Завдання до виконання лабораторної роботи

1. На робочому столі автоматизованої системи SIMON створити експериментальну наносхему дослідження одноелектронного приладу, як показано на рис. 13.2.

Рис. 13.2. Експериментальна наносхема дослідження статичних характеристик приладу з двома тунельними переходами

2. Дослідити її статичні характеристики, які для прикладу побудовані на рис. 13.3 для випадків симетричної (а, в, д) та несиметричної (б, г, е) структур. Для випадку несиметричної структури вибрати .

а) б)

в) г)

д) е)

Рис. 13.3. Результати моделювання вхідних напруг (а, б) та статичних характеристик стрімів (в, г) і зарядів (д, е) наноприладів з двома симетричними (а, в, д) та несиметричними (б, г, е) тунельними переходами

Завдання до оформлення лабораторної роботи

Для захисту лабораторної роботи потрібно підготуватися до відповідей на контрольні запитання та оформити протокол, який вміщує:

1. Мету роботи та фізико-теоретичні відомості про одноелектронні наноприлади з двома тунельними симетричними та несиметричними переходами.

2. Експериментальну наносхему дослідження одноелектронного приладу та діаграми моделювання його статичних характеристик.

3. Висновки. Контрольні запитання

1. Як технологічно формується наноприлад з двома тунельними переходами?

2.Розрахувати залежність електростатичної енергії системи з двох тунельних переходів від кількості накопичених електронів , а і аФ.

3. Чим пояснюється наявність початкового заряду на кулонівському острівці одноелектронного наноприладу?

4. Чому ємності двох тунельних переходів під’єднані паралельно відносно кулонівського острівця КО (рис. 13.1)?

5. Розрахувати темп тунелювання електронів через реальний перехід.

6. Чим відрізняються характеристики симетричного та несиметричного одноелектронних наноприладів з двома тунельними переходами?

Лабораторна работа № 11 Дослідження статичних характеристик одноелектронного транзистора

Мета роботи: Дослідити статичні вольт-амперні та вольт-фарадні характеристики одноелектронного транзистора.

Фізико-теоретичні відомості

Одноелектронний транзистор (ОЕТ) має два тунельних переходи витоку та стоку і один ємнісний контакт затвору навколо одного квантового острівця КО, як показано на рис. 14.1.

Рис. 14.1. Еквівалентна схема одноелектронного транзистра

Технологічно ОЕТ виготовляють на діелектричній підкладці у вигляді двох симетричних тунельних переходів витоку та стоку навколо напівпровідникової гранули КО і металічного електроду затвора, який розташований поруч з КО.

За допомогою двох джерел живлення витоку та затвору регулюють величину заряду на КО:

(14.1)

де — заряд цілого числа накопичених електронів, що тунелюють через переход витоку до КО, і — початковий та поляризаційний заряди, величиною яких можна керувати за допомогою потенціалу затвору .

Випадкові флуктуації реального початкового зарядового оточення у вигляді поверхневих станів та неконтрольованих пасток суттєво впливають на характеристики транзистора. Напруга затвора керує поляризацією складового заряду на КО, періодично змінюючи умови кулонівської блокади. Вочевидь, при зміні затворної напруги , періодично буде виникати кулонівська блокада, а залежність струму через КО буде мати осциляційний характер. Виникають так звані кулонівські коливання.

При фіксованій затворній напрузі, меншій за напругу кулонівської блокади:

, (14.2)

можна керувати струмом , якщо збільшувати напругу витоку . На рис. 14.2 побудовані перехідні (а) та вихідні (б) ВАХ одноелектронного транзистора.

а) б)

Рис. 14.2. Прохідні (а) та вихідні (б) вольт-амперні характеристики ОЕТ

Інтервал коливань струму на прохідних ВАХ дорівнює подвоєній величині напруги кулонівської блокади:

(14.3)

Пікові значення струму відповідають присутності цілого числа електронів на КО.

До напруги кулонівської блокади (рис. 14.2, б) ОЕТ знаходиться у закритому стані, струм через нього не протікає . Після подолання блокади транзистор відмикається і пропускає струм . Таким чином, ОЕТ, маючи два стійких стани, може використовуватись як логічний компонент цифрової наноелектроніки.