در طول دهه های اخیر، پیشرفت سریع ارتباطات باعث ایجاد تقاضا برای قطعات بهتر و ارزانتر و همچنین تكنولوژی های پیشرفته تر شده است. افزایش تقاضا برای انتقال سریع و افزایش نرخ انتقال اطلاعات در عین مصرف كم توان، تاثیرات شگرفی را در تكنولوژی ارتباطات ایجاد كرده است.
در هر دو بخش مخابرات بیسیم و با سیم این گرایش منجر به استفاده هرچه بیشتر از مدولاسیون هایی با استفاده بهینه از طیف فركانسی و یا افزایش پهنای كانالها گشته است. این روشها به همراه روش های مهندسی برای كاهش توان، به منظور تولید تراشه هایی ارزان با توان مصرفی اندك در صنعت استفاده میشود. در عین حال، افزایش و گسترش استانداردها نه تنها باعث شده است كه سیستمها با طیفهای شلوغتری از لحاظ فركانسی رو به رو باشند، بلكه باعث گردیده تا سیستمها به سوی چند استاندارده بودن سوق داده شده و قابلیت انطباق با استانداردهای مختلف را داشته باشند. در حقیقت این پیشرفت تكنولوژی منجر به طراحی و تولید دستگاه هایی شده است كه قابلیت كاركرد در باندهای وسیعتری را داشته باشند. از میان تكنولوژی های با پهنای باند وسیع می توان سیستمهای فراپهن باند را نام برد.
تكنولوژی فرا پهن باند به شیوه كاملا متفاوتی نسبت به سایر تكنولوژیها از باند فركانسی استفاده می كند. این سیستمها از پالسهای باریک و پردازش سیگنال در حوزه زمان برای انتقال اطلاعات استفاده میكنند. بدین صورت سیستمهای فرا پهن باند قادرند در بازه زمانی مشخص اطلاعات بیشتری را نسبت به سیستمهای قدیمی تر منتقل كنند. زیرا حجم انتقال اطلاعات در سیستمهای مخابراتی به صورت مستقیم متناسب با پهنای باند تخصیص یافته میباشد.
در گیرنده ی فرا پهن باند، تقویت كننده كم نویز توسط یک یا چند طبقه بهره بدست میآید. بنابراین نویز گیرنده، به عدد نویز و بهره توان تقویت كننده كم نویز آن بستگی دارد. در گیرنده فرا پهن باند، تقویت كننده كم نویز یک بلوك بحرانی است كه سیگنال های ضعیف را از كل باند فرا پهن می گیرد و آنها را با نسبت سیگنال به نویز خوب تقویت می كند. بعلاوه بهره توان بالا و یكنواخت، تطبیق امپدانس ورودی و عدد نویز مناسب در كل باند فركانسی فرا پهن باند، مورد نیاز است. اخیرا كاربرد وسیع باند فرا پهن، نظر گروه كثیری از مهندسان را به طراحی یک مدار واحد با خصوصیات عالی جلب كرده است. گسترش سریع تكنولوژیهای دیجیتال و نیمههادی عاملی برای استفاده وسیع از طیفهای پهن و عریض شده است. روش اصلی در عریض كردن طیف، مدوله كردن حامل باند پهن میباشد.
انتخاب سیگنال باند فرا پهن و مدولاسیون آن، به قابلیت استفاده، سادگی و هزینه كم برای یک كانال بدون سیم ارتباطی شامل همه مراحل پردازش سیگنال، بستگی دارد. كانال ممكن است محدودیت های دیگری را هنگام عبور سیگنال به ما تحمیل كند.

با این تصمیم كه اینترنت بطورجدی نیاز به ظرفیت و فضای آدرس دهی بالایی دارد گروه معماری اینترنت سه پیشنهاد اصلی در این زمینه ارائه نمود.
اولین پیشنهاد تحت عنوان TUBA بود، این پیشنهاد براساس سوئیچینگ IP بر روی CLNP بعنوان پروتكل لایه اینترنت بود، CLNP یک پروتكل OSI باشد كه دارای آدرس 20 هشت تایی می باشد و تمامی پروتكل های مسیریابی تعریف شده را پشتیبانی می كند، این پروتكل مورد قبول واقع نشد زیرا CLNP در آن زمان هم یک پروتكل قدیمی و غیرمؤثر محسوب می شد و حتی در بازار IPv4 هم بصورت یک پروتكلی كه بطور گسترده در بازار پروتكل های IP كاربرد داشته باشد مورد قبول نبود.
