طراحي و مدل سازي مبدل هاي آنالوگ به ديجيتال سازگار با دماي اتاق به كمك نانوترانزيستورهاي تك الكتروني با جزيره كوانتوم نقطه اي نيمه هادي

Design and Modeling of Room-Temperature Analog-to-Digital Converters based on Nano-scale Semiconductor Quantum-dot Single Electron Transistors

در اين مقاله، جزئيات طراحي و مدل سازي يك مبدل آنالوگ به ديجيتال سازگار با دماي اتاق با استفاده از نانوترانزيستورهاي تك الكتروني با جزيره كوانتوم نقطه اي سيليكوني ارائه شده است. در مقايسه با نانو ترانزيستورهاي تك الكتروني با جزيره فلزي، استفاده از جزاير سيليكوني در حد چند نانومتر سبب مي شود كه ترانزيستور عملكرد مطلوبي دردماي اتاق داشته باشد و نظام انسداد و نوسان كولني آن پايدار گردد. نانو ترانزيستورهاي با جزيره سيليكوني همچنين هم خواني بيشتري با فرآيند ساخت CMOS دارند و مي توان آن دو را به صورت تركيبي و بر روي يك بستر مشترك پياده سازي كرد. مبدل آنالوگ به ديجيتال اين مقاله ، از نوسان هاي كولني پايدار مشخصه جريان- ولتاژ ترانزيستورهاي تك الكتروني سيليكوني در دماي اتاق بهر ه برداري مي كند. نمونه سه بيتي شبيه سازي شده از آن با فركانس نمونه برداري 5 GS/s، از آرايش مقسم خازني و سه زوج ترانزيستور تك الكتروني در آرايش مكمل استفاده مي كند. شبيه سازي آن با استفاده از شبيه ساز مونت-كارلوي سايمون انجام گرفته است و نتايج بدست آمده حكايت از عملكرد پايدار ايستا و پويا در دماي اتاق دارد

In this article، the design and modeling details of room-temperature analog-to-digital converter (ADC) based on silicon quantum-dot (QD) single-electron transistors (SETs) is presented. In contrast to the conventional metal quantum dots، the use of silicon QDs in the scales of few nano-meters enhances the device operation and makes stable the Coulomb blockade and Coulomb oscillation regimes at room temperature. Nano-scale silicon QD-based SETs are also compatible with CMOS fabrication steps and can be integrated along with CMOS circuits on a same substrate. The proposed ADC in this article benefits from stable Coulomb oscillations of silicon QD-based SETs at room temperature. A 3-bit 5-GS/s prototype of this ADC contains three complementary SET pairs and four capacitors in the form of capacitor divider. Simulation results based on Monte-Carlo SIMON simulator demonstrates reliable static and dynamic performance at room temperature.