庫侖堵塞與單電子器件-資料下載頁
2025-01-01 05:14本頁面
【正文】 由于 VG增加△ V，使得 VDG降低，導(dǎo)致 ： CqVDG 2?則此時電子將不能再從島上隧穿到 D，因此，剛從 S隧穿到島上的電子將繼續(xù)在島上， 島上電子數(shù)為 N+1個 。此時從 S到島的隧穿和從島到 D的隧穿都被堵塞。從而沒有電流。 VG 島 S D G ID + + VD 增加 1個電子在島上 （ 3）當(dāng) VG進(jìn)一步增加到 VG2，若使得： CqNCqVVVGGS 2)1(1 ???????則又有一個電子可以從 S隧穿到島上，島上電子數(shù)目變?yōu)?N+2個 ,此時， VGS和 VDS分別變?yōu)椋? )2(1 ?????? NCqVV GGS )2(1 ??????? NCqVVVV GDDG從而 VGS降低，導(dǎo)致 VGS又： VG 島 S D G ID + + VD CqGS 2?則 S上的電子 不能繼續(xù) 隧穿到島上，即電子從 S到島被阻塞。 而此時，由于島上增加了一個電子，導(dǎo)致 VDG升高，使得 VDS又滿足 ： CqVDS 2?則剛從 S上隧穿到島上的電子可以從島上隧穿到 D，這樣島上電子數(shù)目減少一個，又變?yōu)?N＋ 1個。島上電子數(shù)目減少一個，則 VGS又滿足 ： CqGS 2?VG 島 S D G ID + + VD 即電子又可從 S上隧穿到島上，從而重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)電子從 S隧穿到島，再從島上隧穿到 D，一直繼續(xù)下去，形成電流ID。而島上電子數(shù)目一直保持 N＋ 1個不變。 如此： 使 VG從變?yōu)?VG1， 島上電子數(shù)目一直保持 N。 使 VG從 VG1變?yōu)?VG2， 島上電子數(shù)目一直保持 N＋ 1。 使 VG從 VG2變?yōu)?VG3， 島上電子數(shù)目一直保持 N＋ 2。 使 VG從 VG3變?yōu)?VG4 ，島上電子數(shù)目一直保持 N＋ 3。 使 VG從 VG4變?yōu)?VG5 ，島上電子數(shù)目一直保持 N＋ 4。 …… VG 島 S D G ID + + VD VG1 VG2 VG3 VG4 ID Coulomb阻塞區(qū) 每發(fā)生 1次整體隧穿前，島上增加 1個電子。 VGS、 VDG隨 VG的變化曲線是振蕩的，在隧穿、堵塞間發(fā)生條件間振蕩。 —— 故通過 VG變化能實(shí)現(xiàn) Coulomb振蕩。 其中 VGn=VG1+（ n1） *（ q/c） NcqvG1 ??VG1 VGS VG VG2 VG3 VG4 2cqVG NcqVG1 ??VDG VG1 VG2 VG3 VG4 2cq先堵塞 后堵塞 堵塞次序？ （ 5） SET工作的過程 ： 就是通過 VG來控制勢阱 （ 量子島 ） 底的高度 ， 從而可控制隧道結(jié) 1和 2的隧穿 ， 即可控制 SD電流 。 這種結(jié)構(gòu)的 SET， 柵極電荷 Q0的調(diào)制作用可通過電容來進(jìn)行 ， 則具有場效應(yīng)晶體管 (FET) 的功能 。 （ 6）單電子器件（ SET)的特點(diǎn) ① 高頻高速工作： 由于隧穿機(jī)制為一高速過程，同時 SET具有極小的電容，故工作速度非常快。 ② 功耗非常小 ：因其輸運(yùn)過程為單電子性的，所以電流和功耗非常低。明顯優(yōu)點(diǎn)就是控制電子隧穿與否 (開和關(guān) ) 所需要的 電荷量非常小 (? Q0 q)， 則功耗低 , 從而可實(shí)現(xiàn) Tbit級的集成電路 。 ③ 集成度高 ：由于 SET器件尺寸很小，故集成度高。 ④ 適用于多值邏輯 ：由于 SET的 IV特性為 “ 臺階 ” 狀，不同電壓對應(yīng)多個穩(wěn)定的電流值，故適宜用作多值邏輯。 ⑤ SET可能具有以下若干不足之處 —— 因?yàn)槲⒓?xì)加工技術(shù)水平和寄生電容的限制， C1不可能做得比 CG小很多，則 SET的電壓增益 GV 比較低。 GV=CG/C1 —— SET比較難以保證正確無誤地驅(qū)動其他晶體管。 ——柵極上總存在有漲落的殘留電荷， 則使得集成化比較困難，不過殘留電荷在低溫下是穩(wěn)定的， 故對于用作為靜電計(jì)來精確測量極微量的電荷而言無關(guān)大局。 ——盡管 SET存在有這些不足， 但仍可能不失為將來計(jì)算機(jī)的核心器件。 （ 7）單電子晶體管的應(yīng)用 SET制作下一代高速度，高密度的 IC：由于上面所述的特點(diǎn)， SET是下一代高速高密度 IC的最佳候選器件之一。 ：由于 SET可以實(shí)現(xiàn)單電子導(dǎo)電，故適合作超高靈敏度的 靜電計(jì) ，預(yù)計(jì)比現(xiàn)有的靜電計(jì)提高靈敏度1000倍。 ：由于 SET可以實(shí)現(xiàn)單電子輸運(yùn)，若再用一單空穴（用 P型材料制作）與之相配合，則可控制單電子與單空穴復(fù)合，制作單光子發(fā)生器。 ：已發(fā)現(xiàn) SET在庫侖阻塞閾值電壓附近，隧穿電流對紅外輻射感應(yīng)非常靈敏也可稱作 “ 光致隧穿 ” 效應(yīng)。 單電子靜電計(jì) ： 由于單電子晶體管 （ SET） 的 Coulomb間隙對隧道結(jié)中的微量電荷很敏感 ， 因此可用來檢測電荷 , 這具有超高靈敏度 （ 比傳統(tǒng)的靜電計(jì)大約高 100萬倍 ） 。 單電子靜電計(jì) Vb VG Vc CC 是在 Si襯底上通過蒸發(fā)金屬而作成。耦合電容 CC的右邊是二重隧道結(jié)的 SET靜電計(jì)； CC的左邊是光電子的產(chǎn)生部分。產(chǎn)生的電荷通過 CC引入到量子點(diǎn)，再被 SET檢測出來。這里的單電子晶體管起著電荷探測器的作用。 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH
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