پیشنهاد دوم IPv7 نامیده می شد كه بعداً به TP/IX تغییر نام داد و سرانجام آن را CATNIP نامیدند، این پیشنهاد براساس این ایده پایه ریزی شده بود كه یک بسته اطلاعاتی یا packet با شکل مشترك تعریف شود كه با IP، CLNP و IPX سازگاری داشته باشد، این پیشنهاد به علت عدم رشد سریع آن مورد توجه و استقبال واقع نشد.
سومین و آخرین پیشنهاد كه موفق ترین آنها نیز بود با عنوان IP در IP زندگی خود را آغاز نمود، اساس این پیشنهاد این بود كه در آن برای اینترنت دولایه جداگانه تعریف م یكنند یكی بعنوان لایه زیرساخت و دیگری بعنوان لایه گسترش محلی.
در این پیشنهاد در واقع یک نوع بسته بندی آدرس IP صورت گرفته است كه مكانیزم خوبی برای انتقال IP ساده نیز می باشد، انتقال آدرس ها با این روش از IPv4 به راحتی انجام میگیرد این روش در واقع به افزایش فضای آدرس دهی IP از 32 بیتی به 64 بیتی و از بین بردن بعضی از مشخصه های منسوخ شده IPv4برای كاهش اندازه هدرهای پروتكل IP می باشد، SIP را با پیشنهادی كه به آن PIP می گفتند تركیب دادند و اثرات مسیریابی IPv4 را بهبود بخشیدند و پیشنهاد جدیدی را ارائه نمودند كه آن را SIPP نامیدند، با تغییرات به وجود آمده و با گسترش فضای آدرس IAB این پیشنهاد را پذیرفت و با اعمال تغییرات دیگری روی آن بعدها آن را IPv6 نامید، از اسم IPv5 استفاده نكردند چون قبلاً از آن در جای دیگر و برای پروتكل جاری دیگر استفاده شده بود.

خروجی یک فرایند در جهان واقعی به شکل یک سیگنال پیوسته یا گسسته مشاهده می شود. یک مسئله حیاتی در علوم، ساختن مدل هایی برای این سیگنال واقعی است. مدل سازی یک سیگنال مزایای فراوانی به همراه دارد. اولا، مدل، پایه ای برای توصیف نظری سیگنال فراهم می کند که می تواند برای پردازش سیگنال استفاده شود تا خروجی خواص مطلوبی داشته باشد. ثانیا، مدل می تواند اطلاعات بسیار مفیدی درباره منبع سیگنال بدهد، بدون اینکه احتیاجی به خود منبع باشد. نهایتا و از همه مهمتر، مدل ها می توانند در عمل به خوبی کار کنند و امکان تحقق سیستم های عملی مهمی را فراهم آورند.
بسته به نوع سیگنال، راه های مختلفی برای مدل کردن آن وجود دارد. به طور کلی، یک سیگنال می تواند معین یا نامعین (تصادفی یا آماری) باشد. مدل های معین از بعضی خواص شناخته شده سیگنال استفاده می کنند و مقادیر پارامترهای مدل را تخمین می زنند. از طرف دیگر، در مدل های آماری، یک فرایند تصادفی، سیگنال را توصیف می کند. برای کاربردهایی نظیر تشخیص گفتار یا دستخط که با نویز و عدم قطعیت همراه هستند، مدل های آماری از کارایی بهتری برخوردارند. مدل های مخفی مارکف، که همچنین منابع مارکف یا توابع آماری زنجیره ای مارکف نامیده می شوند، در تئوری مخابرات یکی از پرکاربردترین مدل های آماری هستند.
فصل اول: کلیات
1-1- هدف
مشکل بازشناسی گفتار را می توان با یک رابطه آماری فرموله نمود. اگر W را تعداد لغات مجاز یک فرهنگ لغت مشخص، فرض کنیم، مطابق رابطه زیر که به قاعده بیز مشهور است، خواهیم داشت:
Pr(W|X)=Pr(X|W)Pr(W)/Pr(X
که در آن برای بردار ویژگی X، وظیفه ما یافتن رشته ای از لغات به نحوی است که احتمال بالا را ماکزیمم نماید. کمیت Pr(w، معمولا به نام مدل زبانی (LM) شناخته شده و به اطلاعات هر زبان خاص بازمی گردد، که وجود یک رشته از کلمات را در کنار یکدیگر مجاز می سازد، کمیت Pr(X|W که آن را به نام مدل آوایی می شناسیم، توصیف کننده وضعیت آماری دنباله های مشاهدات آکوستیکی پارامتری شده مرتبط با هر کلمه تلفظ شده می باشد. به عنوان نمونه مدل زبانی به ما کمک می کند که ما عبارت “bad boy”  را شنیده ایم نه “pad boy”، در حالی که مدل آوایی با جنبه تلفظ کلمات سروکار دارد و مثلا به ما می گوید که “cat” را به صورت “kat” ادا می نماید.

