Transistor de silicio de un solo electrón

Transistor de silicio de un solo electrón

El transistor de un solo electrón (SET) es un descubrimiento importante en la ciencia de la microelectrónica. Debido a la capacidad de controlar el proceso de tunelización de un solo electrón en un sistema de unión de microtúnel, se pueden diseñar múltiples dispositivos funcionales usándolo. En los dispositivos submicrónicos modernos, el factor limitante para la velocidad de operación del dispositivo es durante la carga y descarga del capacitor. La capacitancia de un transistor de un solo electrón es solo de aproximadamente 10.-16F, y puede lograr una función específica controlando un solo electrón, por lo que su velocidad de respuesta y consumo de energía son miles de veces mejores que los datos límite de los transistores tradicionales. PAM-XIAMEN puede suministrar obleas de silicio para la fabricación de transistores de un solo electrón para estudiar el transporte de túneles cuánticos; tome la siguiente especificación, por ejemplo:

Oblea de transistor de un solo electrón

1. Especificación de oblea de silicio para la fabricación de SET

Oblea de silicio: 76,2 mm P(100) 1-10 ohm-cm SSP 380 um con 1 micrón de óxido térmico

Para más especificaciones de silicio, consultehttps://www.powerwaywafer.com/silicon-dioxide-wafer.html

Una breve introducción al proceso de fabricación de un transistor de silicio de un solo electrón mediante el procesamiento de nanooxidación anódica STM es la siguiente (que se muestra en la figura 1):

1) Precipitar una cierta cantidad de Ti espeso sobre sustratos de Si/SiO2;

2) Utilizando una sonda STM como cátodo, se forman alambres de óxido de titanio de tamaño nanométrico adsorbiendo agua en el aire sobre la superficie de Ti;

3) formar electrodos de fuente y drenaje;

4) Fabricación de portones.

Diagrama de fabricación de SET de silicio mediante procesamiento de nanooxidación anódica STM

Fig.1 Diagrama de fabricación de SET de silicio mediante procesamiento de nanooxidación anódica STM

2. UncombateSindividualEelectrónTresistor

2.1 Propiedades del transistor de un solo electrón

SET comparte muchas similitudes con los sistemas MOSFET y Coulomb:

Estructuralmente, la denominación de cada componente tomó prestados los nombres de los sistemas de bloqueo MOSFET y Coulomb;

La forma de trabajo controla la fuente y las corrientes de fuga aplicando un cierto voltaje a la puerta.

SET reemplaza el canal de MOSFET con barrera de túnel de isla de Coulomb, por lo que el mecanismo de trabajo es completamente diferente. SET es en realidad un sistema de bloqueo de Coulomb controlado por puerta basado en el efecto de bloqueo de Coulomb y el efecto de tamaño cuántico.

2.2 ¿Cómo funciona un transistor de un solo electrón?

El funcionamiento de un transistor de un solo electrón se puede ilustrar en términos de bloqueo de Coulomb y túnel cuántico, específicamente como:

Efecto de bloqueo de Coulomb: uno de los fenómenos físicos extremadamente importantes observados en la física del estado sólido en la década de 1980. Cuando el tamaño de un sistema físico alcanza el nivel nanométrico, los procesos de carga y descarga del sistema son discontinuos, es decir, cuantificados. En este punto, la energía E necesaria para cargar un electrón es e2/2C, donde e es la carga de un electrón y c es la capacitancia del sistema físico. Cuanto más pequeño es el sistema, menor es la capacitancia c y mayor es la energía E. A esta energía la llamamos energía de bloqueo de Coulomb, que es la energía de repulsión de Coulomb del electrón anterior al siguiente al entrar o salir del sistema. Por tanto, para el proceso de carga y descarga de un nanosistema, los electrones no pueden transportarse continuamente de forma colectiva, sino mediante transferencias de electrones individuales. La especificidad del transporte de electrones individuales en los nanosistemas se conoce comúnmente como efecto de bloqueo de Coulomb.

Túnel cuántico: si dos puntos cuánticos están conectados a través de una unión de túnel, el proceso por el cual un solo electrón pasa a través de una barrera de potencial de un punto cuántico a otro se llama túnel cuántico. Para que un solo electrón haga un túnel desde un punto cuántico a otro, su energía (ey) debe superar la energía de bloqueo de Coulomb E del electrón, es decir, V>e/2C, donde C es la capacitancia de la unión del túnel entre dos puntos cuánticos. puntos. El bloqueo de Coulomb y los túneles cuánticos se observan a temperaturas extremadamente bajas.

3. Aplicaciones de transistores de un solo electrón basados ​​en Si

La aplicación más prometedora del transistor de un solo electrón es reemplazar los dispositivos MOS como unidad básica para construir circuitos integrados a gran escala cuando el tamaño de los dispositivos MOS alcance su límite. La primera aplicación de SET puede estar en el campo de la memoria. También se puede utilizar como amperímetros súper sensibles, receptores de radiación de infrarrojo cercano y estándares de corriente CC.

Para obtener más información, por favor contáctenos por correo electrónico avictorchan@powerwaywafer.comypowerwaymaterial@gmail.com.

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