《納米積體電路的量子混沌及其對電路性能的影響》是依託蘇州大學，由毛凌鋒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米積體電路的量子混沌及其對電路性能的影響
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：毛凌鋒
- 依託單位：蘇州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
介觀系統是研究經典與量子世界關聯的合適體系。隨著微電子器件全面進入納米(介觀)尺度,器件和電路中必然會出現量子混沌。由於量子混沌與尺度相關聯，因此，利用量子混沌的研究方法對納米器件和電路特性的研究，精確表征尺度變化對納米器件和電路特性的影響，將幫助我們從物理本質理解在經典和量子規律同時作用下的納米器件和電路特性的變化規律。本課題基於第一性原理研究尺度效應對納米器件和電路特性的影響；並建立載流子波函式隨時間演化的非線性方程，建立器件和電路特性的演化方程；在分析實驗數據和第一性原理計算上提取量子混沌特徵；最後建立量子混沌對納米器件暨電路特性的影響模型。本課題充分發揮微電子學、凝聚態物理、非線性系統理論和計算物理等多學科交叉的優勢，研究量子混沌對納米器件和電路特性的影響，為新一代器件和電路的建模提供必要的理論依據。
結題摘要
量子效應成為影響納米MOS器件性能的重要因素，其研究工作成為器件結構改良、能帶工程套用以及發展新器件等工作的重要基礎。當電晶體全面進入納米尺度特別是小至幾個原子層的尺度時，必然存在尺度關聯的量子束縛效應,從而極大影響器件和電路特性。在本項目支持下，研究發現當尺度小於20納米後器件特性會隨尺度減小迅速變化，並建立了尺度對超低能耗和超快的石墨烯電晶體特性影響的分析物理模型；研究發現其顆粒大小處於納米尺度特別是小於10納米時會強烈影響器件的閾值電壓等特性，並建立了多晶矽的尺寸對納米晶薄膜電晶體的閾值電壓影響的分析物理模型；研究發現當納米晶為幾個納米時充放電流和低場下的柵漏電流會呈現非常強烈的尺度依賴關係，並建立了納米晶的尺寸對納米晶存儲器的柵漏電流和充放電動態影響的分析物理模型，模型的計算結果和實驗結果吻合很好；研究了如何通過引入鉗位二極體來減少由納米CMOS構成的靜態隨機存儲器單元的漏電和功耗問題。 納米體系的標誌特徵是系統的物理可觀測特性呈現量子相位相干效應，電導由其尺度與電子的費米波長，平均自由程和相位相干長度的相對關係決定，而不再僅由材料參數來確定。納米結構的精細電子結構具有從原子、分子的分立能級到體材料的連續能帶的過渡特徵並導致電導的新特徵。隧穿電子的波函式是以準周期樣式圍繞平均值漲落的函式。外場等環境因素可破壞量子干涉。綜上納米尺度器件所涉及的基礎科學問題的複雜性加劇納米器件和電路中的非線性特性，並已被實驗觀察到。這表明其偏離線性系統的基本特徵。由此需引入非線性理論和現代通信理論中的數學方法。依託本項目，課題組創新地有機融合非線性理論和現代通信理論來研究器件中的非線性現象。通過利用非線性數學理論來研究從合作單位獲取的存儲器件的特性及其可靠性數據，計算了諸如嵌入維數、關聯維數、李亞普若夫指數、Kolmogorov熵以及頻譜特徵等非線性信息，初步發現不同退化階段的柵漏電流均呈現混沌的特徵；而且退化過程中香農熵和界面缺陷密度之間存在關聯作用。相關的研究論文整理工作正在進行中。 課題組就相關研究結果發表論文24篇，其中SCI源期刊上13篇， Carbon (影響因子5.868) 1篇，Nanoscale Res Lett (影響因子2.524)2篇。申請發明專利1項，獲授權發明專利1項。研究結果有助於更好地預測新一代器件和電路特性並為建模提供必要的理論依據。
