纳米器件与单电子晶体管

纳米器件与单电子晶体管 纳米器件与技术 !"#$%&%’()$#*’ +%,*’% - .%’/#$&$01 纳米器件与单电子晶体管 ! 王太宏 !中国科学院物理研究所，北京 "###$#% 摘要:报道了一种非常重要的纳米器件— —单电子晶体管，介绍了它的原理、基本特性、制备 — 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 及其集成，着重分析讨论了两种新型的单电子晶体管即波导型单电子晶体管和点接触栅型 单电子晶体管。 关键词:单电子晶体管;纳米器件;超敏感探测;纳米加工 中图分类号: +9:;<67;=>;; 文献标识码:? 文章编号:7<@7A>@@< ( 2332)37A332;A3B !"#$%&’()&* "#% *(#+,&-&,&)./$# ./"#*(*.$/* C?94 +’"A,%&D!"#$%$&$’ () *+,#%-# ， .+%"’#’ / -01’2, () 3-%’"-’# ， 4’%5%"6 7333;3 ， .+%"0E 01*./").: ? F"&-)(A()(#*$%& *$’&F"F*%$ ， ’ 8%F* "8G%$*’&* &’&%H(I"#( ， "F $(G%$*(HJ G$"&#"G)( %L K*F %G($’*"%& ， #,’$’#*($"M’*"%& ， L’N$"#’*"%& ’&H "&*(-$’*"%& ’$( $(I"(O(H ， O"*, (8G,’F"F %& *O% &(O *.G(F %L F"&-)(A()(#*$%& *$’&F"F*%$F， %&( O"*, ’ ()(#*$%& O’I(-1"H( ’&H ’&%*,($ O"*, "&AG)’&( G%"&* #%&*’#* -’*(F6 2&3 4"/%*: F"&-)(A()(#*$%& *$’&F"F*%$F; &’&%H(I"#(F; H(*(#*"&- O"*, F1G($AF(&F"*"I"*.; &’&%L’N$"#’A *"%& 出电导会不会因为短栅效应而增加到不切实际的 纳米级 单电子晶体管 微米级 7 引 言 纳米技术的发展使人们能够制作出 367 纳米到 B3 纳米的结构和器件，这使得人们可以研究迄今 为止实验技术人员一直无法接近的领域中的新型 器件的功能和物理。图 7 给出了各种器件尺度范 围示意图。从传统的角度来说，对迅猛发展的硅 器件集成电路，随着集成度的不断提高，器件尺 寸越来越小，各种问题纷纷涌现，比如电接触、 单元间互连、可靠性等。但是，人们普遍关心的 是当器件尺寸缩小时它还能否正常工作。以 367 原子 4!5 层 场致发射器件 纳米管 激光器中 的量子点 晶体管 分子 763 73 733 7333 73333 P"!=PQR+ 为 例 ， 当 栅 电 极 长 度 小 于 B3 纳 米 时 器 件能否像长栅器件一样正常工作，或者说，其输 收稿日期: 2337S73S3< 尺度 / &8 图 7 多种功能器件尺度示意图 T 国家自然科学基金 ( <UU2B>73 ， 7UU3>37B )资助项目 微纳电子技术 !""! 年第 # 期 !$ !"#$%&’&%()(#*$%&"# +(#,&%)%-. / 0’&1’$. 2332 纳米器件与技术 !"#$%&%’()$#*’ +%,*’% - .%’/#$&$01 程度，为此研究人员希望能够找出一个临界尺寸， 当器件尺寸小于临界尺寸时，器件便不能按经典 原理工作而是 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现出新的特性。因此，研究和发 展纳米器件是传统器件技术发展的必然要求。 