транзистор, одноэлектронный (англ. single electron transistor сокр., SET) — трехэлектродный туннельный прибор, состоящий из проводящего островка с малой собственной емкостью, соединенного с истоковым и стоковым электродами туннельными переходами с малой емкостью и проводимостью, и имеющего емкостную связь с электродом затвора.

Описание

В таком трехэлектродном элементе при выполнении условий малости емкости , , — суммарная емкость островка, — емкости переходов, — емкость затвора, — рабочая температура, — заряд электрона) и проводимости (, — туннельная проводимость перехода, — квантовая единица проводимости) туннельных переходов может быть реализован режим коррелированного туннельного транспорта электронов через систему, причем интенсивность этого процесса (т. е. туннельный ток) сильно зависит от заряда центрального островка, включающего в себя заряд, который наводится электрическим полем затвора, что обеспечивает управляемость током через элемент. Эта зависимость обусловлена периодической (с периодом, равным ) зависимостью величины участка кулоновской блокады *) одноэлектронного транзистора от заряда островка. Экспериментально это можно наблюдать по зависимости туннельного тока от напряжения на затворе при фиксированном туннельном напряжении между стоком и истоком транзистора. При монотонном изменении (например, увеличении) напряжения на затворе увеличивающееся электрическое поле затвора индуцирует увеличивающийся заряд на островке, что дает осциллирующую с периодом ( — взаимная емкость затвора и островка) зависимость туннельного тока от напряжения на затворе (т. е. от индуцированного заряда). Возможность управления током через систему с помощью электрического поля затвора послужила причиной названия такой системы транзистором по аналогии с полевым транзистором с изолированным затвором.

Чувствительность системы к заряду островка чрезвычайно высока: возможна регистрация изменения индуцированного заряда на уровне 10–6 заряда электрона , в настоящее время достигнута чувствительность 10–5. Это позволило создать с использованием одноэлектронного транзистора устройства, манипулирующие одиночными электронами, что создало возможность построения на их основе принципиально новых элементов ЭВМ с одиночными электронами в качестве носителя информации.


*) Кулоновская блокада — эффект блокирования туннелирования электронов через туннельный переход (или систему туннельных переходов), обусловленный отталкиванием электронов в электроде кулоновским полем последнего прошедшего через переход электрона. Количественно этот эффект характеризуется величиной участка с нулевой туннельной проводимостью в начале координат вольт-амперной характеристики перехода. Этот участок называют напряжением кулоновской блокады, критическим, пороговым напряжением или просто кулоновской блокадой.

Иллюстрации

Схематическое изображение одноэлектронного транзистора.
Схематическое изображение одноэлектронного транзистора.

Авторы

  • Разумовский Алексей Сергеевич
  • Солдатов Евгений Сергеевич

Источники

  1. Кулоновская блокада // Википедия, свободная энциклопедия. — http://ru.wikipedia.org/wiki/Кулоновская_блокада (дата обращения: 12.10.2009).
  2. Создан прототип одноэлектронного транзистора на основе графена // CNews. — http://rnd.cnews.ru/tech/news/top/index_science.shtml?2008/04/21/297996 (дата обращения: 12.10.2009).
  3. Coulomb blockade // Wikipedia, the free Encyclopedia. — http://en.wikipedia.org/wiki/Coulomb_blockade#Single_electron_transistor (дата обращения: 12.10.2009).

Напишите нам