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碳纳米管是一种管状的碳分子,碳原子形成由六边形组成的蜂窝状结构组成碳纳米管的骨架,其结构稳定。碳管碳原子sp2轨道杂化,其中一p电子在其跨越整个碳纳米管的共轭π电子云输运不受散射阻碍,类似弹道传输。作为优秀的纳米电子学分子材料,碳纳米管场效应管被认为是续写摩尔定律的基础器件。本文第一章归纳碳管手性表征参数,总结碳管场效应管的实验进展。
SPICE是用于电路描述与仿真的语言,也是仿真器软件,已成为事实上的半导体工业标准。SPICE中金属氧化物半导体器件的仿真模型,经历了三代发展,从初级的物理方程描述,发展到复杂的由众多参数构成的单一电流电荷方程描述,能够准确模拟亚微米级器件。本文第二章介绍场效应晶体管MOSFET建模的历史,及其各个模型库相互继承发展的过程,并展望模型今后演化趋势。
随着实验上碳管功能器件的成功,为使碳纳米管电路能够从单体或简单体系,迈向系统和复杂功能部件前进,模拟仿真是连接此转变的重要一环。而功能强大的SPICE是现今电路模拟的标准,本文的试图把碳管输运的现有理论,与传统电路模拟软件SPICE相结合,进而可以预测大规模的基于碳管器件的电路行为。本文第三章对碳管载流子输运进行理论梳理,总结出叠带算法和直接解析近似两大类碳管电流电荷计算方法。本文尝试将叠代算法植入SPICE源代码,编译后程序能够计算单一碳管场效应电路,但对多碳管电路失效。接下来经过模型简化和引入参数,避免叠代运算和积分运算过程,编写碳纳米管场效应管SPICE兼容子电路等效模型,代入实际算例,测试基本符合的碳管的栅极、源漏极实验规律,能够定性描述碳管逻辑电路的行为,向具有实用价值的电路仿真迈出一步。