Туннельные переходы Ti/TiO x /Ti с малой ёмкостью: перенос заряда и одноэлектронные явления

• Автор: Литвин, Леонид Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 131 с. : ил

Перечень основных обозначений ВАХ - вольт-амперная характеристика КБ - кулоновская блокада

КО - кулоновскй^ остров

ОЭТ - одноэлектронный транзистор

ПЭМ - просвечивающий электронный микроскоп

РНС - разрыв на ступени

СЗМ - сканирующий зондовый микроскоп

а - радиус локализованного состояния С -емкость

с! - туннельное расстояние в туннельном переходе е - заряд электрона Е - энергия

АЕ - выигрыш энергии при туннелировании

е о - электрическая постоянная

£ - относительная диэлектрическая проницаемость
8| - энергетическое положение примесного центра относительно уровня Ферми Е¥ - уровень Ферми Ф - высота туннельного барьера О - проводимость
У) - показатель степени в зависимости проводимости г'-того туннельного перехода от напряжения Г - скорость туннелирования к - постоянная Планка /- ток
к - постоянная Больцмана
т* — эффективная масса электрона
п - число избыточных электронов на кулоновском острове
рп - вероятность нахождения п электронов на кулоновском острове Q - заряд
R - сопротивление S - площадь Т - темепартура
т- время пролета электрона через барьер при туннелировании U - напряжение coD - частота Дебая

Введение
Глава 1. Туннельные переходы для одноэлектронных устройств (обзор
литературы)
§ 1.1. Туннельный механизм проводимости через тонкие диэлектрические

§ 1.1.1. Зависимость тока и проводимости туннельного контакта от
толщины, температуры и приложенного напряжения
§ 1.1.2. Статистические флуктуации сопротивления туннельного контакта 20 § 1.1.3. ВАХ туннельного контакта, содержащего локализованные
состояния
§ 1.2. Одноэлектронные эффекты
§ 1.3. Методы создания туннельных переходов для одноэлектронных
устройств
Заключения и выводы к гл.
Глава 2. Изготовление туннельных переходов ТС/ТСОх/ТС сквозным окислением
полоски ТС
§2.1. Изготовление туннельных переходов ТС/ТСОх/ТС
§2.1.1. Контроль размеров изготавливаемых структур
§2.1.2. Электронная литография
§2.1.3. Технология изготовления туннельных переходов ТС/ТСОх/ТС
§2.1.4. Контроль сопротивления туннельных переходов
§2.2 Низкотемпературные электрофизические измерения
Заключения и выводы к гл.
Глава 3. Перенос заряда в туннельном переходе ТС/ТСОх/ТС, сформированном
сквозным окислением полоски ТС
§3.1. Статистический анализ сопротивлений туннельных переходов
§3.2 Температурная зависимость сопротивления туннельных переходов
§3.3. Вольт-амперные характеристики туннельных переходов

М^ = Г+(б-^(б-е) + Г-(б + еЖе + е)-[Г+(0 + Г-(0]р(0. (12)

Скорости туннелирования Г+ одиночных электронов, увеличивающие (+) или уменьшающие (-) начальный заряд 0, выражаются как
г "(0 = -/

1 -ехр

где 1(17) - вольтамперная характеристика туннельного перехода по постоянному току (I/ - приложенное напряжение), а (-А£'±) - изменение свободной энергии в результате события туннелирования. Уравнения 10-г13 представляют собой основные соотношения «ортодоксальной» теории.
Могут ли одноэлектронные эффекты наблюдаться в одиночном туннельном переходе? Экспериментального ответа на этот вопрос пока нет. Теория же, рассматривает идеализированный одиночный туннельный переход, как простейший объект, в котором проявляется одноэлектронное туннелирование [36]. Идеализация состоит в том, что провода, подведенные к переходу, не обладают собственной геометрической емкостью. Параметры туннельных переходов, в которых проявляется одноэлектронное туннелирование приведены в Табл.2.
Реально одноэлектронное туннелирование наблюдалось в системах с числом туннельных переходов два и более. Два близко расположенных туннельных перехода отделяют от внешней цепи часть проводника -кулоновский остров, емкость которого не может быть закорочена геометрической емкостью подводящих проводов. Система из двух туннельных переходов с затворным электродом называется одноэлектронным транзистором с емкостным входом (Рис.3,а). Для применения одноэлектронного транзистора в качестве элемента логической микросхемы необходимо значение