4.7 Транзистор на квантовых точках [2]

Модулированно-легированные гетероструктуры с квантовыми точками, встроенные в токовый канал, представляют значительный интерес для устройств как микро-, так и так и наноэлектроники. Транзисторы на квантовых точках представляют по существу новый тип приборов на «горячих» электронах весьма перспективный для СВЧ-электроники. На рисунке 4.12 представлена структура модулированно-леги-рованного транзистора с квантовыми точками.

Такие гетероструктуры создают по модели Странеки-Крастанова, т.е. эпитаксиальный слой формируется на подложке с другими параметрами решётки Квантовые точки возникают в слое, если его толщина превышает некоторое критическое значение.

На полуизолированную подложку методом молекулярно-лучевой эпитаксии наносится нелегированный буферный слой толщиной 0,5 мкм. Затем наносятся два тонких слоя , которые разделяются нелегированным «спейсер»-слоем . Толщина слоёв составляет 0,7-1 нм, а слоя 3,5-5,6 нм. При этом формируются два слоя квантовых точек. Размер квантовых точек и их плотность варьируются в различных структурах. Затем выращивается второй «спейсер»-слой толщиной 10 нм. Далее выращиваются слои: (Si)-легированный и нелегированный слой толщиной 35 нм.

Формирование такой гетероструктуры завершается выращиванием нелегированного слоя , толщиной 6 нм и легированного кремнием ( ) контактного слоя ,толщиной 40 нм. И завершалась структура нанесением электродов транзистора : исток (И), затвор (З), сток (С). Длина затвора составляла 300-400 нм. Подвижность и концентрация электронов в двумерном газе уменьшаются из-за наличия квантовых точек. Это означает, что квантовыми точками захватывается меньшее число электронов.

Транспорт электронов в гетероструктурах с квантовыми точками имеет два компонента. Один компонент формируется подвижными электронами из двумерного газа и соответствует насыщению их дрейфовой скорости. Другой компонент обусловлен электронами, локализованными в квантовых ямах. Второй компонент даёт вклад в электронный транспорт только в сильных электрических полях. На рисунке 4.13 приведены вольтамперные характеристики гетероструктурных транзисторов на квантовых точках с длиной затвора 350 нм при различных значениях напряжения на затворе .

Эти характеристики принципиально отличаются от характеристик обычных МОП-транзисторов. Для них токи насыщения управляются напряжением на затворе.

В транзисторных структурах на квантовых точках концентрация участвующих в транспорте электронов в сильных полях не зависит то напряжения на затворе. Пороговое же напряжение, необходимое для эмиссии электронов из квантовых точек, уменьшается, когда напряжение на затворе становится отрицательным.

Если в МОП-транзисторных структурах происходит запирание транзистора при отрицательных напряжениях на затворе, то в транзисторах на квантовых точках ток стока в области малых напряжений на стоке имеет тенденцию на увеличение.

Такой тип транзисторов принципиально отличается от всех известных полевых транзисторов. Прибор имеет высокую реальную крутизну , что позволяет разработчикам электронной аппаратуры использовать их в диапазоне СВЧ.