La electrónica envuelve muchos aspectos de nuestra vida cotidiana. El progreso de nuestra
sociedad actual, en última instancia, está relacionado con el progreso de la electrónica.
Tal progreso exige que las nuevas generaciones de dispositivos sean cada vez mas pequeñas
y mas rapidas. Por lo tanto , las herramientas de simulación necesarias para poder entender
el comportamiento de los dispositivos electrónicos emergentes, y luego de mejorarlos , tiene
que ser reinventada para cada nueva generación de dispositivos .
El ”International Technology Roadmap for Semiconductors” predice que en diez años los
dispositivos electrónicos tendrán menos de 10 nanómetros de longitud de canal y que trabajarán a frecuencias de THz . La comunidad cientifica ha hecho una importante esfuerzo
en proporcionar herramientas de simulación fiables para estudiar el comportamiento DC de
estos dispositivos. Algunas de las técnicas de simulació comunes par sistemas clásicos y
cuánticos se menciona en el primer captulo. Sin embargo, un esfuerzo similar para la simulaci
ón cuántica de comportamiento AC de tales dispositivos esta todavía en las primeras
etapas de la eleboración.
Para los dispositivos de nanoescala , a alta frecuencia , las principales dificultades que
tienen que ser considerarse para caracterizar el comportamiento de AC de estos dispositivos
es el papel de la corriente de desplazamiento (que implica una aproximación adecuada para
el problema cuático de muchos cuerpos ) y constatación que la corriente AC implica que
el sistemas cuántico se medirán de forma continua . En esta tesis se ofrece una solución
aproximada a mediante el uso de trayectorias cuánticas (trayectorias Bohmianas). Como se
observa en el segundo capítulo las trayectorias de Bohm tienen ventajas computacionales
cuando tratamos con muchos problemas de muchas partículas o la medición continua .
En el capítulo tres , el cálculo práctico de las corrientes de partículas de desplazamiento
se discuten con el teorema de Ramo - Shockley - Pellegrini. Hemos presentado un extensin
cuántica del teorema utilizando trayectorias Bohmianas. También se discute en detalle la
aplicación del teorema para del desarrollo del simulador cuántico el BITLLES ( Bohmiana
Transporte para obrar recíprocamente no equilibrio estructuras electrónicas ) discutido en
el apéndice C. Las expresiones de la corriente total se pueden utilizar ya sea para soluciones
clásica de Monte Carlo de la ecuación de Botzmann con trayectorias clásicas o solución de
la ecuación Schrödinger de muchas partículas con trayectorias Bohmianas.
Por último , el uso de las herramientas desarrolladas en esta tesis se usan , en el capítulo
cuatro, para estudiar la dependencia de la corriente y el ruido en la geometría y las condiciones
de contorno electrostática de nanotransistors . Además , hemos presentado una estrategia
original para mejorar el frecuencia corte de dispositivos emergentes balísticos de
múltiples puerta.
Esta tesis es un paso en la dirección de proporcionar un simulador quántico para AC y
ruido a la industria electrónica y a la comunidad científica.nica envuelve muchos aspectos de nuestra vida cotidiana. El progreso de nuestra
sociedad actual, en última instancia, está relacionado con el progreso de la electrónica.
Tal progreso exige que las nuevas generaciones de dispositivos sean cada vez mas pequeñas
y mas rapidas. Por lo tanto , las herramientas de simulación necesarias para poder entender
el comportamiento de los dispositivos electrónicos emergentes, y luego de mejorarlos , tiene
que ser reinventada para cada nueva generación de dispositivos .
El ”International Technology Roadmap for Semiconductors” predice que en diez años los
dispositivos electrónicos tendrán menos de 10 nanómetros de longitud de canal y que trabajar
án a frecuencias de THz . La comunidad cientifica ha hecho una importante esfuerzo
en proporcionar herramientas de simulación fiables para estudiar el comportamiento DC de
estos dispositivos. Algunas de las técnicas de simulació comunes par sistemas clásicos y
cuánticos se menciona en el primer captulo. Sin embargo, un esfuerzo similar para la simulaci
ón cuántica de comportamiento AC de tales dispositivos esta todavía en las primeras
etapas de la eleboración.
