فهرست مطالب

مهندسی برق و الکترونیک ایران - سال هجدهم شماره 1 (بهار 1400)

مجله مهندسی برق و الکترونیک ایران
سال هجدهم شماره 1 (بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1399/10/21
  • تعداد عناوین: 14
|
  • آرش رضایی، علی اصغر اروجی، سمانه شربتی* صفحات 1-8

    یکی از مشکلات اصلی دیودهای اثر میدانی(FED)،  افزایش جریان خاموشی ان با کاهش طول کانال می باشد. از این رو در این مقاله ساختار جدیدی ارایه شده است که با کاهش سطح اشتراک کانال با نواحی سورس و درین و بدون نیاز به مخازن ها میزان تزریق حامل های اضافی به کانال کاهش یافته و کنترل گیت  بر کانال افزایش می یابد. با تکنیک به کار رفته و بدون نیاز به مخازن ها حجم نواحی سورس و درین نسبت به ساختار دیوداثرمیدانی با اتصال جانبی(S-FED)  افزایش یافته و موجب بهبود جریان روشن می شود از این رو با مقایسه ساختار ارایه شده و S-FED نشان داده می شود که پارامترهای مهمی همچون  جریان روشن، نسبت جریان روشن به خاموش ، تاخیر گیت و حاصلضرب انرژی درتاخیرگیت  بهبود بخشیده شده است و لذا ساختار ارایه شده می تواند جایگزین مناسبی برای ساختار های متداول باشد.

    کلیدواژگان: دیوداثرمیدانی(FED)، دیوداثرمیدانی با اتصال جانبی(S-FED)، نسبت جریان روشن به خاموش(Ion، Ioff)، تاخیرگیت، حاصلضرب انرژی درتاخیرگیت
  • حسن قاضی اسدی، پیمان نایبی* صفحات 9-16

    خواص الکترونیکی و رفتار یکسوسازی دیود های خود سوییچ گرافنی با آلایش گیت های جانبی با اتم های نیتروژن و بور، با استفاده از روش تنگ بست تابعی چگالی، مورد بررسی قرار گرفت. آلایش گیت های ادوات، سبب تغییر هدایت الکتریکی نانو نوار گرافنی گیت ها و کانال نیمه هادی می گردد. در نتیجه، اندازه ولتاژ آستانه بایاس مستقیم به میزان قابل ملاحظه ای کاهش یافته، به صورتی که در ساختارهای 565 آلایش یافته با اتم های بور و نیتروژن، این ولتاژ نزدیک به صفر است. همچنین، جریان الکتریکی عبوری در بایاس مستقیم و معکوس ادوات آلایش یافته، نسبت به ساختار غیر آلاییده، به ترتیب افزایش و کاهش یافته است. در بین همه ساختارها، ساختار 565 آلایش یافته با اتم های بور، دارای بیشترین نسبت یکسوسازی به میزان 55/558 است و ماکزیمم جریان عبوری در بایاس مستقیم در محدوده بایاس اعمالی نیز مربوط به این ساختار، به مقدار μA56/8 است.

    کلیدواژگان: دیود خودسوئیچ گرافنی، نانونوار گرافنی آرمچیر، آلایش گیت های جانبی، بور، نیتروژن، تنگ بست تابعی چگالی
  • مریم توحیدی، سیده فاطمه مولایی زاده*، مجتبی گندم کار صفحات 17-28

    در این مقاله، استفاده از ترانزیستورهای DTMOS به جای ترانزیستورهای ماسفت در یک سلول حافظه CAM سه ارزشی مبتنی بر ممریستور(MTCAM) پیشنهاد می شود. همچنین، تاثیر به کارگیری سه روش بایاس مستقیم بدنه در ترانزیستورهای DTMOS بر عملکرد سلول MTCAM در وضعیت نوشتن بررسی می شود. روش های بایاس بدنه عبارتند از: اتصال مستقیم گیت  و بدنه (DT1)، اتصال مستقیم درین و بدنه (DT2) و اتصال گیت و بدنه با منبع ولتاژ 1/0 ولت (DT3). نتایج شبیه سازی سلول های  MTCAM مبتنی بر DTMOS در مقایسه با سلول MTCAM مبتنی بر ماسفت نشان می دهد روش DT1 باعث بهبود توان مصرفی کل و حاصل ضرب توان و تاخیر (PDP) به ترتیب به میزان %86 و %42 اما افزایش تاخیر به میزان %30 می شود، روش DT2 باعث بهبود توان مصرفی کل و PDP به ترتیب به میزان %87 و %60 اما افزایش تاخیر به میزان %20 می شود و روش DT3  باعث بهبود توان مصرفی کل و PDP به ترتیب به میزان %89 و 74% اما افزایش تاخیر به میزان %14 می شود. بنابراین، سلول DT3-MTCAM کمترین توان مصرفی و تاخیر را دارد و برای کاربردهای توان پایین مناسب تر است. شبیه سازی ها  در فرکانس 40 مگاهرتز و تکنولوژی 180 نانومتر CMOS انجام شده است.

