Особенности электронного транспорта в неоднородных одноэлектронных структурах

• Автор: Залунин, Василий Олегович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Обзор ранних экспериментов и основные положения

ортодоксальной теории одноэлектронного туннелирования

1.1. Эксперименты по наблюдению одноэлектронных эффектов в

гранулированных плёнках

1.2. Ортодоксальная теория одноэлектронного туннелирования

1.3. Одноэлектронный транзистор: принципы работы и экспериментальные реализации

1.4. Одноэлектронное туннелирование в одномерных и двумерных

структурах

Глава 2. Технология изготовления и методика измерений образцов

2.1. Технология изготовления образцов
2.2. Методика измерения образцов
Глава 3. Асимметричный одноэлектронный транзистор
3.1. Особенности технологии изготовления асимметричного одноэлектронного транзистора
3.2. Экспериментальное изучение электрических характеристик асимметричного одноэлектронного транзистора
3.3. Численное моделирование работы асимметричного одноэлектронного транзистора
Глава 4. Особенности одноэлектронного транспорта в хромовых гранулированных нанополосках

4.1. Специфика изготовления образцов
4.2. Экспериментальное изучение свойств хромовых гранулированных нанополосок
4.3. Численное моделирование процессов одноэлектронного транспорта в хромовых гранулированных нанополосках
Заключение
Литература
Приложение А. Методика проведения численного моделирования одноэлектронных структур методом Монте-Карло

Введение
В течение последних трёх десятилетий микроэлектроника испытывает бурный рост. Этот рост связан с появлением устройств, структурные элементы которых имеют наномстровыс размеры и которые, как правило, работают на принципах квантовой физики. По сути, можно говорить о появлении новой дисциплины — наноэлектроники, которая постепенно проникает во многие сферы нашей жизни. Например, результаты теоретического и экспериментального исследования различных структур пониженной размерности, таких как квантовые ямы, квантовые проволоки, квантовые точки, а с недавнего времени и структуры из графена, находят своё применение при построении этих устройств, обладающих уникальными характеристиками: сверхбыстрых полевых транзисторов, сверхчувствительных датчиков слабых электрических и магнитных полей, лазеров, работающих в новых диапазонах длин волн и др. (см., например, [1]). Даже в такой, давно развивающейся области микроэлектроники, как производство микропроцессоров и элементов памяти, в последние годы наблюдается переход к наноэлектронике. Согласно эмпирически выведенному в 1965 году и до сих пор дающему верные предсказания закону Мура [2], количество транзисторов в микропроцессорах растет со временем экспоненциально: каждые 24 месяца их количество удваивается. Стремление к получению большей плотности элементов на единицу площади приводит к постоянному уменьшению размеров элементов микропроцессоров и ячеек памяти. Так, в первом промышленно выпускавшемся компанией Intel однокристальном микропроцессоре Intel 4004 (1971 год) характерный размер транзистора составлял 10 мкм, а сам процессор содержал 2300 транзисторов, в процессорах семейства Intel Sandy Bridge, выпущенных в 2011 году, содержится уже 2,6 миллиарда транзисторов с характерным размером элементов всего 22 нм [3]. Такое уменьшение элементов вычислительных устройств, с од-

го микроскопа на золотые электроды. Одноэлсктронпый транзистор-электрометр, изготовленный в нашем лаборатории и демонстрирующий рекордное значение зарядовой чувствительности на низких частотах также является существенно асимметричным. Наконец, следует упомянуть, что асимметричные одноэлектронные транзисторы сыграли значительную роль в экспериментальном обнаружении зарядовых эффектов в одноэлектронных транзисторах и, следовательно, подтверждении основных положений одноэлектропики. Ярко выраженная ступенеобразная форма вольт-амперных характеристик (англ. Coulomb staircase) этих транзисторов (см., например, [4]) делала возможным оценку их электрических параметров даже в отсутствие данных о действии емкостного затвора.
Наконец отмстим две экспериментальные работы, тематика которых непосредственно связана с нашим исследованием асимметричного одноэлектронного транзистора. В работе [31] был продемонстрирован асимметричный одноэлектронный транзистор, построенный на базе полупроводниковой гетероструктуры. Показано, что такой транзистор может работать как при приложении к нему постоянного напряжения смещения (традиционный режим работы), так и в режиме смещения переменным сигналом. В таком режиме транзистор за счёт асимметрии своей вольт-амперноп характеристики функционирует как детектор переменного напряжения смещения, управляемый напряжением, подаваемым на затвор. Сложная внутренняя структура полупроводниковой гетероструктуры не позволила в полной мере провести моделирование характеристик нового режима функционирования одноэлектронного транзистора и сравнить его результаты с экспериментальными данными.
Такой анализ был произведён в работе [32], в которой был изготовлен металлический одноэлектронный транзистор и измерен его токовый отклик в режиме смещения переменным сигналом. Характеристики такого транзистора были рассчитаны при помощи численного моделирования с применением