ВУЗ:
Составители:
61
DU = e/C > kT/e, (8)
где k – постоянная Больцмана; e – заряд электрона, то такое электростатическое
взаимодействие может вызвать корреляцию туннелирования электронов, вплоть до
четкого упорядочения дискретных актов туннелирования [58].
Основным одноэлектронным прибором является одноэлектронный транзи-
стор [57, 58], схематически показанный на рис. 48.
а б
Рис. 48. Одноэлектронный транзистор: а – схема включения; б - ВАХ
Он содержит два последовательно включенных туннельных перехода, сме-
щенных источником напряжения U
D
. Проводящая область между переходами назы-
вается «островком». Дополнительный заряд инжектируется на «островок» в резуль-
тате приложения управляющего напряжения U
G
к емкости C
G
. При выполнении ус-
ловия (8) и дополнительного условия [57, 58]
R >> h/e
2
, (9)
где R – сопротивление туннельных переходов, туннелирование одного электрона на
«островок» заметно изменяет его энергию. При этом для рассматриваемой системы
характерны стабильные состояния с фиксированным числом избыточных электро-
нов на «островке», когда туннелирование через оба перехода является энергетиче-
ски невыгодным и ток через структуру равен нулю. Эти состояния соответствуют
областям так называемой кулоновской блокады туннелирования [57, 58]. Когда в
результате изменения напряжений U
D
и/или U
G
система выходит за пределы области
стабильного состояния, происходит туннелирование электрона через один переход и
устанавливается новое состояние, являющееся нестабильным по отношению ко вто-
рому переходу. Поэтому сразу после первого туннелирования электрон покидает
«островок» в результате туннелирования через второй переход и система возвраща-
ется в первоначальное состояние, после чего процесс повторяется и в транзисторе
наблюдаются осцилляции тока I
D
(см. рис. 48,б).
62
В настоящее время имеется достаточно много сообщений о реально функ-
ционирующих одноэлектронных транзисторах, полученных с использованием раз-
личных технологических методов [58]. По используемым конструктивным материа-
лам выделяют три основных группы одноэлектронных транзисторов: металличе-
ские, полупроводниковые и органические.
В качестве примера рассмотрим оригинальную конструкцию полупроводни-
кового одноэлектронного транзистора, выполненного на основе кремниевой МОП-
структуры (рис. 49) [58, 59].
Рис. 49. Одноэлектронный транзистор на основе инверсионного слоя кремниевой
МОП-структуры
Данная МОП-структура имеет два расположенных друг над другом изолиро-
ванных затвора, причем верхний затвор выполнен в виде буквы П. Положительное
смещение на нижнем затворе формирует узкий инверсионный канал между истоком
и стоком, а отрицательное смещение на верхнем затворе приводит к образованию
туннельных барьеров. Иными словами, одноэлектронный транзистор формируется в
инверсионном слое МОП-структуры, а его параметры (площадь и емкость островка,
сопротивления туннельных переходов, рабочая температура и др.) определяются не
только размерами затворов, но и напряжениями на них. При рассматриваемых в [59]
рабочих режимах транзистора емкость и площадь «островка» составили 3×10
-2
фФ и
3500 нм
2
, соответственно, а рабочая температура – 4,2 К.
Таким образом, характеристики рассмотренных выше интегральных транзи-
сторных структур в значительной степени определяются квантовым характером
электронных состояний. Тем не менее, в интегральных логических элементах СБИС
на основе данных транзисторных структур на квантовых эффектах обработка ин-
формации осуществляется таким же образом, как и в традиционных (микронных)
элементах интегральных схем.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 29
- 30
- 31
- 32
- 33
- …
- следующая ›
- последняя »