    کلیدواژگان: حافظه ی CAM، منطق سه ارزشی، ممریستور، ترانزیستور DTMOS، بایاس مستقیم بدنه، توان پایین
  • حمیدرضا انصاری، سعید خسروآبادی*، یاسر مافی نژاد صفحات 29-35

    بطورکلی سوییچ های RF MEMS از نظر نوع اتصال شامل دو دسته سوییچ های خازنی و فلز-به-فلز می شوند. سوییچ های خازنی RF MEMS بدلیل توانایی انتقال سیگنال با فرکانس بیشتر و توان بیشتر، سوییچ های بهتری نسبت به سوییچ های فلز-به-فلز محسوب می شوند. این مقاله یک سوییچ RF MEMS خازنی موازی معلق را با ولتاژ تحریک پایین، نسبت خازنی بالا، زمان سوییچینگ خوب و ایزولاسیون بالا ارایه می دهد. در این سوییچ از پل آلومنیومی بدلیل داشتن مدول یانگ بالا و چگالی پایین استفاده شده است که به کاهش زمان سوییچینگ کمک می کند. همچنین آلومنیوم رسانایی الکتریکی خوبی دارد که منجر به افزایش ایزولاسیون می شود. سوییچ ارایه شده بر روی یک خط CPW با امپدانس 50 اهم طراحی شده است و از ZrO2   به عنوان لایه دی الکتریک استفاده شده است. روی سطح پل، 24 حفره قرار داده شده است که منجر به کاهش ضریب دمپینگ و افزایش سرعت سوییچینگ می شود. ولتاژ تحریک برای این سوییچ برابر 5.7 ولت است و نسبت خازنی 231 می باشد. تجزیه و تحلیل فرکانس رادیویی با استفاده از نرم افزار HFSS انجام شده است. نتایج بدست آمده، ایزولاسیون 27- دسی بل، تلفات ورودی0.2- دسی بل و تلفات بازگشتی 22- دسی بل در فرکانس 17 گیگاهرتز را نشان می دهد. همچنین زمان سوییچینگ 32 میکروثانیه بدست آمده است.

    کلیدواژگان: سیستم های میکرو الکترومکانیکی، سوئیچ RF MEMS، ولتاژ تحریک کم، ایزولاسیون بالا، تلفات پایین، نسبت خازنی بالا، زمان سوئیچینگ خوب
  • آرش دقیقی*، زهرا حسینی صفحات 37-43

    در این مقاله ابتدا ساختار ترانزیستورهای UTBB تمام تخلیه سیلیکون روی عایق دو لایه را بررسی می کنیم. اهمیت محاسبه زمان تاخیر برای ترانزیستورهای UTBB تمام تخلیه سیلیکون روی عایق در آنجا دیده می شود که علی رغم فواید بایاس مستقیم زیرلایه  همیشه نمی توان به زیرلایه بایاس مستقیم اعمال کرد و برای داشتن مصالحه بین سرعت و نشتی لازم است ابتدا زیرلایه در حالت بدون بایاس باشد تا میزان نشتی ثابت بماند سپس بایاس مستقیم را برای داشتن حداکثر سرعت ترانزیستور اعمال کرد. سرعت کلیدزنی این عمل باید بسیار زیاد باشد. زمان تاخیر ترانزیستور در کلیدزنی ولتاژ زیرلایه متاثر از میزان ناخالصی زیرلایه است و هر چه میزان ناخالصی زیر لایه افزایش یابد زمان تاخیر کمتر خواهد بود. به نحوی که برای غلظت زیر لایه برابر1015 زمان تاخیر 1 میکروثانیه است و برای غلظت زیرلایه برابر 1018 این زمان به 0.03 نانوثانیه کاهش می یابد. درنتیجه غلظت زیرلایه بر زمان روشن شدن ترانزیستور اثر دارد و باید به عنوان یک فاکتور مهم در طراحی مدار لحاظ گردد، چراکه وقتی ترانزیستور به حالت پایدار برسد، زمان تاخیر می تواند باعث ایجاد نویز و جیتر در سیگنال خروجی مدارات دیجیتال شود.

    کلیدواژگان: تمام تخلیه، سیلیکون روی عایق، بدنه و لایه اکسید بسیار نازک، ترانزیستور اثر میدان
  • محمد رزاقی*، هانیه کرم صفحات 45-50

