Современная электроника №5/2023

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 8 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2023 Пики максимумов проводимости наблюдаются для значений , кратных половине заряда электрона . Миниму - мы проводимости видны при целых значениях , кратных заряду электро - на . При напряжениях смещения , пре - вышающих e/C, кулоновская блоки - ровка нарушается , и проводимость не зависит от напряжения на затворе . При дальнейшем увеличении напря - жения на затворе конденсатор затвора заряжается на величину заряда элек - трона , и ООТ возвращается в стабиль - ное состояние . Кулоновская блокада снова устанав - ливается , однако ООТ содержит один лишний электрон . Проводимость SET- транзистора изменяется в промежутке между минимумами для зарядов затво - ра , кратных заряду электрона , и макси - мумами для значений , кратных поло - вине этой величины . На рис . 4 показаны вольт - амперные характеристики ( ВАХ ) SET- транзистора для различных значений стоково - го сопротивления туннельного пере - хода R d при постоянном значении Rs = 2,5 × 10 13 Ом . В случае кулоновской блокады , когда в условиях низкого смещения сопро - тивление стока меньше сопротивления истока (R s < R d ), ток будет равен нулю . Когда приложенное извне напря - жение перехода V превысит порого - вое значение , и сопротивление стока станет больше сопротивления истока R s > R d , начнётся туннельный дрейф электронов . При этом электроны попадают на ООТ через первый переход (source), а затем очень быстро перемещаются во второй переход (drain). Это быстрое перемещение избыточных электронов от одного контакта к другому увели - чивает общий заряд ООТ , обеспечивая резкое нарастание тока ( вертикаль сту - пеньки на рис . 4). Дальнейшее увеличе - ние напряжения не приводит к возрас - танию тока до тех пор , пока на ООТ не окажутся два электрона ( горизонталь - ная часть ступеньки на рис . 4). После того как напряжение достиг - нет значения , при котором можно пре - одолеть кулоновскую энергию двух электронов , ток снова начинает быстро возрастать . Это приводит к ступенчатому уве - личению характеристики . Поэтому ВАХ SET- транзистора получила назва - ние «Coulomb Staircase» ( кулоновская лестница ). Таким образом , ток в цепи SET- транзистора будет протекать порци - ями , что соответствует движению единичных электронов . Управляя потенциалом на затворе , можно про - пускать через кулоновские барьеры одиночные электроны . Это свойство открывает широкие перспективы для использования SET- транзисторов в качестве ключевого эквивалента МОП - транзисторов и элементов памяти в чипах следующих поколений . Нанотрубки всё чаще стали приме - няться в качестве основы квантовых точек в конструкциях одноэлектрон - ных транзисторов благодаря тому , что их проще изготавливать одного размера . Одно из очень ценных с точ - ки зрения производства свойство SET- транзисторов на основе нанотрубок (NT) заключается в возможности раз - мещения нескольких квантовых точек ООТ в одном транзисторе . В работе [8] описан метод изготовле - ния SET- транзистора с двойными кван - товыми точками . Структурная схема такого составного транзистора пока - зана на рис . 5a. Исходная заготовка в виде кремниевого нанопрофиля имеет в центре небольшое углубление шири - ной в несколько нанометров . Процесс окисления проводится так , что на кра - ях канавки образуются два ООТ из тон - кого слоя кремния (Si). Остальная часть тонкой кремниевой заготовки превра - щается в изолятор из диоксида крем - ния (SiO 2 ). Таким образом , были полу - чены сформировавшиеся структуры основы транзистора с двумя ООТ , раз - мещёнными на изоляторе (SiO 2 ). На следующем этапе на них наносились электроды и туннельный барьер . Эквивалентная схема устройства такого транзистора показана на рис . 5 б . На эквивалентной схеме W, L, d означа - ют расчётные длину , ширину заготов - ки и глубину канавки соответственно . На рис . 5 б показана упрощённая эквивалентная схема с двумя крем - ниевыми областями , которая состоит из двух одноэлектронных транзисто - ров (T s и T d ), связанных между собой параллельно через ёмкости туннель - ного перехода C s1 , C s2 , C d1 , C d2 . Верхний электрод представляет собой общий затвор , который управляет одновре - менно обеими областями . Поскольку область в левом плече T s не имеет над собой тонкого затвора , электростатический потенциал обла - сти управляется только верхним затво - ром . Поскольку нижний тонкий затвор здесь не полностью экранирует область проводимости , потенциал области в плече Td управляется как нижним (G2), так и верхним (G1) затворами . В этой работе была реализована ёмкостная связь между двумя ООТ , что является необходимым условием построения универсальных одноэлек - тронных устройств различной конфи - гурации . Предложенный в данной статье под - ход к конструкции одноэлектронного транзистора является перспективным , так как позволяет обеспечить высо - кую степень интеграции и сверхмалое Ток ( А ) Напряжение стока ( В ) Ом Ом Ом Ом Ом Рис . 4. Вольт - амперные характеристики SET- транзистора для различных значений стокового сопротивления туннельного перехода [7]