Современная электроника №5/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 7 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2023 Эквивалентную схему одноэлек - тронного транзистора , показанную на рис . 2, можно представить в виде последовательного соединения двух туннельных переходов , к точке сое - динения которых добавлен ещё один управляющий электрод ( затвор ), кото - рый соединён с ООТ через ёмкость управления . Эквивалентную схему одноэлек - тронного транзистора , показанную на рис . 2, можно представить в виде последовательного соединения двух туннельных переходов (C1R1, C2R2), к точке соединения которых добав - лен ещё один управляющий электрод ( затвор ), соединённый с ООТ через ёмкость управления Cg. Напряжение затвора Vg исполь - зуется для управления открытием и закрытием SET, или , другими слова - ми , оно управляет последовательным переносом электронов . На рис . 2 узел 1 представляет электрод истока (source), узел 2 – ООТ (island), а узел 3 – элек - трод стока (drain). Туннельные пере - ходы , расположенные между этими узлами , характеризуются туннельны - ми ёмкостями ( С 1, С 2) и туннельными сопротивлениями (R1, R2). При определённых условиях через ООТ , который изолирован от других электродов диэлектрическими про - слойками , может протекать ток . Необходимо подчеркнуть , что заряд проходит через ООТ в квантованных единицах . Из - за дискретной природы заряда ток , протекающий через тун - нельный переход , представляет собой последовательность событий , в кото - рых только один электрон проходит через туннельный переход . Когда электрон туннелирует через переход , туннельная ёмкость C1 заря - жается элементарным зарядом , созда - вая напряжение , которое может быть представлено как V = e/C. Это напря - жение противодействует проникнове - нию другого электрона в туннельный переход (CB). В принципе , кулоновскую блокаду можно представить себе в терминах курса школьной физики как избыточ - ное сопротивление туннельного пере - хода , возникающее при очень низких напряжениях смещения . Если пренебречь квантовыми эффек - тами , то в очень грубом приближе - нии туннельный ток первого порядка будет пропорционален приложенно - му напряжению смещения . Иными словами , туннельный переход , состо - ящий из двух проводников , разделён - ных изолирующим слоем , ведёт себя как ползунковый переменный рези - стор , сопротивление которого опре - деляется толщиной барьера . С другой стороны туннельного перехода изо - лирующий слой работает как диэлек - трическая среда , определяющая свой - ства туннельного перехода в качестве конденсатора . Кроме того , уровень электрического потенциала кванто - вой точки зависит также от величи - ны ёмкостной связи Cg. Электрон сможет преодолеть куло - новскую блокаду , если выполняют - ся следующие условия : напряжение смещения меньше напряжения куло - новского промежутка (V bias < e/C); тепловая энергия ниже энергии заряда (kT < e 2 /C); туннельное сопро - тивление согласуется с принци - пом неопределённости Гейзенберга RT > h/2 π e 2 . При повышении напряжения до порогового значения возникает тунне - лирование слева направо , а при повы - шении обратного напряжения выше порогового – справа налево . В SET- транзисторе электроны , прео - долевая два туннельных перехода , про - ходят через квантовую точку , постоян - но заряжают и разряжают её . При этом заряд затвора регулирует перемещение электронов между истоком и стоком таким образом , что заряд QD будет кра - тен заряду электрона . Из - за высокого значения сопротив - ления второго туннельного перехода электрон сначала дрейфует через пер - вый туннельный переход и удержива - ется на ООТ . Затем , спустя некоторый промежуток времени , электрон начи - нает дрейфовать через второй переход . При этом второй электрон проникает на ООТ сквозь первый переход . Поэто - му в процессе дрейфа электронов через оба туннельных перехода ООТ остаётся всегда в заряженном состоянии . После - довательный вход и выход электрона из одного соединения в другое полу - чил название « коррелированное тун - нелирование электронов ». Экспериментально кулоновская блокада проявляется как пикообраз - ная зависимость проводимости кван - товой точки от её потенциала . Когда электрон туннелирует в квантовую точку , поле в конденсато - ре затвора возвращается к его началь - ному значению . Этот эффект пока - зан на рис . 3 [6]. Ток , протекающий в одноэлектронном транзисторе , увели - чивается с увеличением напряжения смещения между истоком и стоком и периодически изменяется в соответ - ствии с напряжением на затворе . Каждый раз , когда электрон тунне - лирует в ООТ , поле в конденсаторе затвора возвращается к его начально - му значению . Исток 1 2 3 C 1 , R 1 C 2 , R 2 ООТ V sd V g C g Сток Рис . 2. Эквивалентная схема одноэлектронного транзистора Рис . 3. Ток в SET- транзисторе , модулированный напряжением на затворе Напряжение затвора Напряжение смещения Ток