    تشعشع پرتو پرانرژی فرابنفش بر دیودهای نوری PIN، پارامترهای مطلوب این نوع فوتودیودها را کاهش می دهد. در این مقاله با ارایه مدل شبیه سازی، به بررسی اثرات تابش اشعه فرابنفش بر مشخصه ی جریان روشنی در دو نوع دیود نوری گالیوم آرسنایدی و سیلیکونی پرداخته و جهت تایید روابط تحلیلی، به کمک نرم افزار سیلواکو-اطلس هر دو مدل دیودی شبیه سازی می شود. ابتدا دو مدل (سیلیکونی و گالیوم آرسنایدی) تحت تابش منبع فرابنفش با طول موج 300 نانومتر قرار گرفته و سپس، به بررسی پاسخ آن ها در چندین بایاس معکوس پرداخته می شود. درنهایت مشاهده می شود که پس از تابش، جریان تاریکی در هر دو مدل دیود نوری، به طور قابل توجهی افزایش یافته است. همچنین جریان روشنی در دیود نوری گالیوم آرسناید خیلی بیشتر از مدل مشابه سیلیکونی آن است. این پدیده ناشی از حساسیت بالاتر فوتودیودهای گالیوم آرسنایدی به اشعه ی پر انرژی است.تشعشع پرتو پرانرژی فرابنفش بر دیودهای نوری PIN، پارامترهای مطلوب این نوع فوتودیودها را کاهش می دهد. در این مقاله با ارایه مدل شبیه سازی، به بررسی اثرات تابش اشعه فرابنفش بر مشخصه ی جریان روشنی در دو نوع دیود نوری گالیوم آرسنایدی و سیلیکونی پرداخته و جهت تایید روابط تحلیلی، به کمک نرم افزار سیلواکو-اطلس هر دو مدل دیودی شبیه سازی می شود. ابتدا دو مدل (سیلیکونی و گالیوم آرسنایدی) تحت تابش منبع فرابنفش با طول موج 300 نانومتر قرار گرفته و سپس، به بررسی پاسخ آن ها در چندین بایاس معکوس پرداخته می شود. درنهایت مشاهده می شود که پس از تابش، جریان تاریکی در هر دو مدل دیود نوری، به طور قابل توجهی افزایش یافته است. همچنین جریان روشنی در دیود نوری گالیوم آرسناید خیلی بیشتر از مدل مشابه سیلیکونی آن است. این پدیده ناشی از حساسیت بالاتر فوتودیودهای گالیوم آرسنایدی به اشعه ی پر انرژی است.

    کلیدواژگان: فوتودیود، جریان تاریکی، اشعه فرابنفش، سیلیکون، گالیوم آرسناید
  • علیرضا حسن زاده*، سهیلا قصابی صفحات 51-58

    چکیده - با پیشرفت تکنولوژی و کوچک شدن اندازه ی ترانزیستورها به ویژه در تکنولوژی های کمتر از 90 نانومتر، یکی از بزرگترین مشکلات مدارهای CMOS متعارف مصرف توان ایستای بالا به خاطر افزایش نمایی جریان نشتی ترانزیستور ها است. افزاره های spintronic از جمله پیوند تونل مغناطیسی ((magnetic tunnel junction MTJ  به علت مصرف توان ایستای پایین, غیرفرار بودن, سازگاری با ترانزیستورهای CMOS و امکان ساخت در چگالی های بالا یکی از گزینه های جایگزین برای طراحی مدار های ترکیبی MTJ/CMOS هستند. در سال های اخیر چندین حافظه مغناطیسی با استفاده از  MTJ طراحی و ارایه شده است. این حافظه ها از مشکلاتی مانند مصرف توان بالا و سرعت پایین رنج می برند. در این مقاله روش نوشتن جدیدی برای کاهش توان پویای مصرفی مدار و اصلاحاتی برای کاهش توان ایستا در مدار مورد استفاده برای نوشتن در MTJ ها ارایه شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که حافظه پیشنهادی نسبت به حافظه های پیشین تا 97 درصد توان ایستا و تا 71 درصد توان پویای کمتری مصرف می کند.

    کلیدواژگان: توان پایین، حافظه مغناطیسی، پیوند تونل مغناطیسی، spintronic، تغییرات فرایند ساخت
  • جلیل مظلوم*، بهرنگ هادیان، هومن اکبرزاده، امین الله ایزدی صفحات 59-64

    در این مقاله، عملکرد یک مدولاتور نوری مبتنی بر ماده ای با خواص ضریب گذردهی نزدیک صفر(ایندیوم تین اکساید)در باند فرکانسی مخابرات نوری به ازای ضخامت های متفاوت لایه تجمع بار بررسی می شود. در این مدولاتور از طرح خازن فلز-اکسید-نیمه هادی برای تغییر بار الکتریکی در لبه دی الکتریک و ایندیوم تین اکساید استفاده می شود. از حل کننده مد انتشاری برای یافتن پارامترهای اساسی مدولاتور استفاده می شود. در این مقاله از یک مدل رایج برای معرفی لایه تجمع بار در ایندیوم تین اکساید استفاده می شود. پاسخ بدست آمده وجود یک بیشینه در نمودار تلفات الحاقی در ولتاژ 3/2 ولت با ضخامت لایه ی 1 نانومتر را نشان می دهد. این مقدار حدود dB/μm 4/8 است. نتایج بدست آمده از تغییرات ضخامت لایه های ایندیوم تین اکساید و دی الکتریک استفاده شده، افت میزان تلفات و نرخ خاموشی به ازای افزایش آنها را نشان می دهد. همچنین افزایش ضخامت بار الکتریکی در ایندیوم تین اکساید باعث افزایش ولتاژ خاموشی در مدولاتور می شود. در ضمن این کار میزان تلفات الحاقی را نیز افزایش می دهد.

