Экспериментальное исследование зарядовых флуктуаций в алюминиевых одноэлектронных структурах стековой геометрии

• Автор: Преснов, Денис Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 128 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ
ГЛАВА 1. ОДНОЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНЗИСТОР КАК СВЕРХЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОМЕТР
1.1. Одиночный туннельный переход, зарядовая энергия и условия наблюдения одноэлектронных эффектов.
1.2. Принципы работы одноэлектронного транзистора.
1.3. Зарядовая чувствительность одноэлектронного транзистора.
1.4. Поляризационный фоновый заряд, его флуктуации и их влияние
на работу одноэлектронных устройств.
1.5. Рабочая температура одноэлектронных устройств. Способы ее повышения.
1.6. Цели и задачи настоящей работы. ;,Д
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Технология изготовления одноэлектронных структур.
2.1.1. Структуры планарной топологии.
2.1.2. “Стековые” структуры.
2.2. Методика измерений.
ГЛАВА 3. НИЗКОЧАСТОТНЫЕ ЗАРЯДОВЫЕ ШУМЫ В ОДНОЭЛЕКТРОННЫХ ТРАНЗИСТОРАХ СТЕКОВОЙ ГЕОМЕТРИИ
3.1. Зависимость уровня шума от площади контакта центрального острова транзистора с подложкой.
3.2. Зарядовая чувствительность стекового транзистора.
3.3. Шунтированный стековый транзистор.
3.3.1. Идея и метод изготовления шунтированного стекового одноэлектронного транзистора.
3.3.2. Шумовые характеристики шунтированного стекового одноэлектронного транзистора.
3.4. Аномалии в шумовых свойствах стекового одноэлектронного транзистора.
3.5. Предельная зарядовая чувствительность стековых транзисторов.
ГЛАВА 4. ОДНОЭЛЕКТРОННЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С
ПРЕДЕЛЬНО МАЛЫМИ ТУННЕЛЬНЫМИ ПЕРЕХОДАМИ
4.1. Технологические особенности изготовления одноэлектронных транзисторов с предельно малыми туннельными переходами.
4.2. Шумовые характеристики одноэлектронных транзисторов с предельно малыми туннельными переходами.
4.3. Транзисторы комбинированной геометрии.
ГЛАВА 5. СРУКТУРЫ ИЗ МНОГИХ ТУННЕЛЬНЫХ
ПЕРЕХОДОВ НА ОСНОВЕ СТЕКОВОЙ ГЕОМЕТРИИ
5.1. Влияние флуктуаций фоновых зарядов на работу одноэлектронной ячейки памяти.
5.2. Цепочки на основе стековых туннельных переходов.
5.3. Одноэлектронный транзистор с цепочками стековых туннельных переходов вместо одиночных переходов.
5.4. Стековые структуры с полностью изолированными от контакта с подложкой элементами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРЕДИСЛОВИЕ
На протяжении многих лет феномен электричества во всех его проявлениях, начиная от молнии и кончая электростатикой, интересовал человека. В конце шестнадцатого века стартом научного изучения этого явления послужила феноменологическая идея, сформулированная Б. Франклином, где говорилось, что электричество есть жидкость, способная перетекать от объекта к объекту и заряжать их. До конца девятнадцатого столетия эта модель в различных ее формах служила для объяснения феномена электричества. Важный шаг к количественному пониманию природы электричества был сделан Ш. Кулоном в 1785 г., который измерил силу притяжения двух заряженных тел. Он так же показал, что заряд распределен по поверхности проводников. Изучая электрические разряды в газах, Дж. Томсон в 1887 г. открыл электрон (electron - от греч. - янтарь) и показал, что его заряд и масса постоянны и год спустя определил абсолютное значение заряда электрона. Позднее, в 1911г. Р. Милликен продемонстрировал квантование электрического заряда. До недавнего времени этот факт не имел большого значения с точки зрения технологии изготовления электронных устройств, поскольку даже весьма малый ток, например, в один микроампер (типичное значение для традиционных кремниевых транзисторов) все еще соответствует перемещению очень большого количества электронов (порядка 1013) через сечение проводника каждую секунду.
Прогресс в нанотехнологии в последние десятилетия дал возможность изучать перемещение единичных элементарных зарядов в электронных схемах и, тем самым, положил начало новой области физики -одноэлектронике. Первый толчок к развитию этой области в 1951 г. дали работы по изучению влияния дискретности туннелирования заряда на проводимость тонкой гранулированной пленки [1]. В последующие годы существенный вклад внесли работы других авторов [2-4]. В 1975 г. Кулик

использовании этих структур как электрометров (не проводился анализ шумовых свойств, предельной чувствительности).
1.6 Цели и задачи настоящей работы.
Из приведенного выше обзора видно, что экспериментальная одноэлектроника шагнула далеко вперед. Транзисторы исследовались как сами по себе, так и применялись в качестве электрометров в более сложных устройствах. Во всех случаях реальной проблемой, стоящей на пути достижения предельных характеристик одноэлектронных устройств, является проблема флуктуаций фонового заряда, а также проблема повышения рабочей температуры одноэлектронных структур.
Таким образом, исходя из вышесказанного, можно сформулировать основную цель и конкретные задачи, решению которых посвящена данная работа:
Основной целью данной работы является исследование одноэлектронного транзистора и улучшения его характеристик: понижение шума фоновых зарядов и повышение рабочей температуры. Основными задачами, при этом, являются:
1. Детальное исследование шумовых свойств одноэлектронного транзистора в зависимости от площади контакта его центрального острова с диэлектрической подложкой.
2. Поиск и разработка топологии одноэлектронного транзистора, нечувствительного к флуктуациям фоновых зарядов в диэлектрической подложке. Разработка лабораторной технологии его изготовления. Исследование динамических и шумовых свойств такого транзистора.
3. Изготовление одноэлектронного транзистора с рабочей температурой, превышающей 4.2 К, и исследование его шумовых характеристик.