Новости науки
25.02.01 Одноэлектронный инвертор.
В начале 80-х годов работы профессора МГУ К.К.Лихарева
заложили основу нового перспективного направления твердотельной
электроники, так называемой "одноэлектроники". В основе
одноэлектроники лежит квантование электрического заряда. В
простейшем случае связанные с этим фактом явления (так называемая
"кулоновская блокада") можно наблюдать при исследовании
прохождения тока через такую систему: микроскопический проводящий
островок, отделенный от двух контактных проводов тонкими
диэлектрическими барьерами. Действительно, подобная конструкция
имеет емкость C, и чтобы "посадить" на островок один электрон,
необходимо приложить напряжение, равное e/2C. Если емкость
достаточно мала (1 фемтофарад, к примеру), то напряжение будет
заметным (порядка сотни микровольт).
Ясно, что в отличие от обычных, "многоэлектронных" устройств,
в "одноэлектронных" устройствах "работает" небольшое число
электронов. Выгода таких устройств очевидна - они имеют очень
малые размеры и потребляют мало энергии. Естественно, для
изготовления работающих "одноэлектронных" приборов необходимо
создать и исследовать свойства логических элементов на основе
одноэлектронных транзисторов. Одним из базовых структурных
элементов транзисторной логики является инвертор - устройство,
преобразующее высокое входное напряжение в низкое выходное и
наоборот. Недавно исследовательская группа из Голландии [1]
продемонстрировала работающий одноэлектронный инвертор (см.рис.).
При температуре 25 мК удалось достичь усиления по напряжению 2.6,
коэффициент усиления по напряжению оставался больше единицы до
температуры 140 мК.
Слева: фотография одноэлектронного инвертора, сделанная
методом сканирующей электронной микроскопии. Ширина T-образного
металлического островка - 1 микрон, толщина алюминиевых полосок,
разделенных тонким (8 нм) диэлектрическим слоем, - 25 нм. Справа
приведена соответствующая электрическая схема.
Конечно, желательно иметь устройства, работающие при комнатной
температуре. Однако решить такую задачу непросто: для реализации
одноэлектронных транзисторов, имеющих при комнатной температуре
коэффициент усиления по напряжению больше единицы, необходимо
существенное уменьшение емкости структурных элементов. А это
потребует создания структур с нанометровыми размерами по всем трем
измерениям.
1. C.P.Heij, P.Hadley, J.E.Mooij. Appl.Phys.Lett. v.78, p.1140
(2001).
|