Содержание

Введение 2

1 Полевые транзисторы с резонансным туннелированием 4

2 Одноэлектронный транзистор 10

3 Спин-полевые транзисторы 16

4 Фотоприемники на наноразмерных гетероструктурах 18

4.1 Нанофототранзистор на квантовых точках 19

4.2 Нанофотодиод с квантовыми точками 24

Заключение 28

Список использованной литературы 29

Введение

Изделия нанотехники и, в частности, наноэлектроники находятся на переднем рубеже достижений человечества. Уже сейчас значимость нанонауки как для прикладных задач, так и для фундаментальных исследований выступает на первое место, потеснив позиции космических исследований и исследований структуры материи. В ближайшем будущем предвидится бурное развитие этой области знаний, что предполагает возможность для нее вместе с физикой сложных нелинейных динамических систем и квантовой физикой занять ведущее место в процессе познания мира.

Одна из основных задач нанотехнологии в области электроники состоит в создании больших систем элементов, способных преобразовывать и запоминать информацию. Такими элементами обычно являются участки твердого тела с различным типом проводимости и линиями связи. Однако прогресс наноэлектроники не исключает возможности использования для ее целей органических материалов, сложных биологических молекул, таких, как протеины и нуклеиновые кислоты, и даже элементов биологических объектов.

Перед нанотехнологией открываются фантастические перспективы во многих областях техники, биологии, медицины. При этом одной из важнейших областей применения нанотехнологий, во многом стимулирующей ее развитие, является электроника.

1 Полевые транзисторы с резонансным туннелированием

Полевые транзисторы (ПТ) с резонансным туннелированием обычно представляют собой гибридные структуры, в которых в одном приборе реализована комбинация электронного усиления транзистора с мультистабильностью двухбарьерной квантовой системы (ДБКС). Конструктивно в таких приборах осуществляется последовательное соединение резонансно-туннельного диода (РТД) с полевым гетеротранзистором, где РТД используется в качестве стока (рисунок 1). Использование таких приборов позволяет развязать различные логические элементы в интегральных схемах. Появление РТД в полевом гетеротранзисторе существенно изменяет его стоковые характеристики, на них появляется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, присущий резонансно-туннельной структуре. Вид этих характеристик подобен кривым на рисунке (рисунок 3). В различных разработках ПТ ДБКС может быть использована в качестве затвора, стока, истока, а иногда и в качестве канала, что изменяет параметры ПТ, наделяет их новыми свойствами и улучшает быстродействие.

Для применения в цифровых логических схемах разработан вертикальный резонансно-туннельный ПТ (рисунок 2), в котором, в отличие от предыдущего типа прибора, хорошо согласованы и совмещены характеристики РТД и гетеротранзистора. В полевых резонансно-туннельных транзисторах (РТТ) с вертикальной структурой ДБКС встроена между сильно легированными слоями стока и истока, а напряжение на затворе осуществляет изменение потока электронов, движущихся к ДБКС, и положение резонансных уровней в ДБКС относительно уровня Ферми в истоке. В транзисторе на рисунке 2 затвор З является кольцевым, что позволяет хорошо регулировать ток стока.

Рисунок 1 – Конструкция полевого гетеротранзистора с

резонансно-туннельным диодом

Эпитаксиальная структура, используемая при производстве вертикального транзистора, была выращена посредством использования молекулярно-пучковой эпитаксии на полуизолирующей (s.i. — semiconductor insulator) GaAs подложке (рисунок 2, а), где показана слоистая структура поперечного сечения, которая может быть разделена на РTД и на две смежные с РТД сильнолегированные слоистые структуры, являющиеся источниками электронов («электронные резервуары»). Слоистая структура РТД не легирована и состоит из In_0,1Ga_0,9As квантовой ямы шириной 5 нм, ограниченной двумя AlAs барьерами шириной 1,7 нм. Использование InGaAs вместо GaAs позволяет уменьшить пиковое напряжение. Эта ДБКС симметрично окружена следующей слоистой последовательностью: 7 нм GaAs (не легированный слой), 200 нм n^– — GaAs (n^– = 5*10¹⁶ см^–3) и последний слой 500 нм n⁺ — GaAs (n⁺ = 4*10¹⁸ см^–3). Номинально нелегированные слои GaAs выступают как слои спейсеров между n-легированным электронным резервуаром и нелегированной ДБКС. Они служат для уменьшения диффузии примеси и, следовательно, улучшения качества межслойной границы. Низколегированные n — GaAs слои применяются для улучшения управления током прибора. Ширина обедненной области под затвором Шоттки зависит от высоты барьера Шоттки ϕ₀, напряжения на затворе U_З и концентрации примеси N_д = n смежного полупроводникового слоя. Как следствие, эффективная площадь истокового меза-выступа и, следовательно, токи, протекающие через него, могут быть эффективно управляемы посредством напряжения на затворе при низкой концентрации примеси N_д. Высоколегированные n⁺ — GaAs слои обеспечивают омические контакты с выводами.

Вертикальный транзистор с резонансным туннелированием (рисунок 2, б) состоит из истокового меза-диода малой площади, окруженного обедненной областью затвора Шоттки (3), который образован в процессе напыления. На рисунке 2, б изображены основные области и электроды и не показаны все слои, представленные на рисунке 2, а.

а)

б)

Рисунок 2 – Эпитаксиальная структура вертикального транзистора (a);

вертикальный транзистор с резонансным туннелированием (б)

Хотя рассматриваемый прибор основан на полностью симметричной слоистой структуре, ВАХ ведут себя несимметрично относительно полярности напряжения на стоке и истоке. ВАХ (рисунок 3) получена при условии, что верхний контакт (контакт И — исток) заземлен, а положительное смещение приложено к нижнему контакту (контакт С —сток). При подаче на контакты напряжения противоположной полярности (U_ЗИ < 0) характеристики располагаются ближе друг к другу, не расходятся в области отрицательного сопротивления и далее при больших U_СИ стремятся к насыщению. Эти особенности связаны с изменением распределений потенциалов и напряженностей электрических полей при изменении полярности напряжения на электродах. ВАХ при малых U_СИ (меньших 0,5 В) на восходящем участке изменения тока стока аналогичны характеристикам обычных МДП-транзисторов. Максимум тока в районе U_СИ - 0,5 В соответствует резонансному туннелированию электронов через ДБКС, когда под воздействием изменения напряжения U_СИ уровни размерного квантования совпадают с уровнями Ферми в сильно легированном истоке (стоке). Подача на затвор отрицательного потенциала приводит, как в обычных МДП-транзисторах, к обеднению канала, изменениям локального уровня Ферми и условий туннелирования, что в конечном счете вызывает падение тока стока.

Рисунок 3 - ВАХ вертикального транзистора