Одноэлектронный транзистор

ß конструкция

Аналогично полевому полупроводниковому транзистору одноэлектронный транзистор имеет три электрода: исток, сток и затвор. В области между электродами располагаются два туннельных перехода, разделенные дополнительным металлическим или полупроводниковым электродом с малой емкостью, который называется островом.

Остров представляет собой наночастицу или кластер нанометровых размеров, изолированный от электродов диэлектрическими прослойками, через которые и может при определенных условиях происходить движение электрона. Электрический потенциал острова регулируется изменением напряжения на затворе, с которым остров связан емкостной связью.

Одной из перспективных конструкций является Т-образная схема. В ней транзисторы изготавливаются на кремниевой подложке. С помощью процесса электронно-лучевой литографии возможно получение Т-образного соединения из слоя кремния толщиной 30 нм, шириной плеча 40–50 нм и длиной плеча 50–80 нм. Кремниевые области проводимости сделаны так, что сужения кремниевых проводников образуют туннельные барьеры.

Данное конструктивное решение стало возможным благодаря использо-ванию эффекта самопроизвольного формирования сужения кремниевого про- водника в процессе окисления.

Металлический одноэлектронный транзистор работает на эффекте куло- новской блокады. Между истоком и стоком приложено небольшое напряже- ние U. Напряжение между истоком и затвором равно Uз, на затвор подается «+».

Цифры над уровнями Ферми острова (–1, 1, 2,...) означают число электронов, перешедших на остров с истока. При этом заряд острова составляет –е, –2e, –3е... соответственно; (–1) означает, что электрон удален с острова. Заряд острова в таком случае равен +е.

Поле положительно заряженного затвора смещает уровни острова вниз (уменьшает энергию электронов острова). Если напряжение UЗ = 0, то EFст< EFис (рис. 4.7, а), кулоновская блокада подавляет туннелированиеэлек- тронов с истока и поэтому J = 0. При UЗ = UЗK (рис. 4.7, б) кулоновская блока- да прорвана, электроны туннелируют с истока на остров, а затем на сток, в цепи появляется ток ст I. При дальнейшем увеличении напряжения UЗ и смещении уровня 1 вниз снова возникает блокада (рис. 4.7, в), ток отсутству- ет, но на острове находится один добавочный электрон. При U = UЗ2 ток воз- никает снова.