單電子電晶體

單電子電晶體

第一個單電子電晶體由貝爾實驗室的Fulton等人製成1。量子點和外界被兩個電容器和兩個隧道結隔開。

趨勢

電子-模型圖電子-模型圖

用一個或者少量電子就能記錄信號的電晶體。隨著半導體刻蝕技術和工藝的發展,大規模積體電路的集成度越來越高。以動態隨機存儲器(DRAM)為例,它的集成度差不多以每兩年增加四倍的速度發展,預計單電子電晶體將是最終的目標。目前一般的存儲器每個存儲元包含了20萬個電子,而單電子電晶體每個存儲元只包含了一個或少量電子,因此它將大大降低功耗,提高積體電路的集成度。

原理

1989年斯各特(J.H. F.Scott-Thomas)等人在實驗上發現了庫侖阻塞現象。在調製攙雜異質結界面形成的二維電子氣上面,製作一個面積很小的金屬電極,使得在二維電子氣中形成一個量子點,它只能容納少量的電子,也就是它的電容很小,小於一個?F (10-15法拉)。當外加電壓時,如果電壓變化引起量子點中電荷變化量不到一個電子的電荷,則將沒有電流通過。直到電壓增大到能引起一個電子電荷的變化時,才有電流通過。因此電流-電壓關係不是通常的直線關係,而是台階形的。這個實驗在歷史上第一次實現了用人工控制一個電子的運動,為製造單電子電晶體提供了實驗依據。

現狀

為了提高單電子電晶體的工作溫度,必須使量子點的尺寸小於10納米,目前世界各實驗室都在想各種辦法解決這個問題。有些實驗室宣稱已制出室溫下工作的單電子電晶體,觀察到由電子輸運形成的台階型電流-電壓曲線,但離實用還有相當的距離。

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