    کلیدواژگان: مدولاتور نوری، ایندیوم تین اکساید، اثر ضخامت لایه بار، حل کننده مد انتشاری، تلفات الحاقی، نرخ خاموشی
  • فرزین امامی*، عصمت رفیعی، روزبه نگهداری صفحات 65-69

    در این مقاله یک فیلتر پلاسمونیکی ساخته شده از یک رینگ شکاف دار، دو ساختار U شکل و دو موجبر مستقیم طراحی و بررسی شده است. در ساختار پیشنهادی رینگ شکاف دار و ساختار U شکل بین دو موجبر مستقیم واقع شده اند. شبیه سازی ها براساس روش FDTD صورت پذیرفته است. فیلتر دارای ساختار فلز-عایق-فلز است. رینگ شکاف دار، ساختارهای U شکل و موجبرهای مستقیم متشکل از هوا هستند که در زمینه نقره واقع شده اند. در ساختار پیشنهادی با توجه به زاویه شکاف می توان شدت توان انتقالی و میزان تشدید را تنظیم کرد و تغییر داد. فیلتر پیشنهادی امکان محدود سازی نور در ابعاد زیر طول موجی (در حد نانو) را داشته که آن را برای مدارات مجتمع نوری مناسب می سازد. بنابراین با تنظیم پارامترهای ساختار امکان دست یابی به شدت توان انتقالی برابر با 90% مقدور خواهد بود.

    کلیدواژگان: پلاسمونیک، رینگ شکاف دار، شدت توان انتقالی، فیلتر نوری، FDTD
  • رضا بینایی، محمد غلامی* صفحات 71-80

    تکنولوژی اتوماتای سلولی نقطه ای کوانتومی یک راهکار جایگزین برای غلبه بر محدودیتهای حاکم بر تکنولوژی CMOS است. در این مقاله، یک ساختار جدید برای لچ نوع D در تکنولوژی اتوماتای سلولی نقطه ای کوانتومی که دارای پایه های نشاندن و بازنشانی است، ارایه شده است. ساختار پیشنهادی علیرغم داشتن پایه های نشاندن و بازنشاندن، تنها دارای 35 سلول کوانتومی، تاخیری معادل با نیم سیکل کلاک و  سطح مقطع اشغالی برابر با 39204 نانومترمربع است. سپس از این ساختار برای پیاده سازی فلیپ فلاپهای نوع D دارای پایه های نشاندن و بازنشاندن حساس به لبه بالارونده، پایین رونده و هر دو لبه استفاده شده است. به عنوان نمونه ساختار پیشنهادی فلیپ فلاپ نوع D حساس به لبه بالا رونده با پایه های نشاندن و بازنشانی دارای 55 سلول کوانتومی، تاخیر 75/0 سیکل کلاک و سطح مقطع اشغالی 61404 نانومترمربع است. در ادامه جهت اثبات صحت رفتاری مدار پیشنهادی در مدارهای پیچیده تر، این ساختارها در قالب آشکارساز فاز-فرکانس، تقسیم کننده فرکانسی و شمارنده مورد استفاده قرار گرفته است. برای ساختارهای پیشنهادی شبیه سازی پارامترهای توان نیز صورت گرفته است.

    کلیدواژگان: اتوماتای سلولی نقطه ای کوانتومی، تاخیر، لچ، فلیپ فلاپ، آشکارساز فاز-فرکانس، شمارنده
  • مریم سیستانی زاده، رضا حسینی* صفحات 81-91

    در این مقاله هدف طراحی یک واحد حساب و منطق 64×64 بیتی با توان، تاخیر پایین و سرعت بالا می باشد. واحد حساب و منطق عملیات محاسباتی نظیر جمع و ضرب را انجام می دهد. جمع کننده ها نقش مهمی در واحد حساب و منطق دارند. برای طراحی جمع کننده، از ترکیب جمع کننده های انتخاب کننده ی نقلی و جمع کننده پیش بینی کننده نقلی و همچنین از مدار "جمع کننده با یک" برای دستیابی به سرعت بالا و سخت افزار کم استفاده شده است. در طراحی ضرب کننده از الگوریتم بوث و از ساختار والاس استفاده شده است. ضرب کننده ارایه شده بر اساس تکنیک خط لوله می باشد. در ساختار والاس از کمپرسورها برای فشرده سازی حاصلضرب های جزیی استفاده شده است. استفاده از الگوریتم بوث برای تولید حاصلضرب های جزیی، منجر به بهبود سرعت ضرب کننده شده است. تاخیر و توان مصرفی بدست آمده برای جمع کننده  64 بیتی در ولتاژ تغذیه 3.1 ولت و فرکانس 2 گیگا هرتز به ترتیب برابر 112 پیکو ثانیه و 12 میلی وات و برای ضرب کننده، تاخیر برابر با 291 پیکوثانیه و توان 950 میلی وات می باشد. ساختارهای ارایه شده با استفاده از تکنولوژی CMOS 130nm پیاده سازی شده اند.

