Пн. Июл 15th, 2024

Наноэлектроника является новейшей областью науки и техники, формирующейся в текущее время, на базе достижений физики твердого тела, квантовой электроники, физической химии и технологии полупроводниковой электроники.

Исследования в данной области важны для разработки новых принципов построения сверхминиатюрных, супербыстродействующих устройств получения, передачи, хранения и обработки инфы. По мере приближения тезмеров твердотельных структур к нанометровой области больше появляются квантовые характеристики электрона. В его поведении начинают преобладать волновые закономерности, соответствующие для квантовых частиц. Если объект имеет атомарный масштаб в одном либо 2-ух направлениях, то его характеристики будут очень отличаться от больших из-за проявления в поведении квантовых закономерностей.

К примеру, когда хотя-бы один из размеров объекта становится соизмерим с длиной волны де Бройля для электрона, то повдоль этого направления будет происходить размерное квантование. С одной стороны это приводит к нарушению работоспособности традиционных электрических частей (диодов, транзисторов), а с другой – открывает перспективы сотворения новых типов электрических частей с уникальными качествами (переключающих, запоминающих, усиливающих и т.п.), которые могут отыскать применение в информационно-измерительной технике.

Распространение волн отдельных электронов в наноразмерных структурах могут сопровождаться явлениями интерференции, возможностью туннелирования через возможный барьер и др. Волна, соответствующая свободному электрону в жестком теле, может распространяться в любом направлении. Ситуация кардинально изменяется, когда электрон попадает в структуру, размер которой, по последней мере, в одном из направлений ограничен и сравним с длиной волны электрона. В таком направлении будут распространяться только те волны, которые имеют кратный размер с геометрическими размерами структуры. Для электронов это значит, что могут иметь только фиксированные значения энергии, т.е. происходит квантование их уровней энергии но повдоль такового квантового шнура могут распространяться электроны с хоть какой энергией.

Примером структур, в каких электрон при собственном движении обладает одной степенью свободы являются гетероструктуры с квантовыми нитями, приобретенные при помощи субмикронной литографии за счет вытравливания узенькой полосы из материала. Предельным случаем таких структур является ситуация, когда движение электрона ограничено в 3-х направлениях. В квантовой точке энергетический диапазон дискретен, как в атоме. Потому такие квантовые образования именуют еще искусственными атомами, хотя любая такая точка может содержать тысячи и поболее реальных атомов.

Размеры квантовых точек составляют несколько нанометров. Подобно истинному атому, квантовая точка может содержать один либо несколько свободных электронов. Если, к примеру, один электрон, то она соответствует вроде бы искусственному атому водорода, если два – атому гелия и т.д.

Взаимодействие электрических волн в наноразмерных структурах как меж собой, так и с неоднородностями в их может сопровождаться интерференцией, аналогичной той, которая наблюдается для световых либо акустических волн. Отличительная особенность таковой интерференции состоит в том, что благодаря наличию у электронов заряда имеется возможность управлять ими при помощи локального электростатического либо магнитного поля и таким образом оказывать влияние на распространение электрических волн.

Уникальным свойством квантовых частиц, в том числе и электронов является способность просачиваться через возможный барьер, даже если энергия электронов недостаточна для его преодоления. Этот эффект (туннельный эффект) наблюдается в случае, когда ширина потенциального барьера соизмерима с длиной волны Де Бройля для электрона.

Квантовое ограничение, в наноразмерных структурах, накладывает отпечаток и на эффект туннелирования в таких структурах. Так, к примеру, квантование энергетических состояний электронов в очень тонких временами расположенных возможных ямах приводит к тому, что туннелирование через их приобретает резонансный нрав, другими словами туннельно проникнуть через такую структуру могут только электроны с определенной энергией, т.е. длиной волны.

Другим специфичным проявлением квантового ограничения является одноэлектронное туннелирование в критериях кулоновской блокады. Кулоновская блокада – это явление отсутствия тока при приложении напряжения к туннельному переходу из-за невозможности туннелирования электронов вследствие их кулоновского отталкивания.

Понижая линейные размеры электрических устройств, естественно задаться вопросом: вероятна ли обработка инфы на базе управления отдельными электронами, атомами, фотонами. Физики издавна научились манипулировать, управлять такими частичками. Но в жестких телах отдельные электроны могут просто потеряться в структуре, огромное влияние на такие процессы оказывают и термические колебания атомов.

В 1986 г. появилась 1-ая публикация об исследовании эффекта коррелированного одноэлектронного туннелирования в диэлектриках. В предстоящем данный эффект был положен в базу сотворения моноэлектронного транзистора. На рисунке 8.7 представлено устройство такового транзистора и его эквивалентная электронная схема замещения (ЭЭСЗ).

Рис. 8.7 Схема моноэлектронного эффекта, устройства на его базе.

При размерах гранулки (из индия) около и диэлектрической проницаемости материала туннельного перехода , емкость туннельного перехода составит: . При всем этом изменение энергии гранулки при одноэлектронном обмене будет сопоставимо с энергией термического шума:

. (8.1)

Потому для увеличения эффективности работы данного устройства нужно снижать его рабочую температуру.

От content

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Обнаружен блокировщик рекламы! Пожалуйста, обратите внимание на эту информацию.

We\'ve detected that you are using AdBlock or some other adblocking software which is preventing the page from fully loading.

У нас нет баннеров, флэшей, анимации, отвратительных звуков или всплывающих объявлений. Мы не реализовываем эти типы надоедливых объявлений! Нам нужны деньги для обслуживания сайта, и почти все они приходят от нашей интернет-рекламы.

Пожалуйста, добавьте tehnar.info к вашему белому списку блокирования объявлений или отключите программное обеспечение, блокирующее рекламу.

Powered By
100% Free SEO Tools - Tool Kits PRO