Нано Технологии

Главная Публикации Основы наноэлектроники Туннелирование - свойство квантовых частиц

Main Menu

Главная
Новости
Публикации Литографические процессы Основы наноэлектроники Тонкие плёнки ОПМ
FAQ
Галерея
Ссылки
Контакты
Администратор

Login Form

Логин Пароль Запомнить меня
Забыли пароль?

Ещё не зарегистрированы? Регистрация

Online Users
Нет пользователей в онлайне

Who's Online
На сайте: 1 гость

Hit Counter
16309 посетителей

Наш баннер:
Мы будем рады, если вы разместите на своем сайте нашу кнопочку
<A href="http://plasma.karelia.ru/pub/nano-kurs/" target="_blank"><img src="http://plasma.karelia.ru/pub/nano-kurs/n88x31.gif" alt="NANO_Technologies" width="88" height="31" border="0"></A>

Newsflash

Наноиндустрия как универсальная и наукоёмкая область -это путь к третьей, невиданной по своему размаху научно-технической революции, которая изменит облик мира уже к концу первого десятилетия XХl века

27 September 2005

Туннелирование - свойство квантовых частиц |  |

Опубликовал Irina Bolshakova |

03 December 2004

Уникальным свойством квантовых частиц, в том числе и электронов, является их способность проникать через преграду даже в случаях, когда их энергия ниже потенциального барьера, соответствующего данной преграде. Это было названо туннелированием. Схематически оно представлено на рис. 3.

Рис. 3 Туннелирование электрона с энергией E через потенциальный барьер высотой U, U > E

Будь электрон классической частицей, обладающей энергией E, он, встретив на своем пути преграду, требующую для преодоления большей энергии U, должен был бы отразиться от этой преграды. Однако как волна он хотя и с потерей энергии, но проходит через эту преграду. Соответствующая волновая функция, а через нее и вероятность туннелирования рассчитываются из уравнения Шрёдингера

Эта вероятность тем выше, чем геометрически тоньше барьер и меньше разница между энергией падающего электрона и высотой барьера.
Квантовое ограничение, проявляясь в наноразмерных структурах, накладывает специфический отпечаток и на туннелирование. Так, квантование энергетических состояний электронов в очень тонких, периодически расположенных потенциальных ямах приводит к тому, что туннелирование через них приобретает резонансный характер, то есть туннельно просочиться через такую структуру могут лишь электроны с определенной энергией.

Рис. 6 Схема работы и вольтамперная характеристика резонансного туннельного диода: а – разность потенциалов равна нулю; б – на прибор подано резонансное напряжение, при котором ток максимальный; в – напряжение больше резонансного; г – вольтамперная характеристика. Синим цветом показан энергетический уровень в области между двумя барьерами, красным – уровни электронов в области контактов.

Энергетическая схема этого прибора показана на рис. 6. Он состоит из двух барьеров, разделенных областью с малой потенциальной энергией. Область между барьерами – это как бы потенциальная яма, в которой есть один или несколько дискретных уровней. Характерная ширина барьеров и расстояние между ними составляют несколько нанометров. Области слева и справа от двойного барьера играют роль резервуаров электронов проводимости, к которым примыкают контакты. Электроны занимают здесь довольно узкий энергетический интервал. В приборе используется следующая особен-ность двойного барьера: его туннельная прозрачность имеет ярко выраженный резонансный характер. Поясним природу этого эффекта. Для этого предположим, что прозрачность каждого барьера мала. Это, однако, не означает, что одновременно будет мала и вероятность туннелирования через двойной барьер. Оказывается, что в том случае, когда энергия электронов, налетающих на барьеры, равна энергии дискретного уровня, туннельная прозрачность резко возрастает. Механизм резонансного туннелирования таков: электрон, проникший в область между барьерами, надолго задерживается там, в результате многократного отражения от левого и правого барьеров существенно возрастает вероятность туннелирования. Одновременно можно сказать, что при резонансе из-за интерференции волн во внутренней области гасится волна, отражающаяся от двойного барьера. Следовательно, волна, упавшая слева, полностью проходит направо.

Посмотрим теперь, как работает резонансный диод. Tок, протекающий через двойной барьер, зависит от величины приложенного напряжения. Заметим, что потенциал в нашем приборе падает главным образом в области двойного барьера, так как области слева и справа от него обладают высокой проводимостью. Если приложенное напряжение мало и энергия электронов, налетающих на барьер слева, меньше энергии дискретного уровня, то прозрачность барьера и, следовательно, протекающий ток будут малы. Tок достигает максимального значения при таких напряжениях, когда энергия электронов равна энергии дискретного уровня (см. рис. 6, б). При более высоких напряжениях энергия налетающих электронов станет больше энергии дискретного уровня и туннельная прозрачность барьера уменьшится (см. рис. 6, в). При этом ток также уменьшится. Вольтамперная характеристика резонансного туннельного диода показана на рис. 6, г. Мы видим, что на вольтамперной характеристике имеется максимум (если в области между барьерами не один, а несколько дискретных уровней, то и максимумов будет несколько). Справа от максимума кривая I(V) имеет падающий участок, где ток убывает с ростом напряжения. Можно еще сказать, что на вольтамперной характеристике имеется участок отрицательного дифференциального сопротивления. Благодаря этому в электронных схемах резонансный диод может использоваться не только как выпрямитель, но и выполнять самые разнообразные функции. Если к центральной области резонансного диода подвести контакт, через который можно управлять положением дискретного уровня, получится новый прибор – транзистор. Из таких транзисторов, по-видимому, и будут строиться интегральные схемы новых поколений.

Oxidation of metal or semiconductor with seanning tunneling microscope (STM) tip (ETL) | Эффект короткого канала. Вертикальный транзистор.

Резонансный туннельный диод – это первое реальное устройство с квантовой ямой и барьерами.

Последнее обновление ( 23 December 2004 )

Most Read

| Физические основы наноэлектроники
| Сайт Нано Технологии
| Однопереходные транзисторы, технологии получения наноструктур
| Плазменное травление
| Анализ ключевых аспектов плазменного травления

Shout It!
Expand | Crop | Help Имя: Сообщение:

Главная | Новости | Публикации | FAQ | Галерея | Ссылки | Контакты | Администратор |
Copyright © 2002-2005 Stefanovich G.B. & Bolshakova I.P.