    کلیدواژگان: جمع کننده انتخاب کننده نقلی، جمع کننده پیش بینی کننده نقلی، ضرب کننده، الگوریتم بوث، حاصلضرب جزئی، پایپ لاین، تاخیر، توان مصرفی
  • لیلا مسیح زاده، زهیر کردرستمی*، بهمن پورعباس صفحات 93-100

    در این مقاله با استفاده از نانو میله ها و نانوذرات اکسید روی، زیست حسگرهایی جهت تشخیص غلظت های مختلف باکتری ای کولای موجود در آب ساخته شده است. نوآوری این مقاله در طراحی و ساخت زیست حسگرهای باکتری ای کولای از نوع مقاومتی می باشد. برای ساخت این حسگرها، الکترودها به صورت مدار چاپی (PCB) به شکل دندانه شانه ای طراحی و ساخته شده اند. نانومیله های اکسید روی به روش هیدروترمال بر روی الکترودها رشد داده شدند. همچنین از روش لایه نشانی قطره ای جهت قراردادن نانوذرات اکسید روی بر روی الکترودهای مسی استفاده گردیده است. توسط زیست حسگر، غلظت های متفاوتی از باکتری ای کولای موجود در آب اندازه گیری شده است. هنگامی که زیست حسگر در معرض باکتری قرار می گیرد به دلیل واکنشی که با اکسید روی رخ می دهد مقاومت بین الکترودها تغییر می یابد. خروجی زیست حسگر ولتاژ تقویت شده ای است که تابعی از تغییر مقاومت بین الکترود های دندانه شانه ای است. غلظت باکتری توسط زیست حسگر در معرض نور فرابنفش اندازه گیری شده است و اثر غلظت نانوذرات اکسید روی و ابعاد PCB بر روی ولتاژ و حساسیت زیست حسگر  بررسی شده است. نتایج اندازه گیری توسط زیست حسگرهای پیشنهادی با یکدیگر مقایسه شده و بهترین زیست حسگر با بالاترین حساسیت معرفی گردیده است.

    کلیدواژگان: زیست حسگر، اکسید روی، باکتری ای کولای، لایه نشانی قطره ای
  • کیازند فصیحی*، راضیه یوسفی هاشم آباد صفحات 101-108

    در این مقاله طراحی و شبیه سازی دو بعدی یک حسگر دمای بلور فوتونی حساسیت بالا ارایه شده است. شبیه سازی های عددی با استفاده از روش تفاضل- محدود حوزه- زمان، توسط نرم افزار Rsoft و به صورت دو بعدی انجام شده است. ساختار پیشنهادی از یک کاواک پرشده با آب مقطر که در مرکز یک موج بر نوری قرار گرفته، تشکیل شده است. ویژگی های عملکردی حسگر پیشنهادی با در نظر گرفتن فاکتورهای تغییرات دمایی ضریب شکست سیلسیوم (ماده زمینه) و آب مقطر (ماده پر کننده کاواک) و نیز تغییرات دمایی ابعاد ساختار حسگر، مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است که شعاع کاواک و شعاع حفره هایی که از طرفین آن را احاطه کرده اند، نقش مهمی در عملکرد حسگر پیشنهادی دارند. بر اساس نتایج حاصل از شبیه سازی عددی، مقدار طول موج تشدید کاواک طراحی شده به طور خطی با دما تغییر می کند. در ساختار حسگر بهینه شده مقدار حساسیت، مقدار متوسط ضریب کیفیت و عبوردهی به ترتیب عبارتند از:  79/149، 6105  و  6/0، که حسگر فوق را مناسب برای کاربردهای اندازه گیری نوری دما می سازد.

    کلیدواژگان: حسگر دما، بلور فوتونی، تفاضل- محدود حوزه- زمان، ضریب انبساط حرارتی، ضریب شکست، حساسیت، ضریب کیفیت
  • کیازند فصیحی*، سعیده نوروزی صفحات 109-116

    در این مقاله طراحی و شبیه سازی سه بعدی (3D) یک حسگر  فشار فوتونیک کریستال (PC) ارایه شده است. حسگر فشار پیشنهادی مبتنی بر یک تیغه فوتونیک کریستال دو بعدی از جنس PbMoO4 است. شبیه سازی ها با استفاده از روش المان محدود  (FEM) و تفاضل- محدود حوزه- زمان  (FDTD)، توسط نرم افزار CST STUDIO SUITE و به صورت سه بعدی انجام شده است. حساسیت حسگر پیشنهادی نسبت به تغییر شکل هندسی و نیز تغییر ضریب شکست ناشی از اعمال فشار محاسبه شده است. بر اساس نتایج شبیه سازی با اعمال یک فشار مشخص، هر دو عامل مورد بررسی باعث کاهش طول موج تشدید طیف عبوری از ساختار می شوند. بین مقدار فشار اعمال شده به ساختار و جا به جایی طول موج تشدید یک رابطه خطی برقرار است. مقدار ضریب کیفیت  قله تشدید طیف عبوری و نیز مقدار حساسیت حسگر فشار پیشنهادی به ترتیب عبارتند از  2.858nm/GPa- و  1040.

