Химия - Одноэлектронный транзистор - Устройство

28 февраля 2011


Оглавление:
1. Одноэлектронный транзистор
2. Устройство
3. Направления исследований

Аналогично полевому полупроводниковому транзистору, одноэлектронный транзистор имеет три электрода: исток, сток и затвор. В области между электродами располагаются два туннельных перехода, разделённых дополнительным металлическим или полупроводниковым электродом с малой ёмкостью, который называется «островом». Остров представляет собой наночастицу или кластер нанометровых размеров, изолированный от электродов диэлектрическими прослойками, через которые и может при определённых условиях происходить движение электрона. Электрический потенциал острова может регулироваться изменением напряжения на затворе, с которым остров связан ёмкостной связью. Если приложить напряжение между истоком и стоком, то ток, вообще говоря, протекать не будет, поскольку электроны заблокированы на наночастице. Когда потенциал на затворе станет больше некоторого порогового значения, кулоновская блокада прорвётся, электрон пройдёт через барьер, и в цепи исток-сток начнёт протекать ток. При этом ток в цепи будет протекать порциями, что соответствует движению единичных электронов. Таким образом, управляя потенциалом на затворе, можно пропускать через кулоновские барьеры одиночные электроны. Количество электронов в наночастице должно быть не более 10. Это может быть достигнуто в квантовых структурах с размером порядка 10 нм.

Рассмотрим квантовые состояния электрона при разных потенциалах на затворе. В блокированном состоянии у электрона на истоке нет доступных энергетических уровней в пределах диапазона туннелирования. Все уровни с меньшей энергией на острове заняты.

Когда к затвору прикладывается положительный потенциал, энергетические уровни на острове понижаются. Электрон может туннелировать на остров, занимая свободный энергетический уровень. Отсюда он может туннелировать на сток, где он неупруго рассеивается и достигает на нём уровня Ферми.

Энергетические уровни на острове распределены равномерно с расстоянием между ними ΔE. ΔE — это энергия, необходимая каждому последующему электрону для попадания на остров, который обладает ёмкостью C. Чем ниже C, тем больше ΔE. Для преодоления кулоновской блокады необходимо выполнение трёх условий:

1. напряжение смещения не может превышать энергии зарядки;
2. тепловая энергия k_BT должна быть ниже энергии зарядки , либо электрон должен пройти квантовую точку за счёт теплового возбуждения;
3. сопротивление туннелирования должно быть больше, чем , которое вытекает из принципа неопределённости Гейзенберга.

Просмотров: 3445

<<< Объектно-ориентированное сканирование

ООСЗМ >>>