AnÁlise Das CaracterÍsticas ElÉtricas De Transistores Com Nanotubos De Carbono

Tanísia Possani, Lucas Compassi Severo

Resumo


Introdução: Este trabalho apresenta um estudo das características elétricas de transistores de nanotubo de carbono (CNTFET). Devido à constante necessidade de redução das dimensões dos transistores para contemplar a crescente demanda por equipamentos com maior velocidade e menor consumo de potência, a tecnologia CMOS de fabricação de circuitos integrados chegará num ponto em que as limitações físicas serão fatores restritivos para a evolução do processo de fabricação de transistores. Dessa forma, o objetivo é fazer uma análise entre a tecnologia CMOS e os CNTFETs e apresentar as vantagens da nanotecnologia através de simulações elétricas. Material e Métodos: O projeto com CNTFET foi descrito em Verilog-AMS, que é uma linguagem de alto nível para descrição de circuitos mistos. Foram utilizados modelos elétricos preditivos (PTM – Predictive Technology Model) para simulação spice. O simulador elétrico utilizado foi o Hspice, da Synopsys. Resultados e Discussão: A primeira análise feita foi a comparação das curvas características entre CNTFET e CMOS. O transistor usado foi do tipo N. No CNTFET, foi usado 300 transistores em paralelo para aumentar o canal pois esta tecnologia não permite ao projetista variar a largura de canal. Já na tecnologia CMOS esta é uma variável livre para o projetista e foi fixada nas simulações em 300nm. O comprimento mínimo do canal usado na simulação em ambas as tecnologias foi de 32nm. O diâmetro de um nanotubo é de 1nm. Com base nas simulações percebeu-se que a corrente de dreno do CNTFET foi aproximadamente 10 vezes maior que a da tecnologia CMOS, demonstrando a qualidade deste dispositivo. A outra análise realizada foi a comparação entre inversores. No caso da versão CMOS, o transistor PMOS tem um W=900nm e L=32nm, enquanto que o NMOS tem um W=300nm e L=32nm. Já para a versão CNTFET, foram utilizados 900 nanotubos em paralelo no PMOS e 300 no NMOS para manter a equivalência. Para o CNTFET foi obtido os seguintes resultados: tLH = 0.7393ns, tHL= 2.1767ns, tp= 0.9478ns, para o CMOS tLH =26.542ns, tHL=26.9724ns, tp= 11.818ns. Com os valores de atrasos é possível perceber a eficácia dos transistores CNTFET, pois seus valores de atraso de subida e decida são de 10 a 12 vezes menores se comparados com a da versão CMOS. Conclusões: Este trabalho apresenta uma análise e comparação entre os transistores de nanotubo de carbono e a tecnologia CMOS tradicional. Percebe-se que os transistores de efeito de campo com nanotubos de carbono, CNTFETs (Carbon Nanotube Field-Effect Transistors) são promissores para substituir os transistores CMOS convencionais. Esta expectativa é gerada pelo fato dos CNTFETs possuírem características semelhante ao CMOS, porém com maior velocidade, conforme os resultados obtidos através das simulações elétricas. O grande desafio está em produzir nanotubos em escala comercial com confiabilidade e produtividade comparável à tecnologia CMOS, fato que ainda não é possível devido à grande variabilidade e instabilidade no processo de fabricação. Orgão de Fomento: PBDA - Unipampa

Palavras-chave


Nanotecnologia, Tempo de atraso, Verilog-ams, Cntfet, Cmos

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