    کلیدواژگان: حسگر فشار، تیغه فوتونیک کریستال، المان محدود، تفاضل- محدود حوزه- زمان، تغییر شکل هندسی، ضریب شکست، حساسیت، ضریب کیفیت
|
  • Arash Rezaei, Ali Asghar Orouji, Samaneh Sharbati* Pages 1-8

    One of the main problems of field effect diode (FED) is the increasing of its turn-off current as the channel length decreases. Thus, in this paper, a new structure is presented which decreases the injection of extra carriers to the channel and also increases the control of the gate over the channel by reducing the portion of channel shared with the source and drain regions and without the need for reservoirs. Using this technique and without the need for the reservoirs, the source and drain regions increase in size compared to the S-FED structure, and turn-on current is enhanced. Therefore, by comparing the proposed structure with S-FED, it is demonstrated that the important parameters such as Ion, Ion / Ioff ratio, Gate Delay, and EDP have been improved, and this structure can be a proper alternative to conventional structures.

    Keywords: Field Effect Diode (FED), Side contacted FED (S-FED), Ion, Ioff Ratio, Gate Delay, Energy-delay product (EDP)
  • Hassan Ghaziasadi, Payman Nayebi* Pages 9-16

    The electrical properties and rectification behavior of the graphene self-switching diodes by side gates doping with nitrogen and boron atoms were investigated using density functional tight-binding method. The devices gates doping changes the electrical conductivity of the side gates and the semiconductor channel nanoribbons. As a result, the threshold voltage value under the forward bias is significantly reduced, so that in the boron and nitrogen doped 565 structures, this voltage is close to zero. Also, relative to the undoped structure, the electric current under the forward and reverse biases of the doped devices are increased and decreased, respectively. Among all the structures, the boron atoms doped 565 structure has the highest rectification ratio of 558.58 and also, the maximum current under the forward bias is related to this structure with the value of 8.56 μA.

    Keywords: Graphene self-switching diode, Armchair graphene nanoribbon, Side gates doping, Boron, Nitrogen, Density functional tight-binding
  • Maryam Tohidi, Seyyedeh Fatemeh Molaeezadeh*, Mojtaba Gandomkar Pages 17-28

    This paper proposes the use of DTMOS transistors in a memristor-based ternary CAM (MTCAM) instead of MOSFET transistors. It also evaluates the effect of forward body biasing methods in DTMOS transistors on the performance of a MTCAM cell in write mode. These biasing methods are gate-to-body tying (called DT1), drain-to-body tying (called DT2), and gate-to-body tying with a voltage supply of 0.1 V (called DT3). The simulation results of DTMOS-based MTCAMs in comparison with a MOSFET-based MTCAM showed that the use of DT1 method enhances power dissipation and Power Delay Product (PDP) by 86% and 42%, respectively but increases the delay by 30%, the use of DT2 method enhances power dissipation and PDP by 87% and 60%, respectively but increases the delay by 20%, and the use of DT3 method enhances power dissipation and PDP by 89% and 74%, respectively but increases the delay by 14%. As a result, DT3-MTCAM has the least power and delay. Therefore, it is more suitable for low power applications. Simulations are performed in 40 MHz and 180 nm CMOS technology.

    Keywords: CAM Memory, Ternary Logic, Memristor, DTMOS Transistor, Forward body bias, low power
  • Hamid Reza Ansari, Saeed Khosroabadi*, Yasser Mafinejad Pages 29-35

    According to contact type, RF MEMS switches are generally classified into two categories: Capacitive switches and Metal-to-Metal ones. The capacitive switches are capable to tolerate a higher frequency range and more power than M-to-M switches. This paper presents a cantilever shunt capacitive RF MEMS switch with characteristics such as low trigger voltage, high capacitive ratio, short switching time and high isolation. In this switch, aluminum bridge is used because of its high Young’s modulus and low density which help reduction of switching time. Also aluminum has a good electrical conductivity which increases isolation. The proposed switch is designed on a Coplanar Waveguide line (CPW) with impedance of 50Ω. Also,  is used as dielectric layer. 24 holes have been placed on the bridge surface to reduce the squeeze film damping and to increase the switching speed. Actuation voltage is 5.2v and capacitive ratio (CR) is 231. RF analysis is done in HFSS Software. The results show the isolation level as -27dB, insertion loss as -0.2dB and return loss as -22dB at 17GHz. Also, the switching time is 32us.

