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TítuloPerformance of radiofrequency circuits based on 2D technology
Outro(s) título(s)Circuitos de radiofrequência baseados em tecnologia 2D
Autor(es)Baptista, Diogo Francisco Veiga
Orientador(es)Mendes, P. M.
Alpuim, P.
Palavras-chaveGraphene transistors
2D materials
Radio frequency
Modelling
Transistor de grafeno
Materiais 2D
Radio frequência
Modelo
Data19-Dez-2022
Resumo(s)As the IoT become more prevalent and require a massive number of devices with a small footprint to be integrated without much notice, the ability to miniaturise the electronic components while maintaining or improving their performance becomes a challenge. This challenge is associated with short-channel effects and interconnect’s heating. In recent years, 2D materials became the focus of many investigations as a possible solution to the above-mentioned problems. One of the most promising materials is graphene due to its remarkable properties, such as high carrier mobility compared to silicon. In this regard, many studies focus on the fabrication of graphene-based transistors but lack the ability to predict the device’s behaviour since there are no well-defined models. This dissertation’s main objective is to understand how to perform circuit-level simulations of graphene based transistors. In this regard, three models chosen from the literature were implemented in an EDA tool to understand which would be more reliable for DC and RF applications. Since some of the models rely on parameters extracted from real devices, an insight into how to perform measurements and extract the desired parameters is presented. The models were simulated against real data to understand the importance of simulation for more complex designs. It was possible to conclude that a semi-empirical model allows for obtaining closer results and can be used in both the DC and RF domains. The semi-empirical model allowed simulation and refinement at the circuit level of inverters, ring oscillators and frequency doublers. Moreover, the devices simulated using graphene transistors show the need for this kind of simulation to understand the operation points needed for the device’s functioning.
À medida que as IoT se tornam mais prevalentes e requerem um número massivo de dispositivos que ocupem pouco espaço, a habilidade de reduzir os componentes eletrónicos mantendo ou aumentando a sua performance torna-se um desafio. Este desafio está associado com efeitos de canal pequeno e o aquecimento dos interconnects. Nos últimos anos os materiais 2D tornaram-se o foco de muitas investigações como possível solução para os problemas mencionados. O material mais promissor é o grafeno devido às suas propriedades extraordinárias, tais como a sua elevada mobilidade de portadores de carga em relação ao silício. Neste sentido muitas estudos focam-se na fabricação de transístores de grafeno, mas não têm a capacidade de prever o comportamento do dispositivo uma vez que não existem modelos bem definidos. O principal objetivo desta dissertação é entender como efetuar simulações de circuitos com transístores de grafeno. Neste sentido três modelos escolhidos da literatura foram implementados numa EDA para entender qual seria mais fidedigno para aplicações DC e RF. Como alguns modelos dependem de parâmetros extraídos de dispositivos reais, é dada uma breve explicação em como fazer medições e extrair os parâmetros desejados. Os modelos foram simulados e comparados com dados reais para perceber a importância da simulação em circuitos mais complexos. Destas simulações foi possível concluir que um modelo semi-empirico gera resultados mais próximos dos reais, e que pode ser utilizado no domínio DC e RF. O modelo semiempírico permitiu simulação e refinamento ao nível do circuito de inversores, ring oscillators e duplicadores de frequência. Para além disso, das simulações com dispositivos usando os transistores de grafeno é possível aferir a necessidade deste tipo de simulações de modo a perceber os pontos de operação necessários para o funcionamento destes dispositivos.
TipoDissertação de mestrado
DescriçãoDissertação de mestrado em Physics Engineering, Devices, Microsystems and Nanotechnologies
URIhttps://hdl.handle.net/1822/84172
AcessoAcesso aberto
Aparece nas coleções:BUM - Dissertações de Mestrado
DEI - Dissertações de mestrado

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