Para los dispositivos de nanoescala , a alta frecuencia , las principales dificultades que
tienen que ser considerarse para caracterizar el comportamiento de AC de estos dispositivos
es el papel de la corriente de desplazamiento (que implica una aproximación adecuada para
el problema cuático de muchos cuerpos ) y constatación que la corriente AC implica que
el sistemas cuántico se medirán de forma continua . En esta tesis se ofrece una solución
aproximada a mediante el uso de trayectorias cuánticas (trayectorias Bohmianas). Como se
observa en el segundo capítulo las trayectorias de Bohm tienen ventajas computacionales
cuando tratamos con muchos problemas de muchas partículas o la medición continua .
En el capítulo tres , el cálculo práctico de las corrientes de partículas de desplazamiento
se discuten con el teorema de Ramo - Shockley - Pellegrini. Hemos presentado un extensin
cuántica del teorema utilizando trayectorias Bohmianas. También se discute en detalle la
aplicación del teorema para del desarrollo del simulador cuántico el BITLLES ( Bohmiana
Transporte para obrar recíprocamente no equilibrio estructuras electrónicas ) discutido en
el apéndice C. Las expresiones de la corriente total se pueden utilizar ya sea para soluciones
clásica de Monte Carlo de la ecuación de Botzmann con trayectorias clásicas o solución de
la ecuación Schr¨odinger de muchas partículas con trayectorias Bohmianas.
Por último , el uso de las herramientas desarrolladas en esta tesis se usan , en el capítulo
cuatro, para estudiar la dependencia de la corriente y el ruido en la geometría y las condiciones
de contorno electrostática de nanotransistors . Además , hemos presentado una estrategia
original para mejorar el frecuencia corte de dispositivos emergentes balísticos de
múltiples puerta.
Esta tesis es un paso en la dirección de proporcionar un simulador quántico para AC y
ruido a la industria electrónica y a la comunidad científica. / Electronics surrounds many aspects of our everyday life. The progress of our actual society
is somehow ultimately linked to the progress of electronics. Such progress demands
smaller and faster devices. Therefore, the simulations tools needed to be able, to understand
the behavior of emerging electron devices and to improve them, have to be reinvented for
each new generation of devices.
The International Technology Roadmap for Semiconductors predicts that, in ten years,
electron devices will have less than 10 nanometers of channel length and they will work at
THz frequencies. The scientific community has done an important effort to provide reliable
simulations tools for studying the DC behavior of state-of-the-art nanoscale devices. Some
of the common classical and quantum simulation techniques are mentioned in the first
chapter. However, a similar effort for the the quantum simulation of the AC performance
of such nano metric and THz devices is still missing.
For nanoscale devices, at high frequency, the main difficulties that have to be taken into
account are the role of the displacement current (which imply a proper approximation for
the many-body problem) and the assumption that the total quantum current needs to be
continuously measured. This thesis provides an approximate solution to these problems
through the use of quantum (Bohmian) trajectories. As seen in the second chapter, such
Bohmian trajectories have advantages, from the computational point of view when we deal
with the many body problem or the continuous measurement.
In chapter three, the practical computation of the particle and displacement currents
are discussed using the so called Ramo-Shockley-Pellegrini theorem. We have presented a
quantum extension of the theorem using Bohmian (trajectories). We also discuss in detail
the implementation of the theorem in the BITLLES (Bohmian Interacting Transport for
non- equiLibrium eLEctronic Structures) simulator discussed in the appendix C. The expressions
of the total current can be used either for classical Monte Carlo solutions of the
Botzmann equation with classical trajectories or for the many-particle Schr¨odinger equation
with Bohmian trajectories.
Finally, using the tools developed in the previous chapters of this thesis, in chapter
four, we have studied the dependence of the current and the noise on the geometry and the
electrostatic boundary conditions of nanotransistors. In addition, we have presented and
original strategy to improve the cut off frequency of emerging multi-gate ballistic devices.
These numerical studies have been carried out by means of the BITLLES simulator for
classical and quantum scenarios.
This thesis is a step in the direction of providing a reliable dynamic quantum simulator
to the industry and the scientific community.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/129125 |
| Date | 29 November 2013 |
| Creators | Benali, Abdelilah |
| Contributors | Oriols Pladevall, Xavier, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament d'Enginyeria Electrònica |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 114 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs. |
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