    Keywords: Micro electromechanical systems, RF MEMS switch, low actuation voltage, high isolation, low loss, high capacitive ratio, good switching time
  • Arash Daghighi*, Zahra Hoseini Pages 37-43

    In this paper, for the first time, the effect of the substrate doping of 22nm double-insulating UTBB silicon-on-insulator device on the switching performance and turn-on delay of the transistor is investigated. In UTBB devices, the substrate voltage is varied from positive to zero then negative voltages to trade-off transistor speed against the leakage current. Various circuit design procedures are followed to accomplish dynamic frequency-voltage scaling (DVFS). The switching delay from positive to negative substrate voltages are often considered negligible in comparison with typical 1 mS delay of the switching circuit itself. We show that the transistor switching delay is completely comparable with that of the switching circuit at the substrate doping of 1015 cm-3. Indeed, at this doping, the transistor delay is 1 mS and as the substrate doping increases to 1018 cm-3, the delay reduces to 0.03 nS. Therefore, the substrate doping directly influences the switching delay and output voltage settling time of the transistor and if ignored, will result in increased noise and degraded jitter performance.

    Keywords: Fully Depleted, Double-Insulating Silicon-on-Insulator, Ultra Thin Body, BOX, MOSFET
  • Mohamad Razagi*, Hanieh Karam Pages 45-50

    The high-energy UV ray radiation on PIN Silicon photodiodes reduces the optimal parameters of these photodiodes. In this paper, by representing a model, we compare the effect of UV dose on the bright current in these two types of photodiodes and confirm the analytic relationships in order to simulate a model with the help of the Silvaco- Atlas software. In this model, Silicon photodiodes and Gallium Arsenide were investigated under the influence of 300nm UV source radiation in several reverse bias, and we arrived at a logical connection between the analytical and simulation results, and finally, in order to compare these two types of photodiodes, we have shown that the current of darkness in the photodiode has increased significantly with UV dose radiation. Also, the bright current in the Gallium Arsenide photodiodes is not much more than its Silicon model. This phenomenon indicates a higher sensitivity to Gallium Arsenide photodiodes.

    Keywords: dark current, UV rays, Gallium arsenide, Photo diode, Silicon
  • Alireza Hassanzadeh*, Soheila Ghasabi Mobarak Abadi Pages 51-58

    With the advancement in technology and shrinkage of transistor sizes, especially in technologies below 90 nm, one of the biggest problems of the conventional CMOS circuits is the high static power consumption due to increased leakage current. Spintronic devices, like magnetic tunnel junction (MTJ), thanks to their low power consumption, non-volatility, compatibility with CMOS transistors, and the possibility of high density construction, are one of the alternative candidates for designing hybrid MTJ / CMOS circuits. In recent years, several magnetic memories have been designed and implemented using MTJs, these memories suffer from problems like high power consumption and low speed. In this paper, a new writing circuit for reducing the power consumption of the circuit and some modifications in the write circuits to reduce static power are proposed. Simulation results suggest that the proposed memories offer up to 97% lower static power consumption and up to 71% lower dynamic power consumption than previous counterparts.

    Keywords: Low power, magnetic memory, magnetic tunnel junction, spintronic, process variations
  • Jalil Mazloum*, Behrang Hadian, Human Akbarzadeh, Amin Ollah Izadi رذذ Pages 59-64

    In this paper, the performance of an optical modulator based on indium tin oxide is investigated at telecommunication wavelength for different accumulation thickness. The plan of metal-oxide-semiconductor is utilized to change the carrier concentration at indium tin oxide-hafnium oxide interface. An optical mode solver based finite element method has been used to calculate the basic parameters such as the insertion loss and extinction ratio. A typical model is presented for carrier concentration modeling of indium tin oxide. The simulation result shows a peak in insertion loss plot with value of 8.4 dB/μm. Also, the variation of ITO and HfO2 thicknesses have been investigated. The results show that by increasing the thicknesses, insertion loss and extinction ratio decrease. Furthermore, the effect of accumulation layer thickness of indium tin oxide is investigated on modulator performance.

    Keywords: indium tin oxide, optical modulator, Mode solver, FEM, insertion loss, extinction ratio
  • Farzin Emami*, Esmat Rafiee, Roozbeh Negahdari Pages 65-69

    In this paper, a plasmonic filter made of a split ring, two U-shaped structures and two straight waveguides is designed and investigated. In the proposed structure, the split ring and U-shaped structures are situated between straight waveguides. Simulations are done based on FDTD method. Split ring, U-shaped structures and straight waveguides are made of air in the silver background. In the proposed structure, by altering the split angle, transmitted power and resonance wavelengths can be changed and tuned. The structure can confine light to sub-wavelength dimensions (on the order of nm) which makes it appropriate for optical integrated circuits. By adjusting the structural parameters, transmission powers up to 90% can be obtained.

