Termikus-elektromos eszközök multi-domian modellezése

Az integrált áramköri technológia fejlődésének egyik meghatározó eleme a méretcsökkentés. Mára eljutottunk abba a mérettartományba, ahol a további méretcsökkentés elkerülhetetlen fizikai okokból (alagúthatás, p-n átmenet szivárgási árama stb.) egyre nehézkesebb, vagy nem is folytatható. Sok esetben jelentős problémát jelent az áramkörök működése során fellépő disszipáció. Építhetők azonban olyan, eszközök, ahol a hőhatást fel lehet használni információtárolásra, illetve -továbbításra, mert nanométeres tartományban a termikus folyamatok az elektromos folyamatokkal összemérhető sebességben zajlanak. Az olyan áramköröket, melyek a disszipációs hőjelenséget hasznosítják, hívjuk termikus-elektromos áramkörnek.(TELC)

A TELC ötletét a fém-félvezető fázisátalakulásra képes anyagok inspirálták. Ezek az anyagok szobahőmérsékleten félvezetők, egy adott hőmérséklet felett azonban az ellenállásuk három-négy nagyságrendet csökken, és fémes tulajdonságokat mutatnak. Kutatásunkban a vanádium-dioxidot (VO2) használjuk, melynek fém-félvezető fázisátalakulása 67°C körül következik be. Ahhoz azonban, hogy a vanádium-dioxidot felhasználva termikus elven működő áramköröket lehessen készíteni, elengedhetetlen, hogy pontos eszközmodellt állítsunk fel a megvalósítani kívánt struktúrára, valamint, hogy pontos termikus-elektromos szimulációkat végezzünk rajta.

Dolgozatomban összefoglalom a vanádium-dioxid anyagtulajdonságait, fém-félvezető átalakulásának folyamatát, illetve, hogy hogyan lehet e tulajdonságát hasznosítani. Felvázolom a termikus-elektromos áramkörök alapelemének, a fonzisztornak a működési elvét, valamint a termikus-elektromos logikai áramkörök koncepcióját. Az elméleti részt követően bemutatok három különböző modellt a vanádium-dioxid ellenállás-hőmérséklet karakterisztikájára és összehasonlítom a különböző modellek használatával készített szimulációs eredményeket. Ezt követően ismertetek egy lehetséges VO2 ellenállás struktúra modellt és egy fonzisztor struktúra modellt valamint az ezeken végzett szimulációkat, és elemzem a kapott karakterisztikákat. Összehasonlítom a különböző részletességű ellenállás struktúra modellek szimulációs eredményeit a laboratóriumban végzett mérési eredményekkel. Ezután összevetem a különböző méretű fonzisztor struktúrák szimulációs eredményeit, végül felvázolok VO2 ellenállásokból álló logikai kapu struktúrákat, és megvizsgálom a működésüket.

szerző

• 
  Ur Soma
  Villamosmérnöki szak, mesterképzés
  mesterképzés (MA/MSc)

konzulensek

• 
  Dr. Pohl László
  docens, Elektronikus Eszközök Tanszék
• 
  Dr. Mizsei János
  Egyetemi tanár, Elektronikus Eszközök Tanszék

helyezés