Квантово-точечный КНИ транзистор.

Другая конструкция одноэлектрон­ного транзистора с электронным либо дырочным типом проводимости пред­ставлена на рис. 3.21. Транзистор с поликристаллическим затвором изго­товлен по технологии «кремний на изо­ляторе» на основе пленки кремния толщиной 10 -20 нм. Канал с квантовой точкой сформирован в верхнем кремниевом слое подложки.

С помощью процесса термического подзатворного окисления удалось уменьшить размеры квантовой точки и одновременно увеличить высоту потен­циальных барьеров межлу квантовой точкой и контактами. При контролируемом окислении пленочной кремниевой фигуры можно получить отдельную квантовую точку, размером единицы нм и отделенной от наведенных С-И окислом таких же размеров.

В зависимости от нужного типа проводимости исток, сток и ка­нал изготовляется из кремния электронного (n-Si) или дырочного (p-Si) типов.

Рис. 3.21. Схема квантово-точечного транзистора с поликристаллическим затвором.

Рис. 3.22. Зависимость тока стока oт напряжения на затворе для различных температур

Затвор изготовляется из поликремния, который располагался над каналом. В зависимости от типа канала рабочая температура лежит в пределах от 80 К (p-Si) до 100 К (n-Si). На основе таких транзисторных структур можно реализовать комплементарные пары и со­ответствующие электронные схемы.

Вольт-амперная характеристика I _c (U _з) такого типа транзи­сторов для различных температур представлена на рис. 3.22.

Осцилляции тока вольт-амперной характеристики обусловлены процессом одноэлектронного туннелирования. Транзисторы этого типа отличает малое энергопотребление порядка 10 ^-10 ÷10 ^-12 Вт. В настоящее время разработано большое количество типов кремние­вых одноэлектронных транзисторов.

3.4.3. Одноэлектронные транзисторы на основе гетерост­руктур.

Основной идеей транзисторов на основе гетероструктур яв­ляется формирование в области двумерного электронного газа (ДЭГ) квантовых точек, который можно создать в гетероструктуре типа GaAs/AlGaAs. В таких струк­турах осуществляется ограничение ДЭГ и формирование островков различными методами. По способу такого ограничения можно выде­лить ряд разновидностей структур.

Рассмотрим их на примере конк­ретных приборов.

На рис. 3.23 показан прибор, ко­торый представляет собой двойной туннельный переход на основе гетероструктуры GaAs/AlGaAs. Огра­ничение ДЭГ и формирование квантовых точек осуществляется по­средством прикладывания напряжения к металлическим расщеплен­ным затворам Шоттки, расположенным на поверхности структуры.

Рис. 2.23. Структура на основе GaAs/AlGaAs с расщепленным затвором Шоттки. в Герасименко с58-60 лучше – поменять

ДЭГ формируется на границе раздела слоев GaAs и AlGaAs, его плотность контролируется напряжением, приложенным к проводя­щей подложке. Отрицательное напряжение на расщепленных затво­рах формирует обедненный ДЭГ. В ДЭГ формируется канал с ма­лыми сегментами (островками) между обедненными участками (барьерами). Рабочая температура прибора около 0,5 К.

Формирование квантовых точек в гетероструктурах GaAs/AIGaAs. а также в области затворов, истока, стока и канала можно осуществлять путем электронно-лучевой литографии и реак­тивного ионного травления канавок в исходной пластине. В резуль­тате таких технологических процессов происходит ограничение ДЭГ в этих областях.

В структуре с расщепленным затвором (см. рис. 3.23) электри­ческое поле приложено перпендикулярно ДЭГ. При приложении го­ризонтального электрического поля вызванное напряжение на пла­нарном затворе Шоттки действует на электроны в направлении, па­раллельном ДЭГ, вызывая его дополнительное ограничение.

3.4.4. Транзи­сторы на основе туннельных перехо­дов МДМ

Метал­лические одноэлектронные транзисторы являются одним из видов одноэлектронных транзисторов. В таком типе транзисторов исполь­зуются структуры типа Ме/МеxОy /Ме, которые получают используя технологические процессы электронно-лучевой литографии, напыления и локального окисления. В качестве металла Me чаше исполь­зуют Al, Ni, Сг, Ti.

Транзистор на основе туннельных переходов в структуре Ti/TiO _x /Ti представлен на рис. 3.24.

Рис. 3.24. Структура металличе­ского одноэлекгронного транзи­стора на основе туннельных пе­реходов.

Транзисторную структуру формируют методом окисления с по­мощью туннельного микроскопа. После нанесения пленки металла (Ti) ее поверхность окисляется анодированием с использованием ос­трия СТМ в качестве катода. Кон­фигурации затвора у транзисторов различные: одни имеют встречно­гребенчатую конфигурацию, другие в виде параллельных плоскостей. Такой транзистор может работать при комнатной температуре!

Транзистор на основе туннельных переходов А1/АlO_x/А1, сформированных методом линейного самосовмещения. Основная идея метода заключается в том, что туннельные переходы фор­мируются по краям базового электрода (островка), ограничивая один из размеров переходов его толщиной. Формируя очень узкую полоску базового электрода распылением и взрывной литографией, второй из размеров туннельных переходов получают также малым.

Транзистор на основе туннельных переходов Сг/Сг ₂ 0 ₃ /Сг, изго­товленный методом ступенчатого торцевого среза, представлен на рис. 3.25. Основная идея метода заключается в том, что пленка про­водника толщиной d ₁ напыляется на предварительно изготовленную ступеньку диэлектрического материала толщиной d ₂. При d ₁< d ₂, электроды не имеют контакта на торцах ступеньки, а ток через структуру течет за счет процесса туннелирования. Рабо­чая температура такого транзистора со­ставляет примерно 15 К.

Описанные выше транзисторные структуры можно отнести к разновидно­сти пленочных структур.

Рис. 3.25. Схема одноэлектронного транзистора на ос­нове ступенчатого среза.

3.4.5. Прибо­ры на основе цепочек коллоидных час­тиц золота.

Частицы золота осаждаются на подложку с использованием аминосиланового адгезионного сред­ства с предварительно изготовленными металлическими (Аи) элек­тродами истока, стока и затвора, при этом они формируют остро­вки, а их органические молекулы служат туннельными барьерами. В результате соответствующей обработки образуются органические молекулы, связывающие осаждаемые коллоидные частицы и элект­роды истока и стока. Электронный транспорт в такой структуре осу­ществляется за счет туннелирования электронов через цепочку коллоидных частиц. Таким образом, данный прибор представляет собой многоостровковую цепочку. Рабочая температура прибора около 4,2 К, хотя при 77 К нелинейность ВАХ сохраняется.

Дата добавления: 2015-10-28