Quantensimulation von Kohlenstoff-Nanoröhrchen- und Graphen-Nanoribbon-Feldeffekttransistoren

 

Heutzutage wird die Simulation elektronischer Bauelemente ein immer wichtigeres Werkzeug, um deren Leistung vorherzusagen und die relevanten Parameter der nanoskaligen Feldeffekttransistoren zu bestimmen. In den vergangenen Jahren sind die Dimensionen solcher Feldeffekttransistoren so klein geworden, dass Quanteneffekte eine immer wichtigere Rolle spielen. Während die meisten handelsüblichen Simulationswerkzeuge auf klassischen Transportmodellen basieren, die mit quantenmechanischen Add-ons versehen werden, ist die sogenannte Nicht-Gleichgewichts-Green-Funktions-Methode zu einer der führenden Methoden für die reale quantenmechanische Simulation von nanoskaligen Feldeffekttransistoren geworden.

  Schema einer Quantensimulation IHT RWTH  

Ziel der Vorlesung ist es, in Zweier-Teams die Entwicklung eines einfachen Werkzeuges zur Simulation des Quantentransports in nanoskaligen Feldeffekttransistoren auf Basis einer selbstkonsistenten Lösung der Poisson- und Schrödinger-Gleichung mit Nicht-Gleichgewichts-Green-Funktionen. Darüber hinaus werden die Studierenden einen Code für die Berechnung der Bandstruktur von Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Graphen-Nanoribbons unter Verwendung einer Tight-Binding-Kalkulation erstellen. Am Ende des Kurses ermöglicht das Simulationswerkzeug den Studierenden, die Abhängigkeit des elektrischen Verhaltens der nanoskaligen Feldeffekttransistoren von ihrer Geometrie, den angelegten Spannungen und den verwendeten Materialien zu untersuchen.

Im Gegensatz zu einer üblichen Vorlesung vereint dieser Kurs Theorie und Praxis: Nach einem kurzen Einführungsteil, in dem der neue Vorlesungsstoff und Hausaufgaben besprochen werden, nutzen die Studierenden den Rest der Kurszeit, um ihren eigenen MATLAB-Code mit einer intensiven Betreuung zu erarbeiten und Diskussionen mit dem Dozenten zu führen. Die Veranstaltung wird mit einer schriftlichen Prüfung abgeschlossen, bei der die Studierenden Simulationsexperimente mit ihrem Simulationswerkzeug durchführen sollen.

Vorlesungstermine und weitere Informationen im Campus Office.