22. Вольтамперные характеристики одноэлектронных транзисторов. Кулоновский «алмаз»

Одноэлектронный транзистор (англ. Single-electron transistor, SET) — транзистор, в основе концепции которого лежит возможность получения заметных изменений напряжения при манипуляции с отдельными электронами. Такая возможность имеется, в частности, благодаря явлению кулоновской блокады.

Рисунок декана (ВАХ)

Рис. 3. Вольт-амперные характеристики одноэлектронных транзисторов на основе туннельных переходов Ti/TiOx/Ti (a) и Nb/NbOx/Nb (b) для одинаковых (кривая 1) и различных (кривая 2) значений ширины туннельных переходов истока и стока.

Кулоновский «алмаз»

Объяснение от декана

Т.к. тут нихера не ясно..

З аштрихованные области здесь соответствуют условию кулоновской блокады при количестве электронов в квантовой точке, соответствующем указанной ве­личине. Эти области устойчивого состояния транзистора называют кулоновскими алмазами. В них число электронов в кв. точке определяется только Vg и Cg и туннельных барьеров. При устойчив. состоянии транзистора ток через него не течет. В других (незаштрих.) областях квантовая точка может иметь по меньшей мере два значения n (кол. электронов). В серых областях, показанных на рис.2.8,а, кв. точка может принимать два значения коли­чества электронов. Например, в серой области, обозначенной буквой А, число электронов в точке может быть равно нулю или единице. Число электронов, равное 1, предпочтительнее для туннельного перехода истока, а число электронов, равное 0, предпочтительнее для туннельного перехода стока. Поэтому, когда конечное, положительное напряжение исток-сток Vds, показан­ное на рис.2.8,а штриховой линией, прикладывается между электродами истока и стока, а напряжение затвора равно e/(2Cg), наблюдается описанный ниже про­цесс электронного переноса. Первоначальное число избыточных электронов в квантовой точке предполагается равным нулю. Для туннельного перехода исто­ка число электронов 1 является предпочтительным, так что электрон туннели­рует от истока к точке и число электронов в точке становится равным единице. Однако для туннельного перехода стока предпочтительно число электронов, равное нулю, так что электрон туннелирует из точки к стоку и число электро­нов в точке становится равным нулю. В результате электрон туннелирует от ис­тока к стоку и ток исток-сток становится заметным при этих условиях смеще­ния.

Таким же способом наблюдали характеристики одноэлектронных транзисторов I_ds от Vg при напряжении затвора ne/Cg + e/2Cg (осцилляции тока сток-исток I_ds), показанные на рис.2.8,б. Осциллирующие характеристики I_ds от Vg называются кулоновскими осцилляциями.

Зависимости I_ds от V_ds получаются таким же способом. Типичные характеристики I_ds от V_ds показаны на рис. 2.8,в для двух значений напряжения затвора: нуль и e/2Cg. Зависимости, характеризующие подавление проводимости, наблюдае­мое около V_ds~0, когда Vg=0, называются характеристиками кулоновской блокады.

Преимуществами одноэлектронных транзисторов являются малые разме­ры (вплоть до размеров нескольких атомов) и связанная с ними возможность высокой степени интеграции, а также чрезвычайно низкая потребляемая мощность.