O transistor de elétron único (SET) é uma descoberta importante na ciência da microeletrônica. Devido à capacidade de controlar o processo de tunelamento de um único elétron em um sistema de junção de microtúneis, vários dispositivos funcionais podem ser projetados usando-o. Em dispositivos submícrons modernos, o fator limitante para a velocidade de operação do dispositivo é durante a carga e descarga do capacitor. A capacitância de um único transistor de elétron é de apenas cerca de 10^-16F, e pode atingir uma função específica controlando um único elétron, de modo que sua velocidade de resposta e consumo de energia são milhares de vezes melhores do que os dados limite dos transistores tradicionais. A PAM-XIAMEN pode fornecer wafer de silício para fabricação de transistor de elétron único para estudar o transporte de tunelamento quântico, veja a seguinte especificação, por exemplo:

1. Especificação de wafer de silício para fabricação de SET

Wafer de silício: 76,2 mm P (100) 1-10 ohm-cm SSP 380um com 1 mícron de óxido térmico

Mais especificações de silício, consultehttps://www.powerwaywafer.com/silicon-dióxido-wafer.html

Uma breve introdução ao processo de fabricação de transistor de elétron único de silício pelo processamento de nanooxidação anódica STM é a seguinte (mostrado na Fig.1):

1) Precipitar um certo Ti espesso em substratos de Si/SiO2;

2) Usando uma sonda STM como cátodo, fios de óxido de titânio de tamanho nanométrico são formados pela adsorção de água no ar na superfície do Ti;

3) Formar eletrodos de fonte e dreno;

4) Fabricação de portões.

Fig.1 Diagrama de fabricação de SET de silício por processamento de nanooxidação anódica STM

2. UmataqueSsolteiroEelétronTresistor

2.1 Propriedades do transistor de elétron único

SET compartilha muitas semelhanças com os sistemas MOSFET e Coulomb:

Estruturalmente, a nomenclatura de cada componente emprestou os nomes dos sistemas de bloqueio MOSFET e Coulomb;

A forma de trabalho controla a fonte e as correntes de fuga aplicando uma certa tensão ao portão.

SET substitui o canal do MOSFET pela barreira do túnel da ilha Coulomb, portanto o mecanismo de funcionamento é completamente diferente. SET é na verdade um sistema de bloqueio de Coulomb controlado por portão baseado no efeito de bloqueio de Coulomb e no efeito de tamanho quântico.

2.2 Como funciona um transistor de elétron único?

O funcionamento do transistor de elétron único pode ser ilustrado em termos de Bloqueio de Coulomb e Tunelamento Quântico, especificamente como:

Efeito de bloqueio de Coulomb: um dos fenômenos físicos extremamente importantes observados na física do estado sólido na década de 1980. Quando o tamanho de um sistema físico atinge o nível nanométrico, os processos de carga e descarga do sistema são descontínuos, ou seja, quantizados. Neste ponto, a energia E necessária para carregar um elétron é e2/2C, onde e é a carga de um elétron e c é a capacitância do sistema físico. Quanto menor o sistema, menor a capacitância c e maior a energia E. Chamamos essa energia de energia de bloqueio de Coulomb, que é a energia de repulsão de Coulomb do elétron anterior para o elétron seguinte ao entrar ou sair do sistema. Assim, para o processo de carga e descarga de um nanossistema, os elétrons não podem ser continuamente transportados coletivamente, mas sim através de transferências individuais de elétrons. A especificidade do transporte individual de elétrons em nanossistemas é comumente referida como efeito de bloqueio de Coulomb.

Tunelamento quântico: se dois pontos quânticos estão conectados através de uma junção de túnel, o processo de um único elétron passando por uma barreira potencial de um ponto quântico para outro é chamado de tunelamento quântico. Para que um único elétron faça um túnel de um ponto quântico para outro, sua energia (ey) deve superar a energia de bloqueio de Coulomb E do elétron, ou seja, V>e/2C, onde C é a capacitância da junção do túnel entre dois pontos quânticos. pontos. O bloqueio de Coulomb e o tunelamento quântico são observados em temperaturas extremamente baixas.

3. Aplicações de transistor de elétron único baseado em Si

A aplicação mais promissora do transistor de elétron único é substituir os dispositivos MOS como unidade básica para a construção de circuitos integrados de grande escala quando o tamanho dos dispositivos MOS atingir seu limite. A primeira aplicação do SET pode estar no campo da memória. Ele também pode ser usado como amperímetros supersensíveis, receptores de radiação infravermelha próxima e padrões de corrente CC.

Para mais informações, entre em contato conosco pelo e-mailvictorchan@powerwaywafer.com e powerwaymaterial@gmail.com.