Кремниевый одноэлектронный транзистор с двумя затворами.

На рис. 3.19 представлен кремниевый одноэлектронный транзистор, сформированный на базе инверсионного слоя МОП- транзистора. Затвор состоит из двух частей, которые электрически развязаны. При подаче на нижний затвор положительного напряже­ния в подложке p-типа формируется инверсион­ный n-канал.

Рис. 3.19. Конструкция кремниевого одноэлектронного транзистора с двумя затворами и одиночной квантовой точкой.

в Герасименко с58-60 лучше – поменять

Все мм заменить на мкм.

Рис. 3.20. Вольт-амперная ха­рактеристика тока стока от напряжения на нижнем затворе при различных напря­жениях на верхнем затворе.

При подаче на верхний П-образный затвор отри­цательного напряжения канал разрывается об­ластями обеднения, возни­кают потенциальные барьеры, и формируется кван­товая точка. На рис. 3.20 приведена зависимость то­ка стока от напряжения на нижнем затворе при раз­личных напряжениях на верхнем затворе для одно­точечного транзистора.

Отдельные электроны на вольт-амперной характе­ристике проявляются в виде осцилляций. Если верхний затвор выполнить в Ш-образном виде, то в окнах межлу пластинами возникнут две квантовые точки. Характер ВАХ в таких транзисторах сохраняется. Транзисторы работают при температуре 4,2 К.

Стандарт силы тока (электронный «насос»). В качестве стан­дартов единицы сопротивления (ом) и единицы напряжения (вольт) могут служить соответственно квантовый эффект Холла и эффект Джозефсона. Стандарт единицы силы электрического тока (ампер) был основан на экспериментах, дающих значительно мень­шую точность. С помощью одноэлектронных эффектов удается определить единицу силы тока со значительно большей точно­стью.

Структура из квантовой точки, туннельными переходами свя­занная с истоком и стоком, может служить стандартом силы тока. Затвор первого уровня формирует ДЭГ (на рисунке не показан). Планарную квантовую точку выделяют из области двумер­ного электронного газа с помощью системы затворов (рис. 8.14).

Рис. 8.14. Расположение поверхностных затворов (1—4) на структуре с двумерным электронным газом для создания стандарта силы тока.

Затвор 3 аналогичен затвору одноэлектронного транзистора и слу­жит для изменения электростатической энергии квантовой точки. Затворы 2 и 4 совместно с затвором 1 определяют высоту, а значит, и прозрачность туннельных барьеров, через которые происходит перенос электронов. Принципиальное отличие такой структуры от обычного одноэлектронного транзистора состоит в том, что с по­мощью напряжения на затворах 2 и 4 высоту левого и правого тун­нельных барьеров можно изменять независимо. Между истоком истоком структуры прикладывают небольшое напряжение смеще­ния Vc

— такое, чтобы в квантовую точку можно было поместить только один электрон: eVc > E(N +1) — E(N) (рис. 8.15, а).

Рис. 8.15. Схема прохождения одного электрона через квантовую точку при периодической модуляции высоты туннельных барьеров.

На за­творы 2 и 4 подают в противофазе переменное напряжение с час­тотой/. Таким образом, когда повышается один барьер, другой в этот момент понижается. Прохождение электрона от левого элект­рода к правому через квантовую точку в течение периода изме­нения напряжения на затворах 2 и 4 продемонстрировано на рис. 8.15, а — г. Через пониженный левый барьер электрон прони­кает в квантовую точку, но выйти из нее в правый электрод не мо­жет из-за низкой вероятности туннелирования через высокий пра­вый барьер (рис. 8.15, б). Только лишь при следующем полупериоде переменного напряжения на затворах электрон покидает квантовую точку и переходит в правый электрод (рис. 8.15, г). Та­ким образом, за один период изменения напряжения на затворах 2 и 4 через квантовую точку проходит только один электрон. По этой причине такую структуру называют одноэлектронным «насо­сом». Ток, протекающий через точку, будет равен I = ef Величина заряда электрона известна с очень высокой степенью точности, из­мерение частоты сводится к измерению интервалов времени, что можно сделать тоже достаточно точно. В результате оказывается возможным измерить силу тока с точностью, значительно превос­ходящей точность других стандартов тока.

Дата добавления: 2015-10-28