تا به امروز سه نسل مختلف از ارتباطات سیار به طور گسترده ای پیاده سازی شده است. به عبارت دیگر خدمات ارتباطات موبایل دارای 3 مرحله بوده است:
– آنالوگ
– دیجیتال
– چند رسانه ای.
هرکدام از این مراحل، به عنوان نسلی از موبایل شناخته شده است. در اینجا، به بررسی نسل های مختلف آن خواهیم پرداخت:
نسل اول، 1G، نام شبکه سیاری است که آنالوگ یا نیمه آنالوگ (مسیر رادیو آنالوگ اما مسیر سوئیچینگ دیجیتال) است. این شبکه ها در اواسط دهه 1980 ایجاد شدند که نمونه هایی از آنها تلفن موبایل نوردیک (NMT) و سیستم تلفن آمریکائی (AMPS) هستند. این شبکه ها به کاربران سرویس های اولیه ای ارائه کردند که تأکیدشان بر روی صحبت و سرویس های مبتنی بر صحبت بود.
شبکه های 1G فقط در حد و اندازه های کشوری گسترش یافتند و تجهیزات فنی و اصلی آنها بدون اینکه مشخصاتشان منتشر شود، اغلب بین اپراتورهای مخابراتی دولتی و صنایع داخلی مورد توافق قرار گرفتند. با این توصیفات شبکه های 1G با یکدیگر سازگار نبوده و به عنوان سرویسی ارزشمند در بالای شبکه ثابت قرار گرفتند. این نسل از تلفن همراه دارای خصوصیات زیر است:
– آنالوگ
– مدارهای سوئیچی
– صداهای ضعیف

– قابلیت پایین
– بدون وجود تدابیر امنیتی.
یکی از نگرانی های اولیه در رابطه با امنیت در تلفن های آنالوگ این بود که سیگنال ها رمزنگاری نمی شدند و بنابراین، در بین راه به راحتی قابل گوش دادن بودند.
از آنجا که نیاز به ارتباطات سیار افزایش یافت، نیاز به یک سیستم ارتباطی سیار با پوشش بیشتر هم افزایش یافت. در نتیجه مشخصات بین المللی به منظور ایجاد سیستم ارتباطی سیار نسل دوم، 2G مورد بررسی قرار گرفت. تأکید 2G برروی سازگاری و شفافیت بین المللی بود، به این معنی که سیستم باید منطقه ای (به طور مثال در محدوده اروپا) یا نیمه جهانی باشد و کاربران سیستم در هر جایی از محدوده تحت پوشش بتوانند به آن دسترسی داشته باشند. از نقطه نظر کاربر انتهائی، شبکه های 2G یک بسته جذاب تر ارائه کردند که در کنار سرویس صحبت بعضی از سرویس های دیتا و یک سری سرویس های مکمل به همراه داشت. با توجه به اینکه در سیستم 2G، استاندارد کردن به صورت منطقه ای انجام گرفت در جهانی کردن آن موفقیت به طور کامل حاصل نشد و لذا چندین سیستم 2G موجود است.
نتیجه این ها سیستمی جهانی برای ارتباطات سیار است که GSM نام دارد. که هم به جهت تجاری موفقیت آمیز است و هم دارای انطباق است به گونه ای که همه انتظارات فنی و تجاری را برآورده کرده است. سرویس جهانی رادیویی بسته ای را می توان مانند سرویس (GSM)، برای دسترسی به اینترنت در نظر گرفت. نسل 2/5، داده ها را با سرعت بالاتری پشتیبانی می کند (171 بیت در ثانیه)، همچنین اتصالات دائمی داده ها را حفظ می نماید، به این صورت که کابران می توانند به طور دائم به اینترنت دسترسی داشته و تنها در زمان دریافت و ارسال داده ها، هزینه مربوط به اتصال به اینترنت دریافت می شود.

