4 Кулоновская лестница
Рассмотрим двухпереходную систему с нессиметричными переходами. Темп туннелирования через 1 переход можно записать
Г1=δE1/e2R1 (1)
δE1=еV1-e2/2C1 (2)
где δE1 - изменение энергии на одном переходе при падении на нем напряжения V1>VКБ. Подставив (2) в (1), получим:
Г1=V1/eR1 - 1/2R1C1 (3)
Аналогичное выражение можно записать для Г2. Из (3) видно, что при различии R и С переходов будут различаться и темпы туннелирования. Если R и С переходов равны, то при увеличении напряжения будет происходить плавный рост тока, так как количество пришедших на кулоновский остров электронов будет равно количеству ушедших.
При несимметричности переходов на островке будет существовать заряд из n электронов. При увеличении напряжения до значения, достаточного для забрасывания на островок n+1-го электрона, вначале будет происходить резкое увеличение тока, обусловленное переходом с высоким темпом туннелирования.
Дальнейшее увеличение тока, обусловленное переходом с низким темпом туннелирования, будет медленным до тех пор, пока на островок не сможет попасть n+2-й электрон. Таким образом, хотя ток через систему протекает непрерывно, в каждый момент времени на островке будет существовать определенное количество электронов, зависящее от приложенного напряжения. В результате ВАХ двухпереходной системы имеет ступенчатый вид, называемый "кулоновской лестницей". Ступеньки кулоновской лестницы будут тем ярче выражены, чем несимметричнее переходы, а при симметрии переходов, т.е. при равенстве RС — постоянных, ступеньки исчезают. Семейство кулоновских лестниц, рассчитанное К. К. Лихаревым для различных значений Q0, представлено на рисунке 7.
Рисунок 7 - Расчетная ВАХ
Как уже отмечалось выше, заряд Q в уравнении (1) имеет вид:
Q=Q0 – ne (4)
где n – целое число электронов на кулоновском острове. Так как Q0 имеет поляризационную природу, то, расположив рядом с кулоновским островом третий электрод – затворный, можно изменять непрерывно, пропорционально затворному напряжению.
Таким образом, при непрерывном изменении Q0, периодически будет выполняться условие кулоновской блокады, графически показанное на рисунке 1. Следовательно, при изменении затворного напряжения периодически будет возникать кулоновская блокада, и зависимость тока через точку (или напряжения на ней при постоянном токе) будет носить осцилляционный характер. Пример таких осцилляций (напряжение на точке при постоянном токе через нее в зависимости от затворного напряжения) показан на рисунке 8.
Рисунок 8 - Зависимость напряжения на квантовой точке при постоянном токе через нее I=30 пA в зависимости от напряжения на затворе
5 Основы технологии одноэлектроники
Самым современным методом осуществления процесса эпитаксии является молекулярно-лучевая эпитаксия. При этом методе на подготовленную и очищенную подложку направляются потоки отдельных атомов (рисунок 9). Скорость потока каждого сорта атомов регулируется независимо.
Рисунок 9 - Молекулярно-лучевая эпитаксия
Схема установки молекулярно-лучевой эпитаксии для получения легированных тройных соединений. Вся установка размещается в камере сверхвысокого вакуума:
1) Блок нагрева
2) Подложка
3) Заслонка отдельной ячейки
4) Эффузионные ячейки основных компонентов
5) Эффузионные ячейки легирующих примесей.
Элементарные процессы в зоне роста:
1) Адсорбция атомов из зоны смешивания на поверхности.
2) Миграция адсорбированных атомов по поверхности.
3) Встраивание адсорбированных атомов в кристаллическую решетку.
4) Термическая десорбция.
5) Образование поверхностных зародышей.
6) Взаимная диффузия.
Достигая поверхности подложки, атомы тем или иным способом упорядочиваются (рисунок 10), образуя необходимые нам структуры.
Рисунок 10 - Упорядочивание атомов Ga, Al, As, As2
Над растущей поверхностью показаны атомы газовой смеси компонентов в приповерхностной области. Буквами n-n и i-i показаны нормальная и инвертированная поверхности раздела растущей ГС. Область между этими поверхностями представляет собой квантовую яму шириной L.
Схематически
показано распределение скоростей
и температуры T в газовом потоке в
диффузионном слое вблизи подложки
(масштаб не соблюден) на рисунке 11.
Рисунок 11 - Схема горизонтального реактора открытого типа с охлаждаемыми стенками для MOCVD
1) Кварцевый корпус.
2) Катушка ВЧ генератора для нагревания подложки.
3) Блок нагрева подложки.
4) Подложки.
5) Водяное охлаждение (впуск).
6) Водяное охлаждение (выпуск).
Применение органических резистов в литографических процессах изготовления микро- и наноструктур с большим отношением высоты линии к ширине сталкивается с серьезными ограничениями, обусловленными низкой термо- и плазмостабильностью органических материалов. Определенные преимущества могут быть получены при разработке и использовании резистов на основе неорганических соединений. Обладая принципиально высоким разрешением, подобные резисты характеризуются низкой чувствительностью. В ряде работ нами было показано, что аморфные оксиды ванадия, приготовленные с применением неравновесных технологических приемов (анодное окисление, реактивное распыление на холодные подложки) демонстрируют высокую чувствительность к фотонным и электронным воздействиям.