close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

38 вопрос

код для вставкиСкачать
38. Основные понятия об одноэлектронике. Кулоновская блокада. Перспективы использования.
Кулоновская блокада - блокирование прохождения электронов через квантовую точку, включённую между двумя туннельными контактами, обусловленное отталкиванием электронов в контактах от электрона на точке, а также дополнительным кулоновским потенциальным барьером, который создаёт электрон, усевшийся на точке. Аналогично тому, как поле ядерных сил при альфа распаде[1] препятствует вылету альфа-частицы,кулоновский барьер препятствует вылету электрона из точки, а также попаданию новых электронов на неё. Экспериментально кулоновская блокада проявляется как пикообразная зависимость проводимости точки от потенциала точки, то есть от напряжения на дополнительном электроде (затворе).
Одноэлектроника - это одна из тех областей, где ожидается прорыв в электронике будущего. Надо сказать, что она родилась у нас в стране. Её родоначальником является профессор К. Лихарев из Московского государственного университета, который сейчас работает в Нью-Йорке, но, тем не менее, свои основные работы он сделал где-то 15 лет назад в Советском Союзе. Здесь показана вся идеология одноэлектронного элемента.
ОЦЕНКА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВ
НА ОДНОЭЛЕКТРОННЫХ ТУННЕЛЬНЫХ ПЕРЕХОДАХ
(по К. К. Лихареву)Уровень
технологии
изготовленияРлощадь
перехода, нм2Предел
по рабочей
температуре, КУровень
мощности, ВтБыстро-
действие,
пикосекундСтепень
интеграции,
затворов на см2Существующие
переходы30 x 303010-113109Предполагаемый
предел
нанолитографии10 x 1030010-90,31010Молекулярные
структуры3 x 3300010-70,031011
Если мы имеем очень малого размера туннельный переход, или речь идёт об островке, то из-за малой величины такой структуры можно получить разницу энергий электронов в одном и другом состоянии, т. е. по разные стороны перехода, превышающую kT и при температуре порядка комнатной детектировать отдельные электроны и оперировать с ними. Существует также требование, налагаемое соотношением неопределенностей, ведущее к ограничению по величине квантового сопротивления. Такого рода структуры сулят колоссальный выигрыш, в перспективе, по энергопотреблению и по степени интеграции. Вот она здесь показана таблица по сравнению основных параметром микроэлектроники и одноэлектроники - я пока говорю о структурах, которые создаются методами нанолитографии - оказывается возможным резко поднять степень интеграции, улучшить быстродействие, с большими мощностями работать, поднять рабочую температуру и так далее. Это одно из направлений, ключом, к которому, к одноэлектронике, является создание таких малых структур, как колечко, которое я показывал. Но в данном случае, я хочу похвастаться вот этой прозрачкой - эта публикация о нашем Институте в информационном вестнике западногерманской фирмы "Raith",
Публикация в журнале "Raith".здесь фотография и текст говорят, что учёным, работающим в Сибири, удалось сфабриковать металлические полоски на тонкой подложке нитрида кремния размером 10 нм - это 100 ангстрем. Вот с помощью таких подходов созданы структуры на эффекте кулоновской блокады, на самом деле они просты по исполнению, если отвлечься от малого размера. Здесь показано как они делаются. Вот это металлический проводник - нанопроволока, которая за счёт искуственно созданных ступеней рельефа подложки рвётся и тем самым формируются те самые туннельные переходы, о которых мы говорили. Признаком одноэлектронного транспорта является наличие, так называемой, кулоновской щели, когда существует диапазон напряжений, при которых из-за кулоновского отталкивания электронов в такого рода сверхмалых конденсаторах или структурах транспорт электронов оказывается блокированным. Электрон в кулоновском острове мешает преодолеть туннельные переходы электронам из подводящих контактов. Таким образом, ток через такую структуру характеризуется одноэлектронные осцилляциями, которые нами успешно наблюдались - это изумительно красивые зависимости - правда, при температуре жидкого гелия.
Одноэлектронные осцилляции.Задача состоит в том, чтобы температуру поднять до температуры жидкого азота, до комнатной температуры. Здесь показана кулоновская щель на вольт-амперной зависимости, а здесь осцилляции затворного напряжения, связанные с одноэлектронным транспортом. У нас в Институте существует несколько вариантов изготовления таких структур. Вот я показывал картинку, которая связана с металлическими полосками - это самый простой вариант. Второй это одноэлектронные структуры на кремнии. Есть, пока уникальная технология с помощью, которой удаётся получать слои кремния толщиной в несколько атомных плоскостей, вот они изображены, замурованные в слои окисла. Это, так называемая, технология расщепления или получения отсечённого кремния,
Одноэлектронный транзистор созданный методом разрыва на ступени.она разработана в лаборатории выпускника НГУ В. П. Попова. Если будет интерес я подробно об этом поговорю. Хочу отметить, что это достижение вошло в перечень важнейших достижений Академии наук прошлого года: получение совершенных сверхтонких слоёв кремния. Совершенство характеризует - это тоже поперечный срез, электронная микроскопия атомного разрешения.
Толщина отсечённого слоя
кремния0.001-1.0 мкм, типичные
значения 400-500 нмРазброс толщины слоя кремния
на пластине диаметром 100 мм500 5 нм
40 2.5 нм
4 1 нмОриентация отсеченного
слоя кремния(100) или (111)Концентрация свободных
носителей в пленке кремния1014 1020 см-3Подвижность носителей
в пленке кремния400-500 см2/ВсПлотность состояний
на границе раздела Si/SiO2< 1012 см-2эВ-1Макродефекты в слое кремнияКак в исходном кремнииНапряжение пробоя диэлектрика
толщиной 0.2 0.4 мкм200 400 3 нмТоки утечки на 1 мм2100 ВТолщина захороненного
диэлектрика0.1 нАРазброс толщины слоя кремния
Атомарно-гладкий интерфейсНа другой микрофотографии показано, что в таком слое электронной литографией вырезан микромостик. Транспорт носителей заряда в таком мостике характеризуется тем же самым одноэлектронным эффектом, о котором я только что говорил с наблюдением характерной вольт-амперной зависимости - это уже при температуре жидкого азота.
Вольт-амперные характеристики КНИ-транзисторов.
Документ
Категория
Разное
Просмотров
43
Размер файла
142 Кб
Теги
вопрос
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа