Grafen tabanlı analog devre tasarımı
Graphene based analog circuit design
Yazar: NİHAT AKKAN
Danışman: DOÇ. DR. BURCU ERKMEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezde grafen tabanlı alan etkili tranzistörler uygulama düzeyinde incelenmiştir. Grafen malzemesi 2004 yılında sentezlenmesinden bu yana geniş çapta çalışılmaktadır. Günümüzdeki silisyum tabanlı elektronik teknolojisi gün geçtikçe daha da küçülerek alt sınırına yaklaşmaktadır ve silisyum küçük ölçeklerde kararlılığını yitirmektedir. Grafen gelecekte bu problemin aşılması için oldukça umut veren bir malzemedir. Bu yüzden grafen tabanlı tranzistörlerin modellenmesi ve karakteristik özelliklerinin ortaya konulması gerekmektedir.
Grafenin silisyumdan yaklaşık altı kat daha yüksek bir satürasyon hızı ve yüksek taşıyıcı mobilitesi gibi göze çarpan, çok önemli özellikleri vardır. Grafen alan etkili tranzistörler (GFET) geçtiğimiz son yıllar içerisinde çok iyi RF performası göstermiş ve böylelikle elektronik cihazlar ve devreler üzerine çalışan araştırmacıların odak noktası haline gelmiştir. Aynı anda GFET'lerin elektriksel özelliklerini kestirebilen analitik modeller de hızla gelişmektedir. Daha basitleştirilmiş modeller hesaplamaları kolaylaştırarak devre tasarıma olumlu katkı yapmaktadırlar. 
Literatürde üst geçitli (top-gated) GFET ile yüksek transkondüktans ve akım satürasyonu başarıldığı ve bu tranzistörün analog uygulamalar için  elverişli olduğu sonucuna yer verilmiştir. Bu noktadan yola çıkarak bu tezde GFET'ler ile analog devrelerin simülasyonları yapılmış ve sonuçları irdelenmiştir.  
İlk olarak grafen alan etkili tranzistör için Spice'de çalışabilecek  bir model anlatılmıştır. Hem elektron hem de hol iletimi için mevcut formüllerden yola çıkılarak grafen alan etkili tranzistörün üç çalışma bölgesi ve bu bölgeleri sınırlayan gerilimler ifade edilmiştir. Grafen tranzistörün matematiksel ifadeleri Verilog-A ile kodlanarak SPICE'de çalışabilir hale getirilmiştir.
Daha sonra bu grafen  tranzistör modeli SPICE'de simüle edilmiştir. Grafen alan etkili tranzistörlerle yapılmış çeşitli devreler verilmiş ve bunlara ek olarak basit akım aynası ve kaskod akım aynası devreleri simüle edilmiştir. Simülasyonlar sonucunda grafen bir akım aynasının  karakteristik özellikleri ve çalışma şekli ortaya konulmuştur ve tartışılmıştır.

Abstract:
This thesis presents a model of graphene field effect transistor and its some of applications. Since in 2004, graphene has been widely investigated after its synthesis. In present day silicon based electronics technology is scaling down and has been reaching the ultimate limits day by day, therefore Si loses its stability in smaller scales.  In the next future graphene is very promising material to overcome this problem. That's why it is necessary to model graphene based transistors and reveal their characteristic equations.
Graphene has outstanding properties such as high carrier mobility and high saturation velocity approximately six times bigger than Si material. Graphene field effect transistors (GFETs) have performed very well in RF during last years and thus have been focused seriously by electronic devices and circuits communities. Meanwhile, analytical models which describe the electrical characteristics of GFETs are evolved quickly. Simplified models make calculations easier and then give positive contribution to circuit design.
In literature, high transconductance and current saturation are achieved with a designed top-gated GFET. Starting from this point, analog circuits are simulated with GFETs and the results are analysed. 
Firstly, a model for graphene field effect transistors is told and it is important to be compatible of the model with SPICE. Mathematical equations for electron and hole conduction available are given in this thesis and with the help of these equations three operating regions of GFETs and boundary voltage conditions, which defines that regions, are expressed.
Afterwards GFET model  is simulated in SPICE.  Some circuits made of graphene transistors and in addition to these circuits simple current mirror and cascode current mirror are simulated. As a result of these simulations it has been shown that graphene based current mirrors can be done and their characteristic properties and operating ways are presented and discussed.