قابلیت صنعت نیمه هادی برای فراهم کردن محصولاتی با کاهش مداوم قیمت و در عین حال افزایش کارآیی آنها، علت اصلی موفقیت آن بوده است. این موفقیت نتیجه کاهش ابعاد و به دنبال آن افزایش تعداد افزاره ها در یک تراشه می باشد.
در ابعاد زیر 100 نانومتر پدیده های جدیدی که در ساختارهای بزرگتر وجود نداشتند، رفتار MOSFET ها را تحت تاثیر قرار می دهند. SIA پیش بینی می کند که حداقل ابعاد افزاره ها در سال 2012 در حدود 35nm و 108 ترانزیستور بر سانتیمتر مربع برای فناوری CMOS شود.
کاملاً مشخص است که رفتار این افزاره ها که مدارات آینده با آنها ساخته می شود، با رفتار افزاره های امروزی با ابعاد بزرگتر متفاوت است. در این بین مدل سازی و بررسی خصوصیات این افزاره ها می تواند به بسیاری از بحث ها ی موجود در ارتباط با کوچک سازی بیشتر افزاره ها، پاسخ دهد. یعنی اینکه اگر نتوانیم افزاره ها را مدل سازی کنیم، مسئله کوچک سازی به عنوان سدی پیش روی توسعه ی صنعت نیمه هادی باقی خواهد ماند. هدف اصلی این پایان نامه بررسی و مدل سازی پدیده های محتمل در مورد MOSFET های زیر 100 نانومتر می باشد.
مهمترین هدف مدل سازی بدست آوردن روش های ممکن برای بررسی های عددی مورد نیاز درباره خصوصیات و رفتار افزاره ها می باشد.
در فصل دو ابتدا مختصری در مورد نظریه کلی MOS توضیح داده خواهد شد. سپس در فصل سوم مسئله توضیح داده خواهد شد. سپس در فصل سوم مسئله ID(VG که از نتایج تجربی ساخت افزاره ها ی زیر 100 نانومتر توسط برخی از پژوهشگران بدست آمده است نشان داده خواهد شد. چیزی که مهم است اینست که در آزمایش های تجربی پدیده هایی دیده شد که در MOS های با مقیاس بالاتر دیده نشده بود. یعنی اینکه این پدیده ها را نمی توان با نظریه کلاسیک موجود در مورد MOS یعنی نظریه “نفوذ – رانش” توجیه کرد. به همین علت مجبور هستیم که نظریه های جدیدی را بررسی کنیم تا شاید بتوان نتایج تجربی را به آنها نسبت داد. فصل چهارم به این موضوع می پردازد. وجود این نوسانات به عنوان یک پدیده جدید، بسیار جالب توجه بود که انگیزه ی اصلی کار روی این پایان نامه می باشد.
قوی ترین نظریه در مورد نوسانات تناوبی مشاهده شده در مشخصه ID (VG افزاره ها ی زیر 100 نانومتر، نظریه سد کولونی و ترانزیستور تک الکترونی می باشد. سد کولونی برای اولین بار در دهه 1950 و 1960 مشاهده شد. در سال 1975 کولیک و شختر در مورد اثرات شارژ کنندگی سد کولونی توضیحاتی ارائه کردند و پلکان کولونی را در حالت تونل زنی یک الکترون از طریق یک جزیره کروی بین دو اتصال تونلی نامتقارن پیش بینی کردند. شکل نهایی نظریه ترانزیستور تک الکترونی (SEM) در سال 1985 توسط آورین و لیخاریو در مسکو ارائه شد. اولین شکل واقعیٍ این نظریه ها توسط فولتن و دولان در آزمایشگاه های بل در سال 1987 ساخته شد.
در فصل پنجم به طور مفصل با این نظریه آشنا خواهید شد و کاربرد های آنرا بیان می کنیم. در فصل شش یک ترانزیستور تک الکترونی (SET) را شبیه سازی می کنیم. در فصل هفتم آینده نانوالکترونیک را بررسی می کنیم.

موضوع اصلی این پایان نامه پدیده های مزو سکوپیک می باشد که مشخصات و خصوصیات سیستم هایی را معرفی می کند که ابعاد آنها بین مقیاس میکروسکوپی و ماکروسکوپی است. مزو یک کلمه یونانی به معنای وسط می باشد. در این سیستم ها انتقال الکترون یا بار گسسته الکترونها اهمیت دارد.