    Keywords: FDTD, Optical filter, Plasmonics, Split ring resonator, Transmission power
  • Reza Binaei, Mohammad Gholami* Pages 71-80

    Quantum-dot cellular automata (QCA) technology is an alternative to overcoming the constraints of CMOS technology. In this paper, a new structure for D-type latch is presented in QCA technology with set and reset terminals. The proposed structure, despite having the set and reset terminals, has only 35 quantum cells, a delay equal to half a cycle of clocks and an occupied area of ​​39204 nm2. Then, this structure has been used to implement D-type flip-flops that are sensitive to the rising, falling, and both edges. For example, the proposed structure of the rising edge D-type flip-flop has a 55 quantum cells with a delay of 0.75 clock cycles and an occupied area of ​​61404 nm2. In order to prove the proposed circuit behavior in more complex circuits, these structures have been used in the form of phase-frequency detectors, frequency dividers, and counters. Simulation of power parameters has been done for proposed structures.

    Keywords: Quantum-dot cellular automata, Delay, Latch, Flip-Flop, Phase-Frequency Detector, Counter
  • Maryam Sistanizadeh, Reza Hosseini* Pages 81-91

    The purpose of this paper is to design a 64×64 bit low power, low delay and high speed Arithmetic Logic Unit (ALU). Arithmetic Logic Unit performs arithmetic operation like addition, multiplication. Adders play important role in ALU. For designing adder, the combination of carry lookahead adder and carry select adder, also add-one circuit have been used to achieve high speed and low area. In multiplier design, Booth algorithm and Wallace tree structure have been used. The proposed multiplier is based on Pipeline technique. In Wallace structure, compressors are used for partial product accumulation. By use of booth algorithm to generate partial product, speed of pipeline multiplier has been improved. Achieved delay and power consumption for 64 bit adder under supply voltage of 1.3V and 2GHz frequency are 112ps and 12mw, respectively and for multiplier, delay and power consumption are 291ps and 950mw. The presented structures have been implemented in TSMC 130nm CMOS technology.

    Keywords: Carry Select Adder, Carry Lookahead Adder, Multiplier, Booth algorithm, Partial Product, Pipeline, Delay, Power consumption
  • Leila Masihzadeh, Zoheir Kordrostami*, Bahman Pourabbas Pages 93-100

    In this paper, a biosensor has been fabricated using ZnO nanorods and nanoparticles to detect different concentrations of the E. coli bacteria. The innovation of this paper lies in design and fabrication of the resistive type E Coli bacteria sensor. To make this biosensors, printed circuit board based electrodes are designed and made in an interdigitated shape. Both hydrothermal and drop cast methods have been used to grow zinc oxide nanorods and to form a layer of zinc oxide nanoparticles on copper electrodes, respectively. By using these biosensors, different concentrations of the E. coli bacteria in water are measured. When the sensor is in contact to the bacteria, the resistance is changed because of reactions with the zinc oxide. The biosensor output is provided as a voltage proportional to the resistance change between the interdigitated electrodes. The results have been measured for biosensors exposed to UV light. The effect of zinc oxide nanoparticles concentration and PCB dimensions on voltage and sensitivity of the biosensors are also investigated. The measurement results using the fabricated biosensors have been compared and the biosensor with the highest sensitivity has been introduced.

    Keywords: Biosensor, ZnO, E. coli bacteria, Dropcast
  • Kiazand Fasihi*, Razieh Yosefi Hashem Abad Pages 101-108

    In this paper design and two dimensional (2D) simulation of a photonic crystal highly sensitive temperature sensor is presented. The 2D simulations are based on finite-difference time-domain (FDTD) method and are done using Rsoft software. The device is constructed using a cavity filled with the distilled water located in the center of the photonic crystal waveguide. The operation of the proposed sensor is investigated considering the thermal variations of the refractive index of the background material (Si) and the cavity’s filled material (the distilled water) and also the thermal expansion of the structure. It has been shown that the radii of the cavity and its surrounding holes have an important role in the performance of the device. It has been shown that the relationship between the temperature variation and the shift in the resonant wavelength of the cavity is linear. Based on the simulation results, the sensitivity, the quality factor and the transmission of the proposed sensor are 149.79 pm/c, 6105 and 0.6, respectively.

    Keywords: temperature sensor, photonic crystal, finite-difference time-domain, thermal expansion coefficient, refractive index, sensitivity, quality factor
  • Kiazand Fasihi*, Saeide Nourouzi Pages 109-116

    In this paper the design and three dimensions (3D) simulation of a photonic crystal (PC) pressure sensor is presented. The device is based on a 2D PC slab of PbMoO4. The simulations are based on finite element method (FEM) and finite-difference time-domain (FDTD) method and are done using CST STUDIO SUITE software. The sensitivity of the proposed sensor is calculated by considering the deformation and also refractive index variation factors. The numerical results show that when a pressure is applied, both factors cause to a reduction in the resonant wavelength of the transmission spectrum. It has been shown that the relationship between the applied pressure and the shift in the resonant wavelength of the cavity is linear. Based on the simulation results, the quality factor of the resonant peak of the transmission spectrum and the sensitivity of the proposed sensor are  -2.858 nm/GPa and 1040 , respectively.

    Keywords: Pressure sensor, photonic crystal slab, finite element, finite-difference time-domain, deformation, refractive index, sensitivity, quality factor