Молекулярный одноэлектронный транзистор.

Боль­шая часть экспериментов по изучению одноэлектронных структур, полученных с помощью литографии, выполнялась при температуре около 1 К. Для повышения рабочей температуры необходимо умень­шить характерный размер структуры d, чтобы понизить типичное значение емкости С (для работы при Т = 300 К требуется С ≈10 ^-18 Ф соответствующее d ≈ 3 нм), и это довольно серьезная проблема. Технология, позволя­ющая легко получать низкие значения емкости, которая фак­тически и была первой методи­кой, примененной для исследо­вания одноэлектронного тунне­лирования при высоких температурах, основана на ис­пользовании сканирующего тун­нельного микроскопа (СТМ).

Игла СТМ, малая проводящая частица и подложка представля­ют собой простейшую одноэлек­тронную цепь из двух последо­вательных туннельных перехо­дов. Для достаточно малых металлических частиц одноэлектронный заряд сохраняется вплоть до комнатной температуры. Недостатком этой технологии было от­сутствие управляющего электрода, с помощью которого можно было бы воздействовать на электронный транспорт.

С помощью этой технологии создан действующий макет молеку­лярного одноэлектронного транзистора с металлическим затвором, который управляет туннелированием единичных электронов с иглы СТМ на подложку через кластерную молекулу (Рис. 3.26.).

Рис. 3.26. Схема одноэлектронного транзистора на основе единичной кластерной молекулы:

1- подложка;

2- изолирующая прослойка А1 ₂ 0 ₃;

3- золотой электрод затвора;

4- СТМ - сканирующий туннельный мик­роскоп.

Ленгмюр-блоджеттовские (ЛБ) монослои стеариновой кислоты с внедренными в них металлоорганическими кластерами осаждались на подложку из пиролитического графита с заранее сформирован­ным управляющим электродом (рис. 3.26).

Электрод изготовлен с помошью стандартной техники электрон­ной литографии и представляет собой систему тонких (50 нм) и узких (400 нм) золотых полосок, отстоящих друг от друга на рассто­янии 400 нм (рис. 3.26). Все полоски соединены последовательно и отделены от подложки изолирующей про­слойкой (А1 ₂ 0 ₃) толщиной 50 нм. Среднее расстояние между кластерами составляет около 20 нм. Размер и форма не являются абсолютно воспроизводимыми, что может объясняться, например, различной ориента­цией кластерных молекул в монослое.

Типичная вольт-амперная характеристи­ка для случая туннелирования через кластер­ную молекулу показана на рис. 3.27. Она имеет четко выраженную лестничную фор­му, которая отсутствует в случае, когда игла СТМ находится далеко от кластера. На ха­рактеристике различаются шесть ступенек, которые с хорошей точностью являются экви­дистантными с периодом по напряжению около 130 мВ. Показан ре­зультат измерений дифференциальной проводимости, полученный с помощью метода синхронного детектирования.

Рис. 3.27. Вольт-амперная характеристика и дифференциальная проводимость (как функция напряжения смешения Uс) молекулярного одноэлектронного транзистора.

Рис. 3.28. Зависимость тока через молекулярный одноэлектронный транзи­стор от напряжения на затворе

1 — зависимость тока через молекулярный кластерный транзистор; 2 - зависимость тока через иглу без кластера.

Зависимость туннельного тока I от напряжения на затворе U _з вслучае, когда игла СТМ расположена над кластером, находящимся на расстоянии около 100 нм от управляющего электрода, представлена кривой 1 на рис. 3.28. Эта зависимость имеет периодический вид с пе­риодом около 0,8 В. Аналогичная зависимость наблюдается в случае, когда игла СТМ расположена над стеариновой кислотой. Когда игла СТМ расположена над плоским участком поверхности без кластеров, этот эффект на кривых ВАХ не наблюдается (кривая 2).

Итак, показано, что возможно получить управляемую одноэлек­тронную систему на основе единичного кластера или молекулы. При комнатной температуре наблюдается функционирование транзи­сторной структуры с явно выраженной кулоновской лестницей.

---

Дата добавления: 2015-10-28