannanavar, S. B., Zhao, Y. H., Dangelewicz, A. M., ... & Zhu, Y. T. (2007). Structure‐dependent electrical properties of carbon nanotube fibers. Advanced Materials, 19(20), 3358-3363.
[3] Gupta, N., & Dixit, A. (2021). Carbon Nanotube Field-Effect Transistors (CNFETs): Structure, Fabrication, Modeling, and Performance. In Carbon Nanomaterial Electronics: Devices and Applications (pp. 199-214). Singapore: Springer Singapore.
[4] Zahoor, F., Hanif, M., Bature, U. I., Bodapati, S., Chattopadhyay, A., Hussin, F. A., ... & Bashir, F. (2023). Carbon nanotube field effect transistors: an overview of device structure, modeling, fabrication and applications. Physica Scripta.
[5] Luisier, M., Klinkert, C., Fiore, S., Backman, J., Lee, Y., Stieger, C., & Szabó, Á. (2023). Field-Effect Transistors Based on 2D Materials: A Modeling Perspective. Beyond-CMOS: State of the Art and Trends, 33.
[6] Sachdeva, A., Kumar, D., & Abbasian, E. (2023). A carbon nano-tube field effect transistor based stable, low-power 8T static random access memory cell with improved write access time. AEU-International Journal of Electronics and Communications, 162, 154565.
[7] Shkodra, B., Petrelli, M., Costa Angeli, M. A., Garoli, D., Nakatsuka, N., Lugli, P., & Petti, L. (2021). Electrolyte-gated carbon nanotube field-effect transistor-based biosensors: Principles and applications. Applied Physics Reviews, 8(4).
[8] Wan, H., Zhao, J., Lo, L. W., Cao, Y., Sepúlveda, N., & Wang, C. (2021). Multimodal artificial neurological sensory–memory system based on flexible carbon nanotube synaptic transistor. ACS nano, 15(9), 14587-14597.
[9] Zhu, Y. L., Yuan, J. H., Song, Y. Q., Xue, K. H., Wang, S., Lian, C., .. & Miao, X. S. (2019). Promising photocatalysts with high carrier mobility for water splitting in monolayer Ge2P4S2 and Ge2As4S2. International Journal of Hydrogen Energy, 44(39), 21536-21545.
[10] Behzadi, P., Amiri, P., & Ketabi, S. A. (2021). Electronic and optical properties of two-dimensional As2GeTe and P2SiS monolayers: Density functional study. Chemical Physics, 547, 111215.
[11] Behzadi, P., Ketabi, S. A., & Amiri, P. (2021). First-principles investigation of the electronic and optical properties of As2GeTe nanotubes. Solid State Communications, 336, 114421.
[12]P. Giannozzi, S. Baroni, N.Bonini, M.Cococcioni, R. Car,C. Cavazzoni,.(2009). "QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials".Phys. Condens. Matter 21, 395502.
[13] Behzadi, P., Amiri, P., & Ketabi, S. A. (2021). Electronic and optical properties of two-dimensional As2GeTe and P2SiS monolayers: Density functional study. Chemical Physics, 547, 111215.
[14] Amiri, P., Mokhtaripoor, N., Aliakbari, A., & Salehi, H. (2022). Ab-initio study of structural stability, electronic and optical properties of X2GeSe (X= P and Sb) monolayers. Solid State Communications, 343, 114673.
[15] Ouyang, M., Huang, J. L., Cheung, C. L., & Lieber, C. M. (2001). Energy gaps in" metallic" single-walled carbon nanotubes. Science, 292(5517), 702-705.