现在，人们在纳米加工工艺发展的基础上已 经开始研究一个全新的器件领域:单电子器件 敏感，可以制成超灵敏静电计;还可以利用单电子 隧穿效应制作单光子探测器;更重要的是可以制作 以单电子器件为基础的逻辑电路，进一步大幅提高 电路的集成度。 单电子器件领域的研究进展极快，日本电信电 话公司 4@++8 于 9AAA 年 92 月宣布已 试 制 成 功 了 使 用多个单电子晶体管的电子计算机逻辑电路 ( 最初 的电路是一个加法运算 器 )2339 年 B 月 9 日 又 宣 ， 布研制成功了基于硅衬底可以高密度集成化的单电 子晶体管和单电子元件。 把各种技术相结合， 他们有 望在较短的时间内实现高密度集成化单电子逻辑电 路。 目前为止， 大多数单电子器件和集成电路的工作 温度还比较低， 通常要在液氮温度 4CC=8 以下。随着 器件制作工艺水平的提高，单电子晶体管中的核心 组成部分“ 量子点” 的尺寸不断缩小， 对电子的限制 势能不断增加， 其工作温度可进一步提高， 目前人们 正在努力向室温工作的单电子晶体管及其集成电路 进军。 45678 。其中研究最广泛、理解最深刻的是单电子 晶体管 456+8 。通常的晶体管在工作时电子数目每 次在 93: 个以上时才能动作，而单电子晶体管工作 时每次动作只需一个电子，在其源极和漏极之间 的电子是一个一个通过的， 每个电子的传输都是可 以由外加栅压控制的。做一个生动的比喻， 可以说 单电子晶体管与传统晶体管的差别就像微型注射 器与流量很大的水龙头之间的差别。如图 2 所示， 注射器的水流量可以一滴一滴地精确控制， 而水龙 头却难以做到这一点。较传统晶体管而言， 单电子 晶体管可更大规模地集成， 其体积可以缩小到 9; ， 所需电力也能够减少到十万分之一以上。 2 库仑阻塞现象和单电子晶体管的工 作条件 量子干涉器件、弹道电子器件、共振隧穿器件 ( 包括量子点共振隧穿器件)等纳米器件较传统器 件有很多优越特性，但他们与传统器件一样，电荷 是连续的。基于库仑阻塞原理的单电子晶体管，它 的电荷是量子化的。历史上，库仑阻塞效应首先在 小金属隧穿结中被预言并得到证实。金属系统与半 单电子晶体管自从问世以来得到了广泛的研 究，电学测量的温度由 <= 量级直到室温，器件种 类包括金属单电子晶体管、超导单电子晶体管、 有机物单电子晶体管和半导体单电子晶体管。人 们对单电子器件的兴趣主要来源于两个方面:首 先，低维的单电子器件的输运特性揭示了介观领 域中电子输运的基本特征，如库仑阻塞效应、单 电子隧道效应、量子点即人造原子的壳层结构、 近藤效应 4=%&>% (??(#*8 等。另一方面，单电子器 件自从其实现之初就显示出了广阔的应用前景， 利用单电子晶体管制作的电子旋转门器件可用于 电流 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ;单电子晶体管的电导对岛区电荷极为 导体系统相比具有高的电子密度，大的有效质量和 短的位相相干长度，这使得我们可以忽略其尺寸量 子化引起的能级效应。因此在小金属隧穿结中单电 子现象主要来源于单个电子转移所引起的系统充电 能 量 的 变 化 ! 2 / "。 下 面 考 虑 单 个 金 属 隧 穿 结 的 情 况。图 D 给出了其等效电路图，其中 # 5 为分流电 阻， " 和 # + 分别为隧穿结的电容和电阻。为简单 起见，假设 # 5!# +，则隧穿结两端的偏压 $ E%5# 5， 结 电 容 上 的 电 量 为 &’"$ ， 存 储 的 能 量 为 &2 / 2" 。 当电容很小时，充电 能 &2 / 2 大于实验温度对应的 热能 ()。这时，当隧穿结有电流通过时结电容 的 电量的变化必须为电子电荷 ! 的整数倍。因此若结 电压太小不足以提供结电容 单个电子变化所需